从美国GIS教育应用的现状看我国地理教育信息化的问题
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作者: 都园园 姜丰 都升升 刘云珍
地理信息系统(以下简称GIS)是从20世纪60年代中期逐渐发展起来的一门新技术。它是对空间数据进行采集、处理、存储、分析和显示，以辅助地理研究和地理决策的计算机技术系统。20世纪90年代后，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS已逐渐深入到各行各业乃至各家各户，成为人们生产、生活、学习和工作不可或缺的助手。
随着GIS在社会各领域的广泛应用，许多国家看到其在推进教育信息化、加强地理科学方法教育方面的优势，于是将GIS教育渗透到中学阶段。此后，欧美一些发达国家的中学GIS教育呈现出普及之势。这其中，GIS在美国基础教育中应用的经验值得我们借鉴。
一、GIS在美国基础教育中应用的现状
在美国，早在1992年，Robert Tinker就发表了GIS在中小学教育中应用的研究成果《Mapware：Educational applications of geographic information systems》。这是GIS与K-12教育的第一次整合尝试。通过该研究，Tinker发现许多学科都有应用数字地图的潜力，并且能激发学生的好奇心。1994年，美国《国家地理课程标准》肯定了GIS的重要性。它明确指出，GIS是地理教学的工具和主题之一，大多数地理资料可以利用GIS以更快速、更精确和更可靠的方式获得。学生可通过建立资料库及地图来建构自己的知识，在制图中发现事物的相关性，并在探索GIS工具的过程中学习。这得到很多团体的积极推动，如国家地理信息和分析中心、GIS研发公司ERSI以及在犹他州和佛罗里达州成立的GIS教师工作群。
1996年，Audet和Abegg的研究肯定了Tinker的观点。他们认为，GIS用于课堂教学是非常有效的，特别是在空间认知和读地形图能力方面具有明显优势。同年，美国召开了首届GIS教育应用会议。会后，便启动了Mapping Our City计划。该计划试图利用GIS技术，引导美国中学生将地理课与所在城市的社会、环境等热点问题联系起来，并寻找解决方案，最终达到在青少年中普及GIS知识、提高科学素质的双重目的。
1996～1998年，国家地理教育实施计划组织主持了如下两个课题：一是为学校开发GIS业务手册《学校中的GIS》，为地理教师提供把GIS引入课堂中的课程资源；二是开设全国GIS应用的专题讲习班，通过培训提高4～12年级地理教师使用GIS的技能。
此外，美国还开展了GIS应用于环境问题的系统教育活动，如自然地图计划。在该计划中，学生收集一些对解决政府、社区问题有价值的环境资料，运用GIS汇集观察记录和调查资料，并通过GIS功能加以显示。这一计划加强了学校和社区的联系，甚至改变了学科课程架构。GLOBE计划是由美国前副总统戈尔领导的全球性学习与观测计划。该计划通过数据库存储来自全世界的大量观察记录，并使用GIS系统制作成地图，以提供可视化的学习体验。美国国家地理信息与分析中心执行多年的SEP计划则设计了将GIS融入中学课程的教材，挖掘GIS应用于课堂教学的潜力。
1999年，美国国家地理协会、美国地理工作者联合会和美国地质调查局等更是共同推出了“GIS日”，旨在让年轻一代了解GIS技术在社会、经济、生活等方方面面产生的积极推进作用。如今，GIS教育在美国的中小学教育中已经相当普及。
不难发现，美国GIS教育具有以下特点：一是起步早，得到政府、企业和研究人员的广泛支持；二是GIS在基础教育中的应用有系统科学的计划；三是有成熟适用的GIS软件和丰富的免费数据；四是教师经过专门的GIS培训，GIS普及化程度高。这为GIS在美国基础教育中的广泛应用提供了保证。
二、我国GIS教育应用现状
相比美国，我国大陆的GIS教育起步较晚。为传播GIS知识和文化，ESRI公司曾于2000年将K-12计划引入我国并免费赠送相关地图软件。该计划主要是帮助孩子们了解最新的前沿科技，认识地理信息系统的概念和技术，增强地理学知识，提高计算机应用技能，培养他们用理性和科学的观点分析和解决问题的能力。北京、上海、成都、南京等地均有中学加入这一计划。其中，北京潞河中学还与中科院地理所的GIS专家建立起了密切的联系，专家定期为学校举行GIS讲座，并提供数据和技术支持，学生们也通过这些活动完成了一系列的科技小论文。
随着教育部在2003年开始的新一轮课程改革中将GIS纳入高中地理课程，国内一些教育机构和研发部门开始关注这一领域。清华同方教育技术研究院地理教育技术研究所开发的“教学地图编辑平台”就是一种可以运用地图进行操作的教学平台。它具有GIS软件的许多直观操作，如编辑、量算距离、放大、打印等功能，但开发者只是按照地图和普通辅助教学的需要设计，操作者不需要掌握GIS或多媒体工具软件操作技能，所以它只能算做讲授普通地理知识的地图教学平台，称不上真正的GIS教学平台，无法培养学生的地理信息素养。
社会上一些公司也越来越关心GIS教育事业。北京超图公司在2003年8月举办的首届地理信息系统专业教育研讨会上向与会代表赠送了GIS软件SuperMapEditor，并与多所高校在实验室建设、人才培训与就业、教材编写等方面展开了合作。在2009年的世界地球日，该公司还赞助了“GIS走进校园”大型科普巡展活动。SuperMapEditor虽然成本较低，但对基础教育来说，其界面、功能仍然过于复杂，操作难度大，不能满足中学的教学需要。
三、我国中学地理GIS教学存在的问题
GIS在教学中的应用离不开计算机硬件、软件、地理空间数据的支持和专业教学人员的组织。在这些方面，我国中学GIS教育主要存在以下问题。
1.从硬件看，缺少满足需要的教学实验条件
《普通高中地理课程标准》指出，建设一个网络环境下的地理信息系统实验室是完成相关教学任务的基本条件。近年来，我国中学的实验室建设取得了长足发展，大多数中学已经建立了微机教室和网络教室，但大部分学校由于缺乏相应的GIS软件与数据，还没有建成符合标准的GIS实验室。
2.从软件看，缺乏适合中学教学的GIS软件
目前，比较常用的GIS软件主要有ESRI公司的Arc Info系列产品、Map Info公司的Map Info系列产品，以及MapGIS、SuperMap、Geostar等国产软件，但这些软件并不适合于中学地理教育。一是价格昂贵，如Arc Info市场价格高达每套几十万元，MapGIS、SuperMap等软件的价格也要几万元一套。二是软件系统过于庞大、复杂。中学地理信息教育需要的是一个具备基本GIS功能的、简单的、中文版GIS软件，但目前仍没有真正符合中学地理教育需要的软件。
3.从数据看，缺少丰富的免费数据
GIS的强大功能是以其丰富的数据作支撑的，其产生的主要目的之一就是对地理空间数据进行更好的管理和处理。所以，数据是GIS的血液。失去了地理空间数据，GIS就成了无源之水、无本之木。目前，我国可以免费、自由使用的GIS数据十分缺乏，这也将严重地阻碍GIS教学的发展。
4.从师资看，缺少胜任GIS教学的教师
教师的自身素质是制约GIS教学应用的重要因素。在我国中学地理教师中，除了少数刚刚走出大学校门的年轻教师外，大部分教师的信息技能较弱，因此能够胜任GIS教学的教师还较少。学生使用计算机的水平也是制约因素之一。由于长期的偏见和专职信息技术教师的缺乏，部分学校的计算机成了摆设，学生的计算机水平无法得到有效提高。
四、对策及建议
1.推行统一的GIS基础教育计划。目前，我国大陆地区还没有自行开发的、面向GIS基础教育的成熟软件，没有专门为GIS基础教育服务的免费资源，中学地理教师接受GIS培训的机会也很少。这与没有推行统一的GIS基础教育计划有一定的关系。我国应该借鉴国外的实践经验，由相关教育主管部门、GIS研发公司、高等院校以及一线教师共同发起GIS基础教育计划。
2.建设符合《普通高中地理课程标准》要求的地理信息系统实验室，为学生提供学习、实践的实验场所，让他们对一些在实际环境中有实验困难的题目能提前积累一些经验。
3.鼓励高级GIS使用者与中学建立伙伴关系，向中学教师提供GIS培训和支持。
4.在一定的教育教学理论、软件开发理论的支持下，结合地理课程标准，开发适合中学生操作水平的GIS基础教育软件，创建专门服务于高中教育的GIS网站，提供数字地图、GIS学习资料和地理课程资料，促使GIS更好地融入地理教育。
参考文献
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