信息技术在培养中学生地理空间思维能力中的应用

福建师范大学地理科学学院 李屏 陈友飞

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）03-0025-02

地理空间思维能力主要包括空间定位能力、空间比较能力、空间分析能力和空间综合能力。新课程标准强调要注重培养学生的地理空间感，因此，培养学生地理空间思维能力显得尤为重要。地理信息系统（简称GIS）具有强大功能，运用GIS是培养和提高中学生地理空间思维能力的有效途径。本文综述了国内外相关研究进展，对GIS在中学地理教学中的应用进行了回顾和讨论，进一步提出GIS在培养中学生地理空间思维能力的重要性问题。

一、研究进展

1.关于地理空间思维。地理空间思维是学好地理的关键部分。目前对地理空间思维概念的理解逐步深化，表述上更加科学、系统，认为地理空间思维能力是一种实践的动态的过程。

2006年美国国家研究委员会（National Research Council，NRC）发表《学会空间思维》的报告，报告中指出了空间思维的新定义，即空间思维是空间概念、可视化工具以及推理过程的有机组合，是利用空间构建问题、寻求解答以及表达解决方案。Sinton等认为空间思维是在不同情境和尺度下可视化和解释空间位置、距离、方向、关系、运动以及空间变化的一种认知能力。Kanika Verma认为地理空间思维是利用不同尺度下的地球空间来构建问题、寻求解答并利用地理空间概念、可视化工具和推理过程来表达解决方案。我国一些学者对地理空间思维能力的内涵、分类及培养地理空间思维能力的策略等方面进行了研究。高俊院士对空间认知的概念的理解基于地图学的角度，即：人们认识自己赖以生存的环境，包括其中的诸事物、现象的相关位置、依存关系以及它们的变化和规律。鲁学军则把空间思维划分成3种基本的表现形式，即感知空间、认知空间和符号空间。袁孝亭详细论述了地理空间观的内涵，他认为地理空间观念主要是对地理现象的空间联系和空间制约的认识，林元龙和刘康琴则提出了培养空间思维能力的具体策略，研究进一步深化。

2.地理空间思维的影响因素。考虑到年龄、性别和经历等因素对个人空间思维能力的影响时，Liben 和Newcombe指出不同性别、年龄或文化背景的人对空间任务表现出一定的差异性。Butt调查了男孩与女孩不同科目的成绩的差异问题，并且重点观察英国3~16岁学生的地理成绩评估，研究发现：同年龄层次上，男孩要比女孩差一些。Lee和Bednarz对532名学生进行了空间思维能力测试，测试结果为从初中生到大学生学生的成绩越来越高，并且也得出结论：两所较多开设与地理相关专业的大学比另外两所较少开设地理相关专业的大学成绩更高。

3.地理信息技术的意义和作用。国际上的研究主要采用实验方法，通过实验分析GIS能否有效地提高学生的空间意识，能否改善空间能力，能否增强空间习惯，对于如何运用GIS提高学生的空间思维能力鲜有涉及。

Huynh和Sharpe表明培养地理空间思维对于理解地理概念、地理现象、地理原理、地理规律十分重要，利用GIS技术有利于协助培养地理空间思维去解决地理问题。Marsh、Golledge和Battersby推荐使用“最小化GIS（Minimal GIS）” 在恰当的年龄进行地理空间概念的教学，Minimal GIS被定义为一种教学工具和教学手段。Marsh等认为适合于K-12年龄段学生的Minimal GIS的提出能够有效解决对空间问题的教学、学习、分析。Lee对80位研究生进行了空间能力比较，得出GIS学习能够帮助学生改善空间能力，并且学生GIS课程的成绩与他们的空间思维能力有着密切的联系。美国学者通过大量的理论论述和实践验证，大都认为GIS能够有效地培养中学生地理空间思维能力，同时GIS也有利于教师教学和学生的学习。Hall-Wallace, Michelle K.和 McAuliffe，Car la M指出GIS具有强大的空间分析功能，利用GIS的强大空间分析功能开展探究活动可以显著提高学生地理空间思维。Jongwon Lee、Robert Bednarz、Tom Carlson：Kerski，J. J和Hagevik，R. A等学者也从不同的角度分析讨论了 GIS技术在培养中学生地理空间思维能力方面的优势。

国内在使用GIS 辅助中学地理教学、培养学生的空间思维能力和学习能力方面已经有一些分析讨论，在GIS软件应用方面也有一些探索。马旭丹通过问卷调查发现大部分的教师认为GIS有利于培养学生的地理空间思维，但是很少的教师认为GIS能够提高学生的动手能力。张燕认为GIS的空间可视化功能和强大的数据库及数据关系功能两个方面辅助中学地理教学具有很强的优势。韩金荣通过实验研究对GE的GIS功能在培育中学生地理空间素养的效果方面做出了检验，发现 Google earth在培育中学生地理空间素养方面具有独特功能，并且就这种网络工具提出了提高学生空间思维能力的有关策略。唐信其对GIS技术培养学生地理空间素养的具体模式进行了讨论。相比于之前的理论研究来说，该文章注重的是GIS实践能力。姜兵研究了 GIS教学软件在培养中学生地理空间分布、区位变化、间动态、空间比较等方面的具体应用。胡文会、李晓萌整理出近三年高考题中涉及地理空间思维能力的知识点，并利用Ｇｏｏｌｅ Ｅａｒｔｈ高度的真实性模拟出真实的地理环境，以提高其空间思维能力。

三、ＧＩＳ在中学地理教学中的应用

由于ＧＩＳ在不同国家起步的早晚与研究进展的不同，ＧＩＳ的基础教育在不同的国家也存在差异。相对来说，国外的ＧＩＳ教育发展更早，许多国家基础普及教育与ＧＩＳ专业教育并重，ＧＩＳ教育的每个环节也相对更为成熟（如美国、加拿大、德国等）。但是ＧＩＳ在教学中的实施遇到重重困难，比如课前需要花足够多的时间去准备大量的课程资料，ＧＩＳ的实施缺乏相应的硬件条件，以及缺少各州的支持。所以，ＧＩＳ在基础教育中的运用并不广泛。２０００年底，利用ＧＩＳ辅助教学的高中大约只占美国的１％。２００７年研究发现，实施情况仍不乐观。

将ＧＩＳ运用到一般中学地理教学中已成为国际上地理教学的趋势。早在１９９２年，Ｒｏｂｅｒｔ Ｔｉｎｋｅｒ ＧＩＳ在基础教育的首次尝试。１９９４年，美国《国家地理课程标准——生活化的地理》中明确指出把ＧＩＳ看成是地理教学的工具。同年召开会议，首次提出ＧＩＳ在教育上的相关应用 。美国国家地理信息与分析中心（ＮＣＧＩＡ），实践了在中学实行ＧＩＳ教育计划，主要表现在编制和推行ＧＩＳ教材。同时，美国还面向教师和学生开展了“ＧＩＳ日”。美国ＥＲＳＩ免费发布了大量教学课件，这些课件主要是利用ＧＩＳ辅助地理教学运用。２０世纪９０年代，日本开始了ＧＩＳ辅助地理教学，他们将ＧＩＳ作为工具应用于地理课堂教学之中。德国在ＧＩＳ辅助中学地理教学中进行了不断地尝试，１９９８年德国开发了教学软件——“Ｄｉｅｒｃｋｅ ＧＩＳ＂，２００３年以后，德国一些联邦州的新课程标准中添加了 “地理信息系统”相关的教学内容要求。２００３年４月我国教育部修订颁布的《普通高中地理课程标准（实验）》加入了对地理空间能力的培养并增加了地理信息技术的内容，ＧＩＳ成为中学地理教学内容和辅助手段。

四、存在问题及未来展望

ＧＩＳ作为教学内容和教学工具运用于地理教学已经成为国内外教学的一种趋势，ＧＩＳ如何提高地理教学的研究不断地深化拓展。２０００年后国外学者的研究和实践证明，ＧＩＳ有利于培养学生的空间格局和空间思维。但是对于ＧＩＳ和地理空间思维能力的具体联系以及如何使用有效ＧＩＳ技术等方面，研究并不深入。研究主要停留在理论层面，大多数教师和学生还不能熟练掌握应用地理信息技术的基本技能

在我国，ＧＩＳ起步比较晚，运用于地理教学中的研究也不多，主要集中在ＧＩＳ在教学中的理论研究，基于某一具体的ＧＩＳ软件在中学地理教学中的运用， ＧＩＳ对于不同的专题地理的实例分析。近几年来才开始出现ＧＩＳ培养学生空间思维能力方面的文献，主要研究包括基于ＧＩＳ培养中学生地理空间思维能力教学软件的研究，ＧＩＳ培养中学生地理空间思维能力的优势的分析研究，ＧＩＳ培养中学生地理空间思维能力的实例研究等方面。但是目前对地理空间思维能力的研究不够全面，只停留在一两个方面。而且，掌握ＧＩＳ的软件比较困难，大部分软件相对复杂，教师难以把握学生难以理解，此外，利用ＧＩＳ软件进行图形制作和综合分析所需要的数据资源的获取有一定的难度。

对地理空间思维能力各方面进行全面研究，对教师和学生的实践动手操作ＧＩＳ软件方面的进行研究是未来研究中的重要部分。

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参考文献：

[1]王旭东.地理教学对学生空间思维能力的培养[J].新西部(理论版),2013,(23):134-138.

[2]Sinton D S,Bednarz S, Gersmehl P,et al.The People´s Guide to Spatial Thinking[M].Washington, DC: National Council for Geographic Education,2013.

[3]Verma K.GEOSPATIAL THINKING OF UNDERGRADUATE STUDENTS IN PUBLIC UNIVERITIES IN THE UNITED STATES[D].Texas State University,2014.

[4]鲁学军,秦承志,张洪岩,程维明.空间认知模式及其应用[J].遥感学报,2005,9(3):277-85.

[5]袁孝亭,王向东.论地理学科的空间观教育[J].地理教学,2003:1-7.

[6]林元龙.试论地理空间思维教与学的新视角[J].地理教育,2014,(1):10-12.

[7]刘康琴.中学生地理空间思维能力的培养[D].重庆师范大学,2013.

[8]Butt,G.2001.Closing the gender gap in geography[J].Teaching Geography,2001,26(3):145-47.

[9]Lee J,Bednarz R. Components of spatial thinking: evidence from a spatial thinking ability test[J].Journal of Geography,2012,111(1):15-26.

[10]Lee J W. Effect of GIS learning on spatial ability[D].Texas A&M University,2005.

[11]马旭丹.GIS辅助地理研究性学习探究[D].华东师范大学,2009.

[12]韩金荣,袁孝亭. Google Earth在美国地理教育中的应用及启示[J].中国电化教育,2009,(3):78-81.

[13]唐信其.基于GIS技术培养中学生地理空间素养的实践研究[D].华中师范大学,2014.

[14]姜兵.基于地理空间分析能力培养的GIS教学软件的应用研究[D].东北师范大学,2012.

[15]胡文会,李晓萌.基于Google Earth的中学生地理空间思维能力培养研究[J].教育教学论坛,2014,(5):60-61.

[16]柳敏.基础地理教育GIS教学软件平台开发与应用研究[D].华东师范大学,2005.

[17]王家伟.基于GIS的中学生地理空间分析能力培养研究[D].华东师范大学,2012.

（编辑：杨迪）