地理信息技术辅助“台风灾害”教学的应用研究

【摘要】随着地理信息技术的不断发展与升级，其与社会生活各领域的融合也越来越深入。作为新兴的地理教学工具，地理信息技术的直观展示、动态演示、虚拟体验、操作互动等功能在提升地理教学质量、激发学生地理学习兴趣、培养学生地理思维和素养等方面，越来越显示出独特的优势。文章列举了部分适用于高中地理教材的地理信息技术在线平台和软件，从地理信息技术在地理教学中的功能出发，利用地理信息技术网络在线平台和Arc Map软件，针对新人教版高中地理必修Ⅰ的“台风灾害”内容设计教学，为地理信息技术在中学地理课堂中的进一步应用提供一些参考。

【关键词】地理信息技术；高中地理；台风灾害；教学案例

【中图分类号】G633.55【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）04—0079—06

随着地理信息技术的不断发展与升级，其与社会生活各领域的融合也越来越深入。地理信息技术正日益渗透地理教育中，不断地推进着地理教学工具与手段的进步，为提升地理教学质量、激发学生地理学习兴趣、拓宽学生地理思维开辟新的路径。当前，教育界十分重视地理信息技术与地理教学的融合。《地理教育国际宪章2016》为确保全球地理教育工作者可以顺利地开展地理教学工作，传递给接受基础教育的受教育者更加适应生活与生产的地理基础知识与技能，鼓励教师使用新技术进行教学，融入更多的信息技术手段在课堂当中，例如功能强大的数字通信技术等，并以智慧地球、网络GIS、遥感等地理空间技术作为桥梁[1]。2017年颁布的《普通高中地理课程标准》中，要求教育工作者充分运用地理信息技术，营造直观、实时、生动的地理教学环境。同时，在实施建议中也强调了“深化地理信息技术应用”[2]。地理信息技术不仅是“辅助”地理教师教学的助手，还能为学生创设独立的学习环境。地理信息技术、虚拟仿真技术等与地理教学的有机整合，可以发挥学生在学习过程中的主动性、积极性，更符合学生作为学习主体积极主动参与学习过程的要求，还能增进学生对地理信息科学等相关专业的了解，为其后续的专业选择提供一定的信息支持。

大量文献资料表明，在广大发达国家，地理信息技术在地理教学中的应用起步早，经验丰富，且形成了较成熟完备的应用体系[3-4]。近年来，国外地理教育对于地理信息技术的应用又有许多新的模式与途径。随着计算机技术的迅猛发展，一些软件公司开发出了可用于地理课堂的许多程序和网站，比如Google Earth（谷歌地球）、ERDAS（遥感图像处理系统）、Earth NullSchool（全球天气可视化模拟网）、Ventusky（风雨气温图）等都被广泛应用于地理教学中[5-6]。

在20世纪末到21世纪初，我国部分学校开始将地理信息技术应用于地理教学，并逐渐向全国推广。在这个过程中，我国教育工作者也做了大量的相关教育研究，研究内容可大致分为以下两个阶段：第一个阶段是地理信息技术进入地理课堂的提倡阶段[7-8]，第二个阶段是地理信息技术辅助地理教学的应用阶段[9-11]。而我国对于地理信息技术在地理课堂中的应用研究主要可以分为两类：一类是综合研究地理信息技术在地理教学中的作用、存在问题及解决对策[12-14]；另一类是运用具体的地理信息技术软件进行相应的地理教学案例设计[15-17]，为一线教育工作者提供具体操作方法。

综上所述，目前对于地理信息技术运用于中学地理教学的研究相对较少，且主要集中在发达国家，我们在借鉴的同时，也在不断尝试提出运用地理信息技术的新方法。目前该领域的研究重点是将各类地理信息技术运用于地理课堂的案例教学。本次研究列举了部分适用于高中地理教材的地理信息技术在线平台和软件，从地理信息技术在地理教学中的功能出发，利用地理信息技术网络在线平台和Arc Map（一个用户桌面组件，具有强大的地图制作、空间分析、空间数据建库等功能），针对新人教版高中地理必修Ⅰ的“台风灾害”内容进行教学设计，为地理信息技术在中学地理课堂的进一步应用提供参考。

一、高中地理教学中可运用的地理信息技术

地理信息技术包含但又不限于“3S”技术，即GIS（地理信息系统）、RS（遥感）、GPS（全球定位系统）。随着信息技术的不断发展，涌现出大量基于“3S”技术开发的软件和网络在线平台[18]，这些平台和软件成为中学地理教师开展地理教学的有效课程资源和辅助工具。表1为笔者整理的可以应用于高中地理教学中的地理信息技术在线平台与软件（以新版人教版高中地理必修教材为例）。

二、地理信息技术辅助地理教学的优势

（一）直观展示

地图是地理学的“第二语言”，学生通过对地图的观察与判读，获取相关地理信息，获得地理原理与规律，进而解决地理问题。利用地理信息技术将生活中的地理现象和地理事物直观地展现在学生眼前，不仅能够拓展学生对地理事物的见识、激发学生对地理课程的好奇心和兴趣，更能帮助学生高效吸收消化繁杂的地理基础知识。例如，地理教师可以利用“天地图”“图新地球”等让学生从多个视角认识不同类型的地形、地貌的地理位置、分布情况；通过Arc Map软件的叠置分析功能和缓冲区分析功能，向学生展示工业选址的区位影响因子，应用大数据提供复杂的情境和多样化的选择，使得地理模拟决策学习更贴近现实生活，拓展学生的地理思维。

（二）动态演示

地理过程作为中学地理六大核心教学主题之一，具有综合性、时序性、空间性以及动态性等特点，再加上地理过程的空间范围广、时间尺度长，直接观察难、重复演示难，使得地理过程成了传统教与学的难点。而地理信息技术可以很好地克服传统教学的缺点，将地理过程动态展示给学生，突破教学难点。例如，地理教师可以利用“Earth NullSchool”“Ventusky”“台风路径”等工具辅助“台风灾害”教学，将台风的天气系统类型、形成、发展以及运动路径动态演示给学生，引导学生感知和理解真实的大气状况，将教材上的知识由静态转为动态，由抽象化为具体，进一步深化学生对抽象复杂的地理过程的理解，降低教师教学和学生学习的难度。

（三）虚拟体验

地理教学中的虚拟体验是指利用虚拟技术与真实的渲染能力，基于体验而感知地理现象和景观，让学生“沉浸式”学习的一种教学途径。地理是一门需要“观察”和“体验”的课程，其课程内容与现实环境紧密相关，虚拟现实技术可以提供近似真实的环境，为不能外出的学生提供地理实践的替代性体验，进而帮助学生更好地理解地理知识与原理。地理教师可以利用“720云平台”让学生身临其境地观察冰川地貌、黄土地貌以及喀斯特地貌等不同地貌类型的全景立体，将教材中的内容以“3D”的形式呈现给学生，将中学地理课程的教学难点直观、全景、高清地呈现出来，让学生在游戏和探索中深度吸收转化学科知识。

（四）操作互动

地理课程具有很强的实践性，地理实践力的培养作为地理课程的核心素养之一，其中一个重要方面就是地理信息技术能力。地理教师要指导学生将理论与实践相结合，充分依托互联网、地理信息技术软件的操作互动功能，培养学生动手能力和地理信息技术能力；若条件允许，应让学生上机操作。我国自主开发的“图新地球”拥有多种类型的地图数据，影像、地图、标注、地形、道路、水系、地质、气象、海图等，地理教师可以充分利用这些地图资源及其在线编辑功能，快速定点标记出各类地物，帮助学生快速了解某类地物的地理位置及分布特征，实现地理课堂上的软件操作以及师生互动，相比传统的单调讲、被动听，不如让学生自主操作，从做中学，更能调动学生学习积极性，激发学生动手实践的欲望。

三、地理信息技术辅助地理教学的具体应用

（一）教学内容选择

“自然灾害及其防治”是高中地理的一个重要模块之一，同时也是高考的必考内容，囊括了地理分布、地理联系、地理变化、地理过程、地形景观三维可视化、台风路径追踪、灾害预警以及风险评估等主要内容。在“自然灾害及其防治”的教学过程中借助地理信息技术，能够将自然灾害的发生、发展、结束等动态演化过程展示给学生，并且为灾害风险评估与应急管理提供技术支撑。

本次教学设计选择新人教版高中地理必修Ⅰ第六章第一节气象灾害的“台风灾害”模块为教学内容，借助网络平台以及地理信息技术进行教学设计，收集、整理地理数据和文字资料，在线演示或者多媒体直观展示台风的特征、成因、运动路径及其对人类生产生活的影响。同时运用地理信息技术进行教学，转变教师传统“单调讲”的教学模式，让学生在探索中深度吸收和转化地理知识。

（二）教学设计

【教学目标】以人教版高中地理必修Ⅰ和《普通高中地理课程标准》（2020年修订版）为依托，结合高一年级学生的认知水平和知识基础，设计核心素养目标（见表2）。

【教学活动】导入：2021年第6号台风“烟花”于7月25日12时30分以台风级在浙江舟山普陀区登陆，7月26日9点50分在浙江省平湖市沿海以强热带风暴级再次登陆，7月30日晚8时停止编号。“烟花”为1949年有气象记录以来首个在浙江省内两次登陆的台风。“烟花”移动速度慢，在我国陆上滞留时间长达95小时，为1949年以来最长；累计雨量大，单点最大累计雨量超1000毫米；北上影响范围广，影响了9个省（市），50毫米及以上累计雨量覆盖面积达35.2万平方公里；综合强度强，风雨综合强度指数位列1961年以来第13高；但灾害损失轻，截至7月28日，直接经济损失33.5亿元[19]。

【设计意图】以台风“烟花”的真实新闻报道和受灾地区的图片作为导入材料，将教学内容与现实生活联系起来，创设良好的教学情境，让学生在不知不觉中进入学习状态，增强学生学习兴趣，调动学生学习积极性和主动性，同时也让学生深切认识到台风灾害对人类生产生活的影响，增强防灾减灾意识。

【教学活动】观察台风“烟花”遥感影像图并结合教材上的台风剖面图、文字表述，总结并描述台风的特点以及台风不同区域的天气状况特征。台风是在热带或副热带洋面上形成并强烈发展的大气旋涡，成熟的台风由外围大风区、旋涡风雨区和台风眼三部分组成。

利用“Earth NullSchool”动态展示台风“烟花”的气流运动，学生观察并描述其气流运动特征。具体操作如下：在浏览器中搜索“https：//earth. nullschool.net/zh-cn/”，随后选择“管理”中的“日历”图标，从中选择“2021年7月24日”，此时屏幕界面展示出台风“烟花”当天的气流运动动态。学生观察并说出气流运动方向为逆时针，台风眼也就是台风中心为低压中心，天气则表现为无风、少云和干暖；台风外围的风力强、风速大，最强烈的风雨出现在旋涡风雨区。

观察“7月27日-8月1日‘烟花’路径预报”以及某地台风灾害发生前、中、后的对比图，观察台风的源地、移动路径、等级变化以及台风经过前、中、后的同一地区，天气状况又是如何，尤其要明确台风灾害引发了哪些次生灾害，给人类造成怎样的影响。

【设计意图】充分利用卫星遥感数据以及网络在线平台中的地图数据，学生可以直观地观察到台风的来源、形态、发生消亡过程、台风路径及其影响，能对台风的相关概念和知识与真实的台风动态对照学习，方便学生更深刻地理解教材对台风的相关论述，化抽象为具体，化静态为动态；另外教师适量地在课堂上展示图文资料，可以训练学生的读图能力和信息提取能力，养成良好的地理学习习惯，提升学生地理素养。

【教学活动】利用GIS技术制作台风密度简图，说出我国哪些地区最容易受到台风袭扰，并为台风灾害多发区的防灾减灾工作“建言献策”。

在中国台风网（https：//tcdata.typhoon.org.cn/tc？ size.html）下载“1980-2016年热带气旋尺度分析资料”数据，并将数据集整理导出为“.xls文件”，包含1980-2016年热带气旋的编号、经纬度坐标、最低气压、风速以及尺度等数据，利用Arc Map10.2软件制作出我国近海台风密度简图。