遙感影像輔助地理時空綜合思維培養(yǎng)的教學(xué)實踐

一、引言關(guān)于如何創(chuàng)新培育地理學(xué)科核心素養(yǎng)，新課程標準基本理念要求充分利用地理信息技術(shù)，營造直觀、實時和生動的地理教學(xué)環(huán)境［1］。遙感影像在課堂上的運用不僅能豐富課程資源，而且通過多時相、不同地理空間尺度的劃分、轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)，可以幫助學(xué)生提升對地理時空要素和地理時空結(jié)構(gòu)的認知，進一步加深對技術(shù)的理解?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標準（實驗版）》明確提出應(yīng)培養(yǎng)高中生就不同尺度地理空間的地理現(xiàn)象提出問題的能力［2］。利用遙感影像這類地理信息技術(shù)對地理時空綜合思維的培養(yǎng)是一個全新視角，延伸了課標內(nèi)涵，充分利用教材邏輯拓寬教材的素材，幫助教師開拓全新課堂教學(xué)模式。同時也能拓寬學(xué)生關(guān)于地理信息技術(shù)的視野，補充當前教學(xué)地理信息技術(shù)運用不充分的短板。1.地理時空綜合思維時空綜合思維是高中地理綜合思維的重要維度之一，能夠幫助學(xué)生把握地理事象的空間格局和時間演變，即理解地理的過程，這是解決地理問題的關(guān)鍵能力。地理問題離不開同時站在時間與空間的角度去分析。當前許多研究主要集中在綜合思維層面，而深入剖析時空綜合思維的研究相對較少［3］。張家輝等人認為地理學(xué)的時空衡量標準為地理時空尺度，是全面認識復(fù)雜地理事象的關(guān)鍵點，地理時空綜合思維能力分為地理時空尺度劃分能力、地理時空尺度轉(zhuǎn)換能力、地理時空尺度關(guān)聯(lián)能力、地理時空要素演變認知能力和地理時空結(jié)構(gòu)演變認知能力［4-5］。對于地理時空思維能力的劃分各家觀點并不完全統(tǒng)一，本文以王文興的尺度劃分作為依據(jù)進行教學(xué)與案例研究［6］。2.遙感影像在地理課堂教學(xué)中的應(yīng)用國內(nèi)外學(xué)者針對遙感影像在地理課堂中的開發(fā)應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)：國際大多數(shù)高等院校都增加了遙感課程，當前，遙感衛(wèi)星圖像的使用已推廣至基礎(chǔ)教育階段。遙感數(shù)據(jù)除了具有較高清晰度和時效性外，還具有很大教育潛力，但目前這種潛能在學(xué)校實踐中得不到充分運用。魏玉成提出遙感影像在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用可以優(yōu)化地理教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在推進信息技術(shù)過程中培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)，在訓(xùn)練學(xué)生思維過程中培養(yǎng)學(xué)生探究能力［7］。程彬從課標分析角度闡述了信息技術(shù)在地理學(xué)習(xí)中的作用，并強調(diào)將遙感與中學(xué)地理教學(xué)相結(jié)合，為中學(xué)地理教學(xué)的目的、教法和學(xué)法帶來一場新的革命［8］。林培英認為高中地理課程中地理信息技術(shù)教學(xué)的普遍開展，需要各方面力量的支持，共同為教師創(chuàng)造必要教學(xué)條件［9］。二、遙感影像在地理時空綜合思維培養(yǎng)中的教學(xué)應(yīng)用策略1.教材中的遙感影像與地理時空綜合思維的關(guān)聯(lián)以魯教版必修二為例，教材中圖像部分涉及遙感影像，承載了豐富的地理信息，與地理時空綜合思維關(guān)聯(lián)緊密（表1）。2.地理時空綜合思維能力的培養(yǎng)策略地理時空尺度劃分能力指在對一個大范圍區(qū)域進行研究，或?qū)σ粋€地理事件在時間上演變進行分析時，擁有對地理事件進行空間和時間尺度分割的能力［6］。如表1“圖1-1-1”所示地區(qū)夜間燈光遙感圖，所表達的尺度先為全球尺度，再劃分到歐洲大陸，根據(jù)不同尺度轉(zhuǎn)換帶領(lǐng)學(xué)生認識地球表面。如在分析美洲的經(jīng)濟發(fā)展，先展示美洲整體概況，再劃分為北美洲和南美洲。北美洲中的墨西哥以北地區(qū)與墨西哥以南地區(qū)兩個區(qū)域有著明顯的差別；尺度的劃分可對同一地理事件的要素進行整合，做出地域性解釋。時空尺度轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)基于改變觀察地理事物和分析地理問題的尺度時，其結(jié)果會隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。地理事象處于不同的尺度框架下時，其成因機理和對它進行的比較分析會產(chǎn)生明顯差別。如表1“圖2-3-1”安徽省合肥市及周邊地區(qū)不同年份衛(wèi)星遙感影像，在對該地區(qū)城鎮(zhèn)化進程進行探討時，我們更關(guān)注的是該地區(qū)的整體城市面積擴展范圍等全局特性。用多時相尺度變化來確定該地區(qū)的空間布局特點變化，以空間范圍聯(lián)系和時間的尺度對細節(jié)進行掌握，從而可以提升時空綜合思維。時空尺度關(guān)聯(lián)能力的培養(yǎng)基于不同尺度上地理事物和現(xiàn)象之間的相互作用。課程標準對時空綜合思維的要求是能夠?qū)ΜF(xiàn)實中地理事象，如自然環(huán)境的變化、區(qū)域發(fā)展、資源環(huán)境與國家安全問題等，運用要素綜合、時空綜合、地方綜合的分析思路，對其進行系統(tǒng)性、地域性的解釋［1］。地理事件中的要素是相互聯(lián)系、相互作用的，大尺度的地理事象改變會對局部環(huán)境產(chǎn)生影響。比如全球氣候變暖大環(huán)境下會導(dǎo)致某地海平面上升或某地局部高溫及氣候變化等。小范圍內(nèi)的地理事件改變也會成為大范圍地理環(huán)境變化的誘因，如日本排放核污水事件會對太平洋流域甚至全球流域的生態(tài)系統(tǒng)造成影響。這需要教師在涉及相關(guān)地理尺度關(guān)聯(lián)的問題時，從大尺度到小尺度，小尺度再到大尺度雙向?qū)Φ乩硎录M行時間與空間的關(guān)聯(lián)分析。時空要素演變認知能力的培養(yǎng)基于隨著地理事象的發(fā)展與變化，各種地域因素也隨之發(fā)生時間與空間上的發(fā)展與變化，在時間與空間變化過程中，各種地理要素也在不斷整合。如昆明市的輻射功能：隨著世界格局的演變，中國與東南亞國家的地理聯(lián)結(jié)與經(jīng)貿(mào)合作成為一帶一路的節(jié)點，昆明必須擴大城市體量，聯(lián)合周邊城市如玉溪、曲靖、楚雄等建設(shè)滇西城市群，擴大城市輻射范圍帶動周邊地區(qū)發(fā)展，并能夠承接上一級長江經(jīng)濟帶的產(chǎn)業(yè)鏈與東南亞形成地理聯(lián)結(jié)上的合作。在時間與空間的要素與格局發(fā)生演化時，進而對整個片區(qū)的輻射范圍產(chǎn)生影響。時空結(jié)構(gòu)演變認知能力的培養(yǎng)基于地理事象空間布局并非一成不變，隨著時間推移會出現(xiàn)事物的新舊更替、物換星移。在這一塊的認識上上升到了對地理時空認知水平較高的理解，學(xué)生已經(jīng)能夠自由劃分、轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)地理時空尺度并對地理要素的演變有了認知，可以看清楚時空結(jié)構(gòu)演變，將大小范圍的尺度進行整合分割并進行布局，這種對空間的布局和時間的規(guī)律認識可以觸動學(xué)生對地理之美的深刻認知。三、“城鄉(xiāng)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)”教學(xué)案例設(shè)計研讀課程標準（2017年），分析教學(xué)內(nèi)容，收集昆明市的功能分區(qū)遙感數(shù)據(jù)并利用ENVI軟件進行校正、分析，最后輸出專題地圖。采用案例教學(xué)法根據(jù)教學(xué)設(shè)計原則和注意事項設(shè)計教學(xué)案例，突出地理時空綜合思維的培養(yǎng)（表2）［10］?！俺青l(xiāng)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)”課程標準為：結(jié)合實例，解釋城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，說明合理利用城鄉(xiāng)空間的意義［1］。該課主要概念為城鎮(zhèn)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)、鄉(xiāng)村內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。在課堂中概念解析是遙感影像案例教學(xué)授課的基礎(chǔ)［11-12］。1.課標解讀刻畫城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村不同類型區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)有三個步驟：一是確定各類功能區(qū)的范圍；二是描述各類功能區(qū)；三是描述各類功能區(qū)之間的相對位置和形成原因。關(guān)于判斷利用城鄉(xiāng)空間布局的合理性，需要看城市規(guī)劃是否有一定的綠地面積，是否有便利條件，是否有合理的教育用地，是否有文化保護區(qū)或文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)區(qū)。2.教學(xué)重難點刻畫城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村不同類型區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)；判斷城鄉(xiāng)是否合理利用城鄉(xiāng)空間。3.教學(xué)過程教學(xué)過程設(shè)計如表3所示。四、結(jié)語本節(jié)課所用案例是昆明市城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，致力于把遙感影像應(yīng)用到地理時空綜合