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摘要：本文首先簡要介紹了3S技術(shù)，并對3S技術(shù)運用于中學(xué)地理教學(xué)的必要性進行了分析，最后以具體案例詳細說明此應(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（Remote Sensing RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographical information System GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System GPS）這三種技術(shù)名詞中最后一個單詞字頭的統(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（提?。┑闹髁1]；全球定位系統(tǒng)是對遙感圖像（像片）及從中提取的信息進行定位，賦予坐標(biāo)，使其能和“電子地圖”進行套合；地理信息系統(tǒng)是信息的“大管家”，為3S技術(shù)的核心[2]。目前3S技術(shù)是解決人口、資源、環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展等重大地理問題的重要手段和關(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，這是課程內(nèi)容本身的要求[3]。
另一方面，3S技術(shù)是地理課程獨特的輔助教學(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監(jiān)測報告》顯示：在七門學(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)生感到枯燥無味，因而教學(xué)效果不甚理想。因此地理教學(xué)改革的一個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，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[4]。下面以一些具體實例說用3S技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用。
1.GIS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60年代中期才發(fā)展起來的新技術(shù)，至今已40多年，始終發(fā)展迅猛。國內(nèi)外學(xué)者由于對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，美國學(xué)者Parker認為“GIS是一種存儲、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Roger Tomlinson博士認為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)”；我國著名GIS專家陳述彭院士認為“GIS是在計算機軟硬件支持下，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、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GIS的定義不盡相同，但都認為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)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，如環(huán)境評估、災(zāi)害預(yù)測、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計、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、動態(tài)的、直觀的方法方式表現(xiàn)出來，將地理教學(xué)中不易明察與掌握的內(nèi)容通過虛擬場景來展現(xiàn)，提高教學(xué)效果，下面以地貌演變、地形分析和天體運動這三個教學(xué)內(nèi)容為例進行應(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)方法難以達到滿意的教學(xué)效果。使用GIS技術(shù)的真三維顯示與動態(tài)模擬功能，模擬巖石受力及相關(guān)地貌的形成過程與結(jié)果，如巖石受到強大壓力和張力時會發(fā)生斷裂，并沿斷裂面有錯動或位移的現(xiàn)象，相對上升一側(cè)地貌表現(xiàn)為斷裂山或高地，相對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”的過程。GIS技術(shù)把漫長的地貌歷史演變過程在瞬間完成，使學(xué)生對所學(xué)知識有較形象的理解。
在地形分析中,平面地圖缺乏對山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直觀形象的可視化表達，利用GIS的數(shù)字高程模型（DEM）模塊來創(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。并通過旋轉(zhuǎn)動態(tài)技術(shù)，讓學(xué)生自己上機操作，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，進行數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)三庫一體，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)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，加深了學(xué)生對地形特征的理解，讓學(xué)生有身臨其境的感覺。
在天體運動的教學(xué)中，一般教學(xué)掛圖三維效果不突出且缺乏動感，不易掌握其運動規(guī)律，通過GIS的二次開發(fā)子系統(tǒng)，建立場景，制作太陽、地球、月球以及地球及月球的運動軌跡，指定月球和地球的鏈接，進而完成天體的運動制作與飛行漫游，從而具體地模擬出天體的運動規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，教師進行講解，調(diào)動學(xué)生觀察思考的積極性，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的求知欲望，收到事半功倍的效果。 轉(zhuǎn)2.RS技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用
遙感是20世紀60年代發(fā)展起來的對地觀測的綜合性技術(shù)，它是指應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)接觸，從遠處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。經(jīng)過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、實用的綜合性探測手段，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)問題為例進行應(yīng)用分析。
通過遙感監(jiān)測案例及其影像，幫助學(xué)生對地球環(huán)境進行立體觀察，幫助認識全球環(huán)境的整體性與變化過程。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)。美國宇航局（NASA）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、地球大氣監(jiān)測等應(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)境問題、城市水體污染、城市大氣污染等監(jiān)測的案例與影像輔助講授環(huán)境問題。
在講授城市、區(qū)域或全球生態(tài)環(huán)境問題中，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程監(jiān)測、全球森林分布變化監(jiān)測等方面的實例及影像，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、綠化率調(diào)查的實例和影像，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)域來說，可能涉及一個很大的區(qū)域，遙感的大范圍觀測的特征提供了監(jiān)測災(zāi)害的可能，相關(guān)的遙感影像有助于在教學(xué)過程中幫助學(xué)生理解這些區(qū)域性過程。例如，利用遙感在草原和森林火災(zāi)監(jiān)測、沙塵暴災(zāi)害監(jiān)測、海洋污染監(jiān)測、火山噴發(fā)和地震等監(jiān)測的案例和影響，輔助講授自然災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展過程，進行災(zāi)害影響分析。例如，遙感在森林火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用案例，可以幫助學(xué)生認識現(xiàn)代技術(shù)對森林防災(zāi)救災(zāi)中的意義。
3.GPS技術(shù)及其在地理教學(xué)中的應(yīng)用
全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的，于20世紀70年代初開始設(shè)計、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個等間隔的軌道面上，每個軌道面上分布4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道接近圓形，運行周期為11小時58分，地面上每個觀測站上每天出現(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、任意時刻均可至少同時觀測到4顆GPS衛(wèi)星。GPS具有全球地面連續(xù)覆蓋、功能多、精度高、實時定位速度快、抗干擾性能好、保密性強、全天作業(yè)、操作簡便等優(yōu)點，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、氣象等為例說明其在教學(xué)中的應(yīng)用。
具體地說，GPS可以輔助講授地圖、計算機制圖的發(fā)展；輔助講授現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展（例如，GPS在“精細農(nóng)業(yè)”中的應(yīng)用）；輔助講授現(xiàn)代交通的發(fā)展（例如，GPS在智能交通中的自動導(dǎo)航作用）；輔助講授天氣與氣候（例如，GPS在大氣物理觀測中的應(yīng)用）；輔助講授地球研究進展（例如，GPS在地球勘探、變形監(jiān)測中的應(yīng)用）；輔助講授海洋地理（例如，GPS在遠洋航線設(shè)定與監(jiān)測、船只調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海平面升降監(jiān)測等的應(yīng)用）；輔助講授宇宙、太空知識（例如，GPS在飛機導(dǎo)航、航空遙感控制、衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援等的應(yīng)用）等。
[1]梅安新，彭望琭．遙感導(dǎo)論[M]．北京：高等教育出版社，2004：1-30． |
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