3S技術(shù)及其在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用

3S技術(shù)及其在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：本文首先簡(jiǎn)要介紹了3S技術(shù)，并對(duì)3S技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)地理教學(xué)的必要性進(jìn)行了分析，最后以具體案例詳細(xì)說(shuō)明此應(yīng)用及效果。

關(guān)鍵詞：GIS；RS；GPS；中學(xué)；地理教學(xué)；應(yīng)用

引言

“3S”技術(shù)是英文遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)這三種技術(shù)名詞中最后一個(gè)單詞字頭的統(tǒng)稱，這三者之間緊密聯(lián)系在一起,遙感技術(shù)是信息采集的主力[1]；全球定位系統(tǒng)是對(duì)遙感圖像及從中提取的信息進(jìn)行定位，賦予坐標(biāo)，使其能和“電子地圖”進(jìn)行套合；地理信息系統(tǒng)是信息的“大管家”，為3S技術(shù)的核心。目前3S技術(shù)是解決人口、資源、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等重大地理問(wèn)題的重要手段和關(guān)健技術(shù)。因此，《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求：新的高中地理課程在必修、選修模塊中必須介紹有關(guān)3S的知識(shí)，這是課程內(nèi)容本身的要求。

另一方面，3S技術(shù)是地理課程獨(dú)特的輔助教學(xué)技術(shù)。目前，中學(xué)生普遍不喜歡地理課，《普通高中新課程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)報(bào)告》顯示：在七門(mén)學(xué)科當(dāng)中，地理僅排在物理之后，居于第二難學(xué)課程，造成這一結(jié)果的一個(gè)重要原因是目前地理課程教學(xué)手段落后，在中學(xué)地理教學(xué)過(guò)程中，大多數(shù)教師仍然偏重如何輔助學(xué)生記憶，其手段仍然是以地理掛圖和幻燈片等作為輔助工具，學(xué)生感到枯燥無(wú)味，因而教學(xué)效果不甚理想。因此地理教學(xué)改革的一個(gè)重要課題是使課堂教學(xué)整體優(yōu)化，將信息技術(shù)引入地理教學(xué)，是改革教學(xué)方法和教學(xué)模式的重要途徑之一，結(jié)合地理學(xué)科的特點(diǎn)，將信息技術(shù)中的高端3S技術(shù)用于地理教學(xué)，是地理教學(xué)發(fā)展的必然。下面以一些具體實(shí)例說(shuō)用3S技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用。

技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代中期才發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，至今已40多年，始終發(fā)展迅猛。國(guó)內(nèi)外學(xué)者由于對(duì)GIS技術(shù)研究視角、應(yīng)用目的的不同，所給出的定義也不盡相同，例如，美國(guó)學(xué)者Parker認(rèn)為“GIS是一種存儲(chǔ)、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)”；加拿大的RogerTomlinson博士認(rèn)為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)”；我國(guó)著名GIS專家陳述彭院士認(rèn)為“GIS是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，把各種地理信息按空間分布或地理坐標(biāo)，以一定格式輸入、存儲(chǔ)、查詢檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)”。雖然這些學(xué)者對(duì)GIS的定義不盡相同，但都認(rèn)為GIS具有數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出等基本功能。目前，GIS廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，如環(huán)境評(píng)估、災(zāi)害預(yù)測(cè)、國(guó)土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運(yùn)輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計(jì)、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。

在中學(xué)地理教學(xué)中，GIS技術(shù)可將復(fù)雜的自然景觀、地理現(xiàn)象的空間分布甚至抽象的概念用三維的、動(dòng)態(tài)的、直觀的方法方式表現(xiàn)出來(lái)，將地理教學(xué)中不易明察與掌握的內(nèi)容通過(guò)虛擬場(chǎng)景來(lái)展現(xiàn)，提高教學(xué)效果，下面以地貌演變、地形分析和天體運(yùn)動(dòng)這三個(gè)教學(xué)內(nèi)容為例進(jìn)行應(yīng)用分析。

地貌教學(xué)是中學(xué)地理教學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容，在地貌教學(xué)中，褶皺和斷裂的形成是比較抽象的內(nèi)容，傳統(tǒng)的平面、靜態(tài)的教學(xué)方法難以達(dá)到滿意的教學(xué)效果。使用GIS技術(shù)的真三維顯示與動(dòng)態(tài)模擬功能，模擬巖石受力及相關(guān)地貌的形成過(guò)程與結(jié)果，如巖石受到強(qiáng)大壓力和張力時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂，并沿?cái)嗔衙嬗绣e(cuò)動(dòng)或位移的現(xiàn)象，相對(duì)上升一側(cè)地貌表現(xiàn)為斷裂山或高地，相對(duì)下沉的巖石地貌表現(xiàn)為裂谷或低地。受內(nèi)力作用，巖石在水平方向上受擠壓導(dǎo)致褶皺；受外力作用，背斜中心巖石易被侵蝕形成谷地，向斜中心巖石堅(jiān)固不易被侵蝕形成山，形象地展示了“背斜成谷，向斜成山”的過(guò)程。GIS技術(shù)把漫長(zhǎng)的地貌歷史演變過(guò)程在瞬間完成，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有較形象的理解。

在地形分析中,平面地圖缺乏對(duì)山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直觀形象的可視化表達(dá)，利用GIS的數(shù)字高程模型模塊來(lái)創(chuàng)建數(shù)字高程模型，這樣便可三維立體顯示一座山體，讓學(xué)生直觀地觀察山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等多種地形。并通過(guò)旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)技術(shù)，讓學(xué)生自己上機(jī)操作，使山峰的方向任意旋轉(zhuǎn)，或移走山體，或變換顏色以突出某種地形，在此基礎(chǔ)上，將影像數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)再鑲嵌在數(shù)字高程模型上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)三庫(kù)一體，則山體表現(xiàn)得更加形象逼真，使人感到渾然天成，這種教學(xué)明顯調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，加深了學(xué)生對(duì)地形特征的理解，讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)。

在天體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中，一般教學(xué)掛圖三維效果不突出且缺乏動(dòng)感，不易掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)GIS的二次開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)，建立場(chǎng)景，制作太陽(yáng)、地球、月球以及地球及月球的運(yùn)動(dòng)軌跡，指定月球和地球的鏈接，進(jìn)而完成天體的運(yùn)動(dòng)制作與飛行漫游，從而具體地模擬出天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行講解，調(diào)動(dòng)學(xué)生觀察思考的積極性，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，收到事半功倍的效果。

技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用

遙感是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的對(duì)地觀測(cè)的綜合性技術(shù)，它是指應(yīng)用探測(cè)儀器，不與探測(cè)目標(biāo)接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來(lái)，通過(guò)分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，遙感技術(shù)已成為一種影像遙感和數(shù)字遙感相結(jié)合的先進(jìn)、實(shí)用的綜合性探測(cè)手段，被廣泛應(yīng)用于資源、環(huán)境、地質(zhì)、地理、氣象、海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)及軍事偵察等各個(gè)領(lǐng)域。在中學(xué)地理教學(xué)中，RS技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于輔助教學(xué)，提高教學(xué)效果，下面以利用遙感輔助講授全球變化、環(huán)境生態(tài)問(wèn)題為例進(jìn)行應(yīng)用分析。

通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)案例及其影像，幫助學(xué)生對(duì)地球環(huán)境進(jìn)行立體觀察，幫助認(rèn)識(shí)全球環(huán)境的整體性與變化過(guò)程。例如，利用遙感影像幫助學(xué)生了解全球溫度變化、溫室效應(yīng)。美國(guó)宇航局以遙感手段獲得全球臭氧的分布，每年在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布南極臭氧濃度分布合成圖，這些材料是輔助講授全球臭氧分布及異常變化等全球變化的極好素材。另外，利用遙感在全球植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)、地球大氣監(jiān)測(cè)等應(yīng)用案例與影像，可以輔助講授環(huán)境變化；利用遙感在城市環(huán)境問(wèn)題、城市水體污染、城市大氣污染等監(jiān)測(cè)的案例與影像輔助講授環(huán)境問(wèn)題。

在講授城市、區(qū)域或全球生態(tài)環(huán)境問(wèn)題中，可以借助遙感影像幫助學(xué)生了解植被分布、土地利用及分布，提高學(xué)生宏觀觀察、分析能力。例如利用遙感在毀林過(guò)程監(jiān)測(cè)、全球森林分布變化監(jiān)測(cè)等方面的實(shí)例及影像，輔助講授全球植被覆蓋變化；利用遙感在土地利用普查中的實(shí)例和影像，輔助講授土地利用和農(nóng)作物分布；利用遙感在城市生態(tài)監(jiān)測(cè)、綠化率調(diào)查的實(shí)例和影像，輔助講授城市環(huán)境與生態(tài)等。

地表許多災(zāi)害從影像區(qū)域來(lái)說(shuō)，可能涉及一個(gè)很大的區(qū)域，遙感的大范圍觀測(cè)的特征提供了監(jiān)測(cè)災(zāi)害的可能，相關(guān)的遙感影像有助于在教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生理解這些區(qū)域性過(guò)程。例如，利用遙感在草原和森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、沙塵暴災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋污染監(jiān)測(cè)、火山噴發(fā)和地震等監(jiān)測(cè)的案例和影響，輔助講授自然災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，進(jìn)行災(zāi)害影響分析。例如，遙感在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用案例，可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)代技術(shù)對(duì)森林防災(zāi)救災(zāi)中的意義。

技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國(guó)國(guó)防部為滿足軍事部門(mén)對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的，于20世紀(jì)70年代初開(kāi)始設(shè)計(jì)、研制，1993年6月建成。GPS主要由空間星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶接收機(jī)三大部分組成，空間星座包括21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星，分布在6個(gè)等間隔的軌道面上，每個(gè)軌道面上分布4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道接近圓形，運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，地面上每個(gè)觀測(cè)站上每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖相同，這樣的布局保證了在地球上和近地空間任意一點(diǎn)、任意時(shí)刻均可至少同時(shí)觀測(cè)到4顆GPS衛(wèi)星。GPS具有全球地面連續(xù)覆蓋、功能多、精度高、實(shí)時(shí)定位速度快、抗干擾性能好、保密性強(qiáng)、全天作業(yè)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，目前在精確導(dǎo)航和精確定位方面得到了廣泛應(yīng)用。在中學(xué)地理教學(xué)中，GPS的輔助作用沒(méi)有GIS、RS廣泛，下面僅以借助GPS輔助講授制圖、交通、氣象等為例說(shuō)明其在教學(xué)中的應(yīng)用。

具體地說(shuō)，GPS可以輔助講授地圖、計(jì)算機(jī)制圖的發(fā)展；輔助講授現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展；輔助講授現(xiàn)代交通的發(fā)展；輔助講授天氣與氣候；輔助講授地球研究進(jìn)展；輔助講授海洋地理；輔助講授宇宙、太空知識(shí)等。

參考文獻(xiàn)

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