3S技术及其在中学地理教学中的应用

3S技术及其在中学地理教学中的应用
刘江刘方成李保珠
摘要：本文首先简要介绍了3S技术，并对3S技术运用于中学地理教学的必要性进行了分析，最后以具体案例详细说明此应用及效果。

关键词：GIS；RS；GPS；中学；地理教学；应用
引言
“3S”技术是英文遥感（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称，这三者之间紧密联系在一起,遥感技术是信息采集（提取）的主力[1]；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”，为3S技术的核心[2]。

目前3S技术是解决人口、资源、环境及经济发展等重大地理问题的重要手段和关健技术。

因此，《普通高中地理课程标准》要求：新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3S的知识，这是课程内容本身的要求[3]。

另一方面，3S技术是地理课程独特的辅助教学技术。

目前，中学生普遍不喜欢地理课，《普通高中新课程试验监测报告》显示：在七门学科当中，地理仅排在物理之后，居于第二难学课程，造成这一结果的一个重要原因是目前地理课程教学手段落后，在中学地理教学过程中，大多数教师仍然偏重如何辅助学生记忆，其手段仍然是以地理挂图和幻灯片等作为辅助工具，学生感到枯燥无味，因而教学效果不甚理想。

因此地理教学改革的一个重要课题是使课堂教学整体优化，将信息技术引入地理教学，是改革教学方法和教学模式的重要途径之一，结合地理学科的特点，将信息技术中的高端3S技术用于地理教学，是地理教学发展的必然[4]。

下面以一些具体实例说用3S技术在地理教学中的应用。

1.GIS技术及其在地理教学中的应用
地理信息系统是20世纪60年代中期才发展起来的新技术，至今已40多年，始终发展迅猛。

国内外学者由于对GIS技术研究视角、应用目的的不同，所给出的定义也不尽相同，例如，美国学者Parker
认为“GIS是一种存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”；加拿大的Roger Tomlinson 博士认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”；我国著名GIS专家陈述彭院士认为“GIS是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按空间分布或地理坐标，以一定格式输入、存储、查询检索、显示和综合分析应用的技术系统”。

虽然这些学者对GIS的定义不尽相同，但都认为GIS具有数据的采集、管理、处理、分析和输出等基本功能。

目前，GIS广泛应用于国民经济的各行各业，如环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

在中学地理教学中，GIS技术可将复杂的自然景观、地理现象的空间分布甚至抽象的概念用三维的、动态的、直观的方法方式表现出来，将地理教学中不易明察与掌握的内容通过虚拟场景来展现，提高教学效果，下面以地貌演变、地形分析和天体运动这三个教学内容为例进行应用分析。

地貌教学是中学地理教学的基础内容，在地貌教学中，褶皱和断裂的形成是比较抽象的内容，传统的平面、静态的教学方法难以达到满意的教学效果。

使用GIS技术的真三维显示与动态模拟功能，模拟岩石受力及相关地貌的形成过程与结果，如岩石受到强大压力和张力时会发生断裂，并沿断裂面有错动或位移的现象，相对上升一侧地貌表现为断裂山或高地，相对下沉的岩石地貌表现为裂谷或低地。

受内力作用，岩石在水平方向上受挤压导致褶皱；受外力作用，背斜中心岩石易被侵蚀形成谷地，向斜中心岩石坚固不易被侵蚀形成山，形象地展示了“背斜成谷，向斜成山”的过程。

GIS技术把漫长的地貌历史演变过程在瞬间完成，使学生对所学知识有较形象的理解。

在地形分析中,平面地图缺乏对山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直观形象的可视化表达，利用GIS的数字高程模型（DEM）模块来创建数字高程模型，这样便可三维立体显示一座山体，让学生直观地观察山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等多种地形。

并通过旋转动态技术，让学生自己上机操作，使山峰的方向任意旋转，或移走山体，或变换颜色以突出某种地形，在此基础上，将影像数据与矢量数据再镶嵌在数字高程模型上，进行数据的融合，实现三库一体，则山体表现得更加形象逼真，使人感到浑然天成，这种教学明显调动了学生学习的积极性和主动性，加深了学生对地形特征的理解，让学生有身临其境的感觉。

在天体运动的教学中，一般教学挂图三维效果不突出且缺乏动感，不易掌握其运动规律，通过GIS
的二次开发子系统，建立场景，制作太阳、地球、月球以及地球及月球的运动轨迹，指定月球和地球的链接，进而完成天体的运动制作与飞行漫游，从而具体地模拟出天体的运动规律。

在此基础上，教师进行讲解，调动学生观察思考的积极性，使学生产生强烈的求知欲望，收到事半功倍的效果。

2.RS技术及其在地理教学中的应
遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测的综合性技术，它是指应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

经过40多年的发展，遥感技术已成为一种影像遥感和数字遥感相结合的先进、实用的综合性探测手段，被广泛应用于资源、环境、地质、地理、气象、海洋、农业、林业及军事侦察等各个领域。

在中学地理教学中，RS技术可广泛地应用于辅助教学，提高教学效果，下面以利用遥感辅助讲授全球变化、环境生态问题为例进行应用分析。

通过遥感监测案例及其影像，帮助学生对地球环境进行立体观察，帮助认识全球环境的整体性与变化过程。

例如，利用遥感影像帮助学生了解全球温度变化、温室效应。

美国宇航局（NASA）以遥感手段获得全球臭氧的分布，每年在网络上发布南极臭氧浓度分布合成图，这些材料是辅助讲授全球臭氧分布及异常变化等全球变化的极好素材。

另外，利用遥感在全球植被覆盖变化监测、地球大气监测等应用案例与影像，可以辅助讲授环境变化；利用遥感在城市环境问题、城市水体污染、城市大气污染等监测的案例与影像辅助讲授环境问题。

在讲授城市、区域或全球生态环境问题中，可以借助遥感影像帮助学生了解植被分布、土地利用及分布，提高学生宏观观察、分析能力。

例如利用遥感在毁林过程监测、全球森林分布变化监测等方面的实例及影像，辅助讲授全球植被覆盖变化；利用遥感在土地利用普查中的实例和影像，辅助讲授土地利用和农作物分布；利用遥感在城市生态监测、绿化率调查的实例和影像，辅助讲授城市环境与生态等。

地表许多灾害从影像区域来说，可能涉及一个很大的区域，遥感的大范围观测的特征提供了监测灾害的可能，相关的遥感影像有助于在教学过程中帮助学生理解这些区域性过程。

例如，利用遥感在草原和森林火灾监测、沙尘暴灾害监测、海洋污染监测、火山喷发和地震等监测的案例和影响，辅助讲授自然灾害的发生、发展过程，进行灾害影响分析。

例如，遥感在森林火灾监测中的应用案例，可以帮助学生认识现代技术对森林防灾救灾中的意义。

3.GPS技术及其在地理教学中的应用
全球定位系统(GPS)是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的，于20世纪70年代初开始设计、研制，1993年6月建成。

GPS主要由空间星座、地面监控系统和用户接收机三大部分组成，空间星座包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在6个等间隔的轨道面上，每个轨道面上分布4颗卫星，卫星轨道接近圆形，运行周期为11小时58分，地面上每个观测站上每天出现的卫星分布图相同，这样的布局保证了在地球上和近地空间任意一点、任意时刻均可至少同时观测到4颗GPS卫星。

GPS具有全球地面连续覆盖、功能多、精度高、实时定位速度快、抗干扰性能好、保密性强、全天作业、操作简便等优点，目前在精确导航和精确定位方面得到了广泛应用。

在中学地理教学中，GPS的辅助作用没有GIS、RS广泛，下面仅以借助GPS辅助讲授制图、交通、气象等为例说明其在教学中的应用。

具体地说，GPS可以辅助讲授地图、计算机制图的发展；辅助讲授现代农业的发展（例如，GPS在“精细农业”中的应用）；辅助讲授现代交通的发展（例如，GPS在智能交通中的自动导航作用）；辅助讲授天气与气候（例如，GPS在大气物理观测中的应用）；辅助讲授地球研究进展（例如，GPS在地球勘探、变形监测中的应用）；辅助讲授海洋地理（例如，GPS在远洋航线设定与监测、船只调度与导航、海洋救援、海平面升降监测等的应用）；辅助讲授宇宙、太空知识（例如，GPS在飞机导航、航空遥感控制、卫星定轨、导弹制导、航空救援等的应用）等。

参考文献：
[1]梅安新，彭望琭．遥感导论[M]．北京：高等教育出版社，2004：1-30．
[2]陈述彭．地理信息系统导论[M]．北京：科学出版社，2000：1-13．
[3]教育部．普通高中地理课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社，2003：12-45．
[4]陆静．地理信息系统（mapinfo）在中学地理教学中的应用研究[J]．中学地理教学参考，2000，NO．1：108-109．
（1．刘江：曲靖市第一中学，云南曲靖660000；刘方成、李保珠：昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明）。