基于GIS的高中地理教學模式探索

月榮玉 劉春燕

一、GIS與培養地理綜合思維的適配性

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》［1］（后文簡稱“新課標”）提出地理學科核心素養之一“綜合思維”是地理學的基本思維方法，是指將地理事物和現象看作一個整體，綜合各種要素分析地理問題的思維方式和能力，包含要素綜合、時空綜合和區域綜合三個維度，具有全面性、系統性、動態性的特點。GIS的基本功能包括數據輸入與處理、數據存儲與管理、空間查詢與分析、制圖與產品輸出等，在大數據的時代背景下，傳統的教學方法已經不再適應新時代地理教學需求，而利用GIS輔助地理教學正是充分利用了大數據和現代信息技術。GIS為我們提供了全新視角理解和利用地理數據，通過采集、存儲、處理可視化數據綜合探究分析地理問題，有利于充分培養學生地理綜合思維能力。

二、基于GIS構建教學模式

依據新課標和GIS的功能，結合教學設計的一般步驟，構建可操作的教學模式（圖1）。

三、教學案例設計與實施

1.確定教學主題

（1）基礎性分析（新課標分析）

新課標［1］中明確了“農業區位因素”的內容要求：結合實例，說明農業區位因素。其包含兩層含義：一是結合實例，即教學應注重案例分析法，通過具體案例引導學生沉浸式學習；二是說明農業區位因素，即引導學生綜合分析農業區位因素的內容并說明其如何影響農業區位選擇。

（2）可行性分析（校情、師情、學情分析）

學校層面：首先，學校鼓勵地理教師使用GIS教學。其次，教學常規安排中對地理教師的任務量較合理，教師有足夠的時間進行課前準備。最后，學校普通教室配有希沃教學一體機，也有配備專門的電腦教室，可連校園網下載各類軟件和數據。

教師層面：首先，教師學科專業素養較強，可以根據學生實際情況設計教學過程。其次，教師搜集資料和整理數據能力較強，能夠較好地運用現代教學技術。最后，因高一下學期的教學時間較長，課時規劃較充裕，可以有充足的時間進行課前準備和實踐教學。

學生層面：首先，教學班級學習地理的興趣較高，愿意嘗試更新穎的教學方式。其次，學生經過初中區域地理和高中必修一的學習，已初步具備“氣候、地形、水源、土壤、人口、交通、土地利用”等相關知識基礎。再次，學生在必修一已系統學習過GIS相關內容，為應用GIS輔助教學奠定能力基礎，但是綜合分析地理問題和深度探究能力還有待提高，需要教師的引導。最后，學生性格較活潑，愿意動手實踐，與教師的配合程度較高。

（3）適用性分析（教材分析）

教學內容選自人教版高中地理（2019年版）必修二第三章第一節“農業區位因素及其變化”。本節教材內容設計了兩個標題：“農業區位因素”和“農業區位因素的變化”，本文重點探究前者?！稗r業區位因素”分為自然因素（氣候、水源、地形、土壤等）和人文因素（市場、勞動力、交通運輸、政策法規等），在闡述每種因素時列舉了豐富案例加以說明并配上多幅圖片，最后設計活動——“分析亞洲水田農業形成的區位因素”以此綜合掌握農業區位因素。教材內容分點明確，案例和圖片豐富，但過多的案例會使教學變得復雜化，因此，教師選取一個案例即“贛南臍橙的區位因素”展開問題探究。教師引導學生利用GIS的疊加分析功能和可視化功能對案例的相關數據進行要素疊加分析，以此綜合探究“農業區位因素”。

2.確定教學目標、教學重難點和教學方法

基于對新課標、校情、師情、學情、教材的分析，確定本節課的教學目標：學生能夠從區域的角度分析地理環境差異性，形成空間觀念，提高區域認知素養（區域認知）；學生能夠根據給定材料和GIS制圖，從多角度、多層次分析農業生產活動，明確農業區位因素是動態變化的，各要素之間相互聯系、相互影響（綜合思維）；學生開展小組合作，應用GIS制圖綜合分析地理問題，培養團隊合作意識，提升動手實踐能力（地理實踐力）；進行農業區位選擇時，引導學生學會尊重自然規律，協調好農業生產活動與地理環境的關系（人地協調觀）。

教學重難點：依據教學目標及學情特點設計教學重點為“綜合分析歸納區域農業區位因素”，教學難點為“根據區域農業生產發展現狀為其可持續發展提供合理性建議”。

教學方法：為突破教學重難點，選擇適合學生的案例分析法、小組合作探究法、問題式教學法、GIS輔助教學法、讀圖分析法。

3.準備GIS工具及相關數據

GIS工具：考慮到GIS工具要功能齊全、下載安裝便利、操作簡單等客觀因素，最終選擇利用ArcGIS桌面軟件輔助地理教學。

相關數據：①中國、江西省、贛州市的行政區范圍數據，來自阿里云DataV.GeoAtlas地理小工具系列（https：//datav.aliyun.com/），下載文件為json格式，可通過mapshaper在線網站（https：//mapshaper.org/）轉換為shp格式。②贛州市地形數據（DEM高程數據），來自地理空間數據云（https：//www.gscloud.cn）。③贛州市氣象數據包括2020年平均氣溫柵格數據、2020年降水量柵格數據、2015年日照時數柵格數據，來自國家地球系統科學數據中心（http：//www.geodata.cn/index.html）。④贛州市河流水系數據、道路矢量數據、贛州市土壤和土地覆蓋類型數據，來自中國科學院資源環境科學與數據中心（https：//www.resdc.cn/）。⑤贛州市各縣（市、區）人口數據、生產總值數據，來自贛州市人民政府市統計局的2022年統計年鑒（https：//www.ganzhou.gov.cn/zfxxgk/index.shtml）。

數據處理：在相關網站和工具中獲取的數據多為全國范圍數據且投影與坐標系統可能不一致，因此，需要教師在課前準備時確認并調整各要素的投影、坐標系和區域范圍，投影與坐標系統不一致可通過定義投影和新建地理坐標系統改為一致的，范圍不一致可通過要素裁剪得出區域范圍。

4.基于GIS設計教學過程

【環節一：課前準備】教師提前告知學生前往電腦室，組織學生分好小組，4～5人為一組圍坐于圓桌，每一桌配備一臺筆記本電腦，學生將電腦上安裝的ArcGIS軟件打開，教師將教學所需的數據傳輸到每臺電腦桌面文件夾中。

【環節二：品嘗臍橙、問題導入】教師：將提前切好的臍橙分發給學生品嘗，并提問激疑——贛南臍橙的味道如何？如此香甜多汁的臍橙產自哪里？學生：香甜多汁，很好吃！產自江西贛州，影響因素有很多……教師：2021年贛州臍橙產量達150.42萬噸，比上年增長9.1％，總種植面積達2091.21平方千米［2］。提問——為什么贛南臍橙產量高，味道香甜？影響它的區位因素又有哪些呢？

【設計意圖】通過品嘗臍橙充分調動學生積極性和激發學習興趣；提問激疑，引入課題。

【環節三：學生自主嘗試】教師：引導學生結合課本第54～55頁完成下列填空。

（1）農業生產活動

①概念：人們利用土地的自然生產力，以獲得所需的產品。

②特點：地域性、? ? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? ? ?。

（2）農業分類

按照生產對象不同，可分為“種植業、? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ?、副業”。

（3）農業區位及農業區位因素

①農業區位

絕對區位：農業生產所選定的地理位置。

相對區位：農業生產與地理環境之間的關系。

②農業區位因素：影響一定地方農業生產選擇的因素，包括自然因素：? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? 等，人文因素：? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? 、資金、科技、歷史等。

學生：結合課本第54～55頁自主完成填空：栽培植物、飼養動物、季節性、周期性、畜牧業、林業、漁業、相關地理因素、水源、土壤、地形、氣候、勞動力、市場、政策法規、交通運輸。

【設計意圖】根據課本內容填空，了解相關概念，充分調動學生主觀能動性。

【環節四：小結與過渡】學生完成填空后，教師展示答案，并簡要過渡：在了解了農業生產活動的概念和特點、農業分類、農業區位及農業區位因素的含義后，接下來我們將從自然和人文兩大方面來探究“贛南臍橙”主產區在江西贛州的區位因素。

【環節五：小組合作探究 “贛南臍橙主產區在江西贛州的區位因素”】自然因素——氣候。教師：①利用多媒體投影展示提前錄制好的制作視頻，指導學生制作贛州市行政區劃圖，在此基礎上制作贛州市年降水量分布圖、年平均氣溫分布圖和年日照時數分布圖。②展示文字材料：贛南臍橙性喜溫暖濕潤，適合在年降水量 1 600毫米左右、年平均氣溫18 ℃～22 ℃、日照時數1 200小時以上、全年無霜期280天以上的地區生長，果實成熟期晝夜溫差應在10 ℃以上。學生：①在ArcGIS首頁頁面點擊“添加數據”鏈接到桌面文件夾，將“中國、江西省、贛州市shp文件”分別添加至圖層，顯示各省市區縣名稱要素，在數據框屬性里設置經緯網格網，顯示經緯度，得出贛州市的經緯度位置：114°E～116°E，25°N～27°N（圖2）。在了解贛州地理位置的基礎上，切換至贛州市數據框添加數據——“2020年贛州市年降水量.tif”，在數據框中插入指北針、圖例、比例尺、標題，導出地圖，用同樣的方法制作贛州市年平均氣溫分布圖和年日照時數分布圖（圖3～圖5）。②結合地圖和文字材料分析得出贛州市屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，全年溫暖濕潤、光照充足，利于臍橙生長。

【設計意圖】學生通過應用ArcGIS制作贛州市專題地圖并結合文字材料分析“氣候”因素，既提升了動手實踐能力，又培養了區域認知、讀圖提取信息和綜合分析的能力。

自然因素——地形、土壤。教師：①教師利用多媒體投影展示提前錄制好的制作視頻，指導學生制作贛州市地形圖、贛州市土壤類型分布圖和贛州市土地覆蓋類型分布圖。②展示文字材料：贛南臍橙適宜種植在背風向陽、排灌條件好的酸性土壤地區。學生：①在ArcGIS相同的數據框，關閉所有圖層，在行政區劃圖的基礎上，添加數據——“贛州市DEM高程數據”，設置美觀的符號系統、更新圖例、標題，導出地圖（圖6）。接著關閉“贛州市海拔/m”圖層，添加數據——“贛州市土壤類型.tif”，設置美觀的符號系統、更新圖例，導出地圖（圖7）。用同樣的方法制作贛州市土地覆蓋類型分布圖（圖8）。②結合地圖和文字材料分析得出贛州市海拔多處于200～1 000 m，地勢起伏較大，山地丘陵面積大，背風向陽山坡多，林地多，排水條件好，且土壤以酸性紅壤為主，利于臍橙種植。

【設計意圖】學生通過應用ArcGIS制作專題地圖，并結合文字材料分析“地形、土壤”因素，既提升了動手實踐能力，又培養了讀圖分析能力和要素綜合分析能力。

自然因素——水源。教師：①教師利用多媒體投影展示提前錄制好的制作視頻，指導學生制作贛州市水系分布圖。②展示文字材料：贛江是江西省最大的河流，贛江年均流量2 130 m?/秒，而贛江的發源地在贛州，年降水量較多，各支流也常年水量充沛。學生：①在ArcGIS相同的數據框，關閉所有圖層，在行政區劃圖的基礎上，添加數據——“贛州市水系.shp”，顯示各水系名稱，設置美觀的符號系統、更新圖例、標題，導出地圖（圖9）。②結合地圖和文字材料分析得出贛州市地勢起伏較大，水系發達，河流眾多且水量豐富，灌溉水源充足，利于臍橙種植。

【設計意圖】學生通過應用ArcGIS制作贛州市水系分布圖，并結合文字材料分析“水源”因素，既提升了動手實踐能力，又培養了要素綜合分析能力。

人文因素——勞動力、資金。教師：①利用多媒體投影展示提前錄制好的制作視頻，指導學生制作贛州市各縣生產總值分布圖和人口密度分布圖。②展示文字材料：2022年贛州市統計年鑒［2］。結果顯示，贛州常住人口約898萬人，是江西省常住人口最多的地級市，常住人口城鎮化率為56.35％；贛州GDP總量約4 169.37億元，比上年增長9.1％，人均GDP約4.65萬元。學生：①在ArcGIS相同的數據框，關閉所有圖層，打開贛州市行政區劃圖層，右擊圖層屬性，點擊符號系統的類別，選擇唯一值“生產總值/萬元”，得出“2022年贛州市各縣（市、區）生產總值分布圖”，顯示各區縣名稱，更新圖例、標題，導出地圖（圖10）。用同樣的方法得出“贛州市各縣人口密度分布圖”（圖11）。②結合地圖和文字材料分析得出贛州市人口稠密，勞動力豐富且生產能力高，經濟發展水平也在提升，有更多的資本投入，利于臍橙的種植。

【設計意圖】學生通過應用ArcGIS制作贛州市專題地圖，并結合文字材料分析“勞動力、資金”因素，培養學生讀圖分析和要素綜合分析問題能力。

人文因素——交通、市場。教師：①利用多媒體投影展示提前錄制好的制作視頻，指導學生制作贛州市道路分布圖和贛州市鐵路輕軌分布圖。②展示文字如下。

材料一：贛州市東、南、西側分別與福建、廣東、湖南相鄰。

材料二：贛南臍橙肉質脆嫩、風味濃甜芳香、口感酸甜適度、營養價值非常高，富含蛋白質、鈣磷鐵等礦物質、胡蘿卜素、維生素C，有提高免疫力、預防癌癥、清腸排毒等功效。

學生：①在ArcGIS相同的數據框，關閉所有圖層，在行政區劃圖的基礎上，再添加數據——“贛州市道路.shp”，更新圖例、標題，導出地圖（圖12）。用同樣的方法制作贛州市鐵路輕軌分布圖（圖13）。②結合地圖和文字材料分析得出：贛州市道路建設較完善，公路眾多且京九鐵路穿過，便于化肥、設備、臍橙等的運輸，以及勞動者和消費者的來往；贛南臍橙肉質鮮美、營養價值高、功效強大，市場需求量大，加上區域內交通便利，有利于擴大省內外消費市場。

【設計意圖】學生通過應用ArcGIS制作贛州市專題地圖，并結合文字材料分析“交通、市場”因素，培養讀圖分析、要素綜合和區域綜合分析問題的能力。

人文因素——政策、技術。教師：展示文字如下。

材料一：贛南臍橙是江西贛州特產、中國國家地理標志產品，年產量超百萬噸，贛州市的種植面積居世界第一。20世紀70年代以來，贛州市委市政府提出的“興果富民”“建設世界著名臍橙主產區”“培植超百億元產業集群”等政策，有力推動了贛南柑橘產業的快速發展，較好促進了扶農扶貧工作的展開，柑橘果業已發展成為當地農業主導產業［3］。

材料二：雖然贛南臍橙有著得天獨厚的自然環境條件、種植歷史悠久，但其孕育過程仍需要大量人力、資金、技術等的投入以完成育苗、栽培、成熟、采摘、售賣的各個環節。

學生：①政策：贛南臍橙是中國國家地理標志產品，且市政府提出了多項政策推動柑橘產業的發展，說明有國家政策的大力支持，利于大規模種植贛南臍橙。②技術：經濟發展水平在提升，有更多的資本、技術投入，加上本地種植歷史悠久，有利于完成贛南臍橙種植到售賣的整個過程。

【設計意圖】通過小組合作，閱讀文字材料分析“政策、技術”因素，培養了學生的信息提取、綜合分析和團隊協作能力。

【環節六：小結與過渡】教師：我們通過應用GIS制作自然和人文等專題地圖來輔助探究“影響贛南臍橙布局的區位因素”，得知贛州為何盛產臍橙，但要做到可持續發展，還需同學們的建言獻策。

【環節七：小組合作探究“贛南臍橙產業的可持續發展之路”】教師：提出問題——結合生活實際，為贛南臍橙產業的可持續發展提供合理性建議。學生：為了贛南臍橙的可持續發展，應做到科學合理種植、延長產業鏈、優化產業結構。例如，本地可以發展橙汁產業、橙味香水產業、旅游業等。

【設計意圖】通過為贛南臍橙產業的發展建言獻策，引導學生關注人地關系，樹立因地制宜、人地協調的可持續發展理念。

【環節八：鞏固練習】完成配套練習。

【環節九：課堂總結及課后任務】本節課我們以贛南臍橙為例，應用GIS綜合探究了農業區位因素，包括自然因素（氣候、地形、水源、土壤）和人文因素（交通、勞動力、市場、政策、技術、資金），同時也思考分析了贛南臍橙產業的可持續發展之路，這為后續學習“工業、服務業區位因素及其變化”做好鋪墊。請同學們課后思考“除了這些因素，還有哪些因素也會影響到農業區位選擇？”，并學以致用完成課本第57～58頁的活動——“分析亞洲水田農業形成的區位因素”。

【環節十：板書設計】如圖14所示。

四、總結與反思

1.總結

教師認為：本節內容的教學設計基于新課標［1］，運用了豐富多樣的教學工具，充分利用學生比較感興趣的“贛南臍橙”作為主要案例背景展開分析，利用GIS的空間查詢功能與疊加分析功能制作專題地圖培養學生綜合思維能力。教學過程中采用案例探究、圖文結合的方式，以“贛南臍橙”為例創設案例情境貫穿整節課、設計問題鏈、組織探究活動等，真正意義上做到了“以學生為主體”，有利于增強學生參與感和成就感，提升各方面能力，充分培養學生地理學科核心素養［4-6］。但是本設計需要教師課前做好充足準備，課堂實施過程中也應掌握好各教學環節時間并組織好課堂紀律。

學生認為：本節課的知識內容比較簡單，各類地理要素的概念及關系在初中基本上都已經學過，知識構建比較快。但是在使用ArcGIS過程中可能會遇到比較多的問題，即使對這款軟件的操作比較感興趣，也不能在短時間內熟練操作。此外，學校網絡不是特別穩定，這方面花費了比較多的時間，建議下次老師先操作一部分，剩下一部分再給各小組操作。

2.教學反思

筆者在案例實施過程中密切關注學生反應，整體上較順利，但也存在一些問題。如在多臺電腦同時使用校園網絡的情況下，學生不間斷地連續點擊ArcGIS桌面選項導致軟件未響應，而不得不關閉程序。有較多學生未保存文檔或導出地圖就退出程序，最后重復了多次操作步驟，花費了大量時間在操作上，留給問題合作探究的時間較少。但因為學生整體知識基礎較好，最后得出的結論和知識框架是較完整的。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 贛州市統計局.2022年贛州市統計年鑒［M］.北京：中國統計出版社，2022.

［3］ 徐晗澤宇，劉沖，王軍邦，等.Google Earth Engine平臺支持下的贛南柑橘果園遙感提取研究［J］.地球信息科學學報，2018，20（3）：396-404

［4］ 潘小紅.高中地理“主體參與”教學模式的探索實踐［J］.地理教育，2011（Z2）：108-109.

［5］ 萬建偉.“問題探究”，教學模式實踐探索——以“中國的地質災害”為例［J］.地理教育，2013（Z2）：46.

［6］ 趙洋，李廣江，張連彬.“三新”背景下生本課堂教學模式建構探索［J］.地理教育，2023（S1）：144-145.

通信作者：劉春燕