基于GIS三维可视化技术的中学地理教辅系统设计

基于 GIS三维可视化技术的中学地理教辅系统设计

乔文浩 孙悦 张辰杰 胡小丫 白孜孜 崔艾霞

天津师范大学 300380

摘要：地理是我国的基础学科，而地理信息技术在初中地理教学中却使用甚少，一方面教师对其认识不足；另一方面，市场上也缺少相应产品。针对这种情况，文章将基于GIS三维可视化技术构思出一套初中地理教辅系统设计，旨在为学生营造良好的地理教学环境，培育学生地理学科核心素养、满足不同学生自身发展需要。

关键词：地理信息系统；多元智能理论；中学地理教学设计

1引言

21世纪以来，信息技术发展的势头迅猛，信息时代带来的一系列深刻变化对每个人的学习和生活都产生了巨大的影响，信息技术作为当代科学体系中的前导要素，已经广泛地渗透到社会、经济、生活和教育等各个方面，发挥着无可替代的作用。教育作为我们国家和民族最根本的事业，随着信息时代的到来，发生的转变与发展也尤为突出，信息化教育趋势成为信息时代的必然。南国农先生曾指出：“现代教育技术与教育整合的过程实际上就是教育信息化过程，信息化教育则是现代信息技术与教育整合后的表现形态”¹。信息化教育是现代教育思想理论与现代信息技术结合后的产物。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》着重强调“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”，为了深入推进素质教育的改革，教育工作者一定要高度重视信息化教育，信息化教育在促进学生的三个发展“全面发展”“全体发展”“个性发展”中发挥着积极的作用，实现信息化教育，能够更有效地提高教育质量，是推进素质教育的强大动力。纵观当今世界各国，不论是国家政策还是基层的教育工作者都非常重视中学教育信息化的进程，很多国家的教育培养目标都把信息素养作为21世纪必备的人才素养，总之，以信息技术与课程整合融合的新型学习环境是当前信息化教学的一个热点，也是我国教育领导者和教育者正在做的不懈努力。为信息技术深入课程体系中的构建，将信息技术融入教育是促进我国教育实现信息化并走向现代化的主要的手段，这为我国未来教育发展提出了明确的方向指引和方法指导。当前，中学地理教育作为我们国家基础教育的重要一环，

由于学生的差异性，传统教学不能针对性地解决学生在地理学习中的全部问题，不少教师在当今的课程变革时期都面临着与学生课堂交流方式改变和教材信息容量的增大不适等不断出现的挑战，传统的地理课堂方式和教学工具已经无法满足现在的中学地理教学的需要。为了满足信息时代下学生的需要和解决目前传统地理课堂中存在的问题，同时考虑到地理学科研究对象的复杂性、综合性、广阔性、漫长性以及学生认识上的间接性，越来越多的地理教师意识到了如地理教学新媒体、地理信息技术等新技术、新方法在中学地理课堂教学中的重要性。

在我国，由于GIS技术发展相对较晚，GIS在中学地理教育应用的总体水平落后于美国等发达国家。但经过十几年来课程改革的推进，我国中学阶段的地理信息技术教育也取得了一定的研究成果。通过查阅相关文献发现，目前我国GIS技术在教学中应用的研究总体较少，主要集中于高中（约180篇），初中方面研究很少（仅24篇）。由此可见，目前有关我国GIS在初中地理课堂教学运用的研究还不是很充实，并且已有的研究多集中于初中课本部分章节的案例分析，缺少实践应用的研究。

2教辅系统设计

本系统将使用天津师范大学地理与环境科学学院自主研发的GITR Earth技术，这是集GIS技术、GNSS技术、RS技术、无人机技术、现代通讯技术、计算机网络技术、多媒体数据库技术等高新技术于一体，具有地理信息获取与处理、空间数据库管理、属性数据库联结、空间查询与分析、移动目标定位与导航、图形输出、专题图制作等功能，完全自主研发的三维WebGIS技术体系，为广大中学地理教师提供强大实用的GIS功能与逼真的三维可视化效果，突破了单纯三维可视化软件无法深度应用的瓶颈，使用户不论桌面应用、网络应用还是单机应用，都能够根据自己的需求快速定制三维地理信息应用系统。

2.1基于问卷调查和数据驱动的初中地理教学设计

研究中除了通过文献和资料查阅以外，还计划采用两次问卷调查的形式，来进一步获取初中地理教学的现状，分析其教学特色和重点。第一次调查以初中生与初中地理教师为调查对象，旨在调查GIS技术在初学地理教学中的应用情况，以及初中生与初中地理教师对GIS教学的认知程度、认可程度和期望达成的效果，并进行数据分析。第二次调查以参与线下教学实践的初中生为调查对象，旨在调查项目教辅系统进入课堂的实践效果，再次进入GIS地理课堂的主观意愿以及对项目教辅系统的看法与建议，并对调查数据进行统计与分析。

2.2多元智能理论与教学实践的融合

本系统设计以加德纳提出的多元智能理论为核心，该理论认为人类的心理能力至少应该包括言语、数理、空间等八种不同的智力，这些智力在人体身上的不同组合使每个人的智力都有独特的表现方式和特点，教育活动应尽可能多地帮助学生挖掘和发展这些智力潜能。GIS技术是地理科学和现代信息技术的有机融合，其可以支撑场景的动态三维可视化过程，从而实现宏观和三维场景地理学过程的展示，能够有效帮助学生发展空间智能。同时，在人机互动、学生之间相互交流的过程中培养学生自然观察智能、人际交往智能。

2.3基于GIS三维可视化技术的中学地理教辅系统构建2.3.1地理数据库的构建

构建中学地理教学的案例数据库，基于对中学地理教学的内容和形式的需求分析，对地理学的开源数据进行调研和分类，设计地理数据的分类与编码规则，并实现地理大数据的分层及单元划分，进而基于建立地理数据的存储及关联方式，最终形成可满足地理数据库建设方案。

2.3.2原型系统的设计与构建

基于初中地理教学调研和设计成果，将多源异构的地理信息数据集进行融合，采用3S(GIS、RS、GPS)、空间数据库技术，构建B/S架构的中学地理教学地理信息原型系统，支撑地理教学数据的三维空间环境的快速浏览与表达，实现中学地理教学数据的动态可视化。

3操作界面设计

从初中地理教学实际出发，设计并开发一套基于GIS三维可视化技术的智能化、交互性强、操作简单、界面功能简洁且能够满足日常教学的操作界面，适用于广大地理教师在地理课堂中使用。同时，基于本项目研发的初中地理教辅系统，设计梳理针对该系统的特点的初中地理教学方案，满足学生在信息时代的地理学习需求。通过GIS三维可视化技术和多元智能理论的结合，让地理教学更加直观生动，互动性得到提升，从而激发初中生地理学习兴趣，提升课堂学习质量，培养学生的地理核心素养。

4结语

通过基于GIS三维可视化技术的中学地理教辅系统设计，初中地理教师可以用此对初中四册内容进行辅助教学，使地理课堂教学更加生动直观，发展学生的各项智能，培养学生的地理学科核心素养。同时，该系统的设计与制作希望提高初中地理教师与学生对GIS技术在地理教学中的重视程度，认识到GIS系统在地理教学中的直观性与高效性，为一线教师提供设计灵感。

1[参考文献]

[1]刘文胜，刘俊强，胡晶。借鉴国外信息技术教育的经验思考我国信息技术教育的发展[J].电化教育研究，2001，97(5)：10-13.