遥感技术与GIS在中学地理教学中的应用研究

摘   要随着现代信息技术的进步，遥感技术与GIS（Geographic Information System，地理信息系统）的发展，将新兴技术应用到中学地理教学中，对学生在地理学科思维的培养、地理问题兴趣的激发和地理技能的实践等方面具有明显优势。

关键词  遥感技术  GIS  中学地理教学

地理学的主要目的为研究地球表层的物质组成及其与人类的相互作用关系[1]。在中学地理人教版必修教材中，地表形态的阐述几乎分布在每个章节中，除对地形地貌直接描述，大气环境、天气系统、水循环、洋流分布、自然灾害和人类活动等几乎所有方面均受到地形地貌的影响[2-3]。因此，在地理教学中，地形相关知识的学习是地理课程的基础，需要学生直观、全面、深入的掌握，而地理空间思维的培养要求地理课程的教学地点也不应仅限于课堂中，还应该在户外对各种现象进行直接观察和学习。但现有教学体制在时间和经费上不允许教师和学生进行大量实地观察，传统教材和教学方法也主要以二维平面图片为主，对于地形地貌的三维形态进行深入展示的素材较为匮乏，随着现代信息技术的进步，遥感技术与GIS（Geographic Information System，地理信息系统）的发展，将新兴技术应用到中学地理教学中，对学生在地理学科思维的培养、地理问题兴趣的激發和地理技能的实践等方面具有明显优势。

一、遥感技术与GIS

遥感技术可快速获取地球表面信息，GIS则可对其进行分析和研究[4-5]，且随着计算机技术的迅速进步，遥感数据的时间、空间和光谱分辨率得到大幅提高，GIS在专业领域和民用领域也得到广泛应用，专业软件包括ArcGIS、QGIS等，民用软件包括Google Earth、ArcGIS Earth等，民用软件相对来说容易上手，用户界面友好、显示直观、操作简单、资源丰富，Google Earth作为遥感技术与三维GIS结合的典范，已经有多篇论文对其在地理教学中的应用进行了研究[6-8]。1994年，美国国家地理协会联合美国国家地理教育委员会等，一起制定了美国的国家地理课程标准，即《生活中的地理：国家地理标准》（Geographyfor Life：National Geography Standards 1994），为地理教学的实施提供了详细的指导纲领[9-10]，明确阐述学生所学的应是在生活中能够应用的地理，表明地理教学须从提出、获取、整理、分析和回答地理问题等方面培养地理技能。遥感与GIS已经深入地渗透到美国中学地理的教学中，为教师进行地理教学提供了辅助支持，培养了学生的地理空间思维与地理核心技能[7]。

二、遥感技术与GIS结合的教学优势

遥感影像为卫星从空中拍摄的图像，是地表最为直观的展示手段，而眼睛所接收的信息最为直观和深刻，通过对人体五官获取知识的比率进行分析，表明视觉获取知识比例可达83%，通过遥感图像来进行地理教学是学生高效获取知识的途径[11]。

目前地理教学中的地物主要以文字描述和素描图或图片方式展示，其动态变化的特征则几乎无法显示，但在地理教学中，地理教材与纸质图册内容具有滞后性，部分地物的快速变化难以在教材中体现，而卫星数据具有更新速度快、获取范围广等特点，能够反映地表物体的快速变化。

传统地理教学主要依靠地理教材、教师口述和“三板”教学（即板书、版图、版画）为主，地理教学中所呈现的对象均为二维平面，在一定程度上降低了对学生三维空间思维能力的培养，而Google Earth等软件均可呈现三维地形地貌，能够调动学生学习地理的兴趣，加深学生对地理要素的印象，提高地理教学效果。目前，已有研究对遥感和GIS在地理教学中的应用做了较为深入的研究[1，6-8，11-12]，但遥感影像在地理教学应用的深度和广度上仍有较大提升空间，本文采用多期次、多角度、多数据源的影像对不同尺度地球表面物体进行展示和分析，为其在中学地理教学中的应用提供思路和应用案例。

三、遥感与GIS在地理教学中的应用

1.地形地貌的展示

人教版高中《地理》（一）第四章“地表形态的塑造”中，在描述地球内力作用时说明地表岩层在受到内力作用时会发生水平位移和弯曲变形，在地表形成长的断裂和巨大的褶皱山脉，而垂直运动使岩层发生大规模的隆起和凹陷，内力作用在地表形成大陆、洋底、山脉和盆地等。但并未匹配相关图片，学生对于该知识点难以直观理解，但利用遥感影像则可以对上述地貌进行直观展示。Google Earth收集了全球低中高分辨率的遥感影像，对于不同类型、不同尺度的地貌均能够较好地展示，如图1所示。

图1能够十分直观地展示地球内力作用造成的地壳运动从而改变了地表形态，包括（a）珠穆朗玛峰的不同视角、（b）由于印度板块对于欧亚板块碰撞形成隆起的念青唐古拉山和纳木错的巨大差异、（c）新疆塔里木盆地西北侧天山山脉地层清晰的褶皱与断裂、（d）云南红河州蒙自盆地的形态。上述直观的展示方式不仅能够使得学生对不同地貌有直观的认识和深刻的印象，在Google Earth中还可以让学生自己进行探索，对照教材浏览更多的地貌类型，增加学生学习地理的兴趣。

2.地理教学中地质灾害的展示

地质灾害是在地球内外作用耦合作用下对人类生命财产安全产生威胁的一种自然现象，包括地震、滑坡、崩塌和泥石流等。大型地质灾害往往造成十分重大的损失和破坏，社会关注非常密切，例如2008年汶川地震，遥感影像可以非常直观地展示出灾后崩塌滑坡等地质灾害发生的严重程度，学生在学习过程中亦能够结合实际对地质灾害进行掌握。

从图2中a、b幅和c、d幅的对比能够直观地看到汶川地震对地球表面破坏的严重程度，映秀镇西北侧约100km2的区域由于汶川地震诱发大面积的滑坡和崩塌，其破坏的严重程度可直接在遥感影像中反映。在2006年底该区域基本全部被植被覆盖，汶川地震后，2008年底遥感图像显示区域发生大量滑坡崩塌，表面大面积岩土体出露，在遥感影像中呈亮黄色。汶川县下索桥区域河流两岸亦发生大量崩塌滑坡，地表破坏十分严重，岩土体大量裸露，学生能够十分直观地看到由于地震带来的大面积严重的灾害，增加学生对地质灾害和地震带来破坏的直观认识。

3.冰川的退缩

全球气候变暖是近年来从公众到政府、从企业到学术界高度关注的话题，而对气候响应最为敏感、反应最为强烈的冰川亦是学术研究的热点。人教版高中《地理》（一）在“全球气候变化”中讲解了造成全球變暖的影响因素和其带来的后果，未提到大陆冰川的变化，但是通过遥感影像能够真切地感受到由于全球变暖导致的冰川退缩，图3为美国阿拉斯加冰河湾国家公园中典型冰川13年来的变化情况，从2004年到2016年由于全球气候变化导致的冰川大规模的后退能够十分清晰地在遥感影像中显现出来，使学生能够直观感受到全球变暖带来的具体变化，对其有更为直观和深入的认识。

4.城市的变化过程

人教版高中《地理》（二）第二章“城市与城市化”对世界上典型城市的发展进行了讲解和描述，说明原有城市的扩大与新城市的出现影响了地理环境。由于我国经济高速增长，社会快速发展，城市化的进程不断加快，每个人都有深切的体会，除了教材中提到的伦敦市和江苏省等区域，我们周边的环境正在真切地发生变化，以太原南站及附近城市化进程为例对学生进行讲解，并结合学生自身感受能够使学生产生更加深刻的理解。

图4中序列遥感影像图展示太原南站及周边区域从2002年到2017年的变化，2002年该区域仍然有大片农田，房屋道路均较少，没有立交桥和高层住宅;2013年太原南站初具规模，铁轨准备铺设，南中环街已经开始建设;2015年南中环街与太榆路互通立交建成，太原万科城准备开工，太原南站西南侧广场仍在整饬中;2017年太原万科城已建成，太原南站广场彻底竣工，南站东北侧部分房屋拆除。通过同一区域系列遥感影像反映太原南站区域城市化进程的具体过程，能够使学生结合身边的真实变化对于城市化进程有更为直观的感受和更为深入的理解。

综上所述，本文在地形地貌、地质灾害和城市化进程等这三个方向结合实际对遥感影像在地理教学中的应用给出具体教学案例，表明遥感技术和GIS在地理教学中的应用能够对地理教材进行整合与补充，其丰富的资源、简易的获取方式及形象的展示能够针对传统教学中相关资源较少、展示度较低、互动较少和兴趣激发程度较低等缺点进行弥补和完善，发挥自身优势，为中学地理教学提供新的教学思路和方法。

参考文献

[1] 韩倩倩. 基于遥感图像的地貌教学辅助方法研究[D]. 杭州：杭州师范大学， 2016.

[2] 樊杰，等. 地理-七年级上册人教版[M].北京：人民教育出版社， 2012.

[3] 维基百科https：//en.wikipedia.org/wiki/Geomorphology.

[4] 朱亮璞. 遥感地质学[M].北京：地质出版社， 1994.

[5] 维基百科 https：//en.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system.

[6] 郭洁， 银屏， 范超群，等. Google Earth在中学地理教学中的应用探讨[J]. 成功：教育， 2012（01）.

[7] 史学光. 基于GoogleEarth的中学地理教学研究[D]. 芜湖：安徽师范大学， 2015.

[8] 李鹏飞， 周侗， 路雅楠，等. 浅析中学地理教学中谷歌地球的应用[J].中国教育技术装备， 2017（20）.

[9] Bednarz， Sarah Witham And Others. Geography for Life： National Geography Standards， 1994.

[10] 聂影，张超.美国地理国家标准《生活化的地理学》评介[J].中学地理教学参考，2000（7-8）.

[11] 龚国辉.地理图像在中学地理教学中应用的研究[D]. 南昌：江西师范大学， 2006.

[12] 徐劲林.基于GIS的中学地理教学模式研究[J].教学与管理，2016（31）.

[作者：卫建文（1963-），男，山西太原人，太原师范学院资产处实验师;涂杰楠（1982-），男，河北张家口人，中国国土资源航空物探遥感中心高级工程师。]

【责任编辑  郑雪凌】

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