随着信息时代的到来，科学技术的进步给地理学带来了深远的影响和勃勃生机。由遥感（RS）技术、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）等组成的地理信息技术日益成熟，广泛应用于社会经济各领域，并正在走进人们日常的生活当中。作为基础教育的中学地理学习内容，也发生了巨大变化，《普通高中地理课程标准（实验）》已经把地理信息技术纳入必修课程内容，并在选修课程中设置了以GIS为主的《地理信息技术应用》课程。地理信息技术不仅可作为学习内容引入中学地理课程，还可作为教育技术手段应用于中学地理教学，其中以GIS的应用最为广泛，在几乎所有与空间分布有关的学习中，都可以使用基于GIS技术的电子地图。将GIS应用于中学地理教育，将对中学地理教育带来深刻的变革。
1 GIS概述
地理信息系统（Geographic information system，简称GIS），是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术[1]。一个完整的地理信息系统主要由计算机硬件设备、GIS软件、地理数据、GIS人员、应用模型等五个部分组成，其核心部分是计算机系统，地理数据反映了GIS的地理内容，而GIS人员则决定系统的工作方式和信息表示方式。
GIS是计算机技术与地理学相结合的产物，利用计算机技术来处理与地理空间有关的问题，是研究方法上的一次飞跃，它为地理学研究从定性描述走向定量分析，从单系统走向复杂系统的研究提供了一个现代化的工具[2]。目前，GIS已广泛应用于资源调查、环境评估、区域发展规划，公共设施管理，交通安全等领域。而在地理教学中的应用，主要基于它强大的地图处理和操作的功能[3]。
2 实验的目的和意义
GIS作为现代地理科学的前沿领域知识，对于广大中学地理教师，特别是工作时间较长的中年以上教师，是一个全新的课题。国内中学GIS教育实践还较少，进行教学实验更是近于空白，但中学GIS教育已势在必行，形势紧迫。所以，有必要结合新课程理念，在现行教材的基础上进行教学改革实践，探索适应新课程改革发展的的教学模式、教学方法与教材建设等。
本实验目的在于通过对教学过程的适当控制，排除影响教学效果无关因子的干扰，检验教师指导学生使用GIS地图自主学习比教师使用传统地图教学是否具有更显著的教学效果，探索GIS技术引入中学地理教学的意义。
3 教学实验设计
3.1 实验方法
实验采用非随机分派单组控制前、后测实验[4]。其格式是：
说明：、分别表示实验组的前测和后测，、分别表示对照组的前测和后测，X为自变量，虚线表示上、下两组未作等组处理。
3.2 实验对象
从作者所任教的高一年四个班级中，选取上学期期末考试地理单科平均成绩最为接近的两个班，随机抽取其中一个班作为实验班、另一个班为对照班。
3.3 无关变量的控制
本次教学实验中，教学效果是因变量，主要通过考试检测加以体现。教学媒体和教学方式是自变量，实验班学生使用GIS地图，在教师的指导下，以单元教学的方式进行自主学习；对照班使用传统教学地图进行启发式常规讲授教学。教师通过操纵自变量，最后检测教学效果有无差异。除此之外的其他一切可能影响教学效果的因素则为无关变量。为保证实验结果的可靠性和准确性，必须对无关变量实施控制，具体措施如下：
（1）教学实验采用单盲实验，即学生并不知道他们是实验的被试对象，只有教师知道的情况下开展教学实验。
（2）实验班和对照班的教学内容和教学时间相同，作业练习量相同。
（3）实验班和对照班的任课教师为同一个人。
（4）在教学实验阶段，实验班或对照班均无参加可能影响教学效果的，与地理学习有关的辅导、兴趣小组和大型活动等。
（5）实验虽未重新进行随机分派等组处理，但本校高一年段入学编班是根据中考成绩，由计算机随机分派平衡分班的，实验前又选择上学期期末考试地理单科成绩平均分非常接近的两个班级作为实验班和对照班。因此，以上学期期末考试的成绩作为前测，证实了两个班水平的近似程度。
3.4 教学实验内容和时间安排
按照学校的教学计划，教学实验安排在2004～2005学年度下学期的上半个学期（期中考前）进行，教学内容为《普通高级中学地理教科书（必修）·地理（下册）》的第五～第七单元，时间为9周。
4 教学实验过程
4.1 选定使用GIS地图的教学内容和教学方法
本次实验涉及的教学内容是高中地理（必修）下册的大部分，内容较多。教学过程中只选择那些传统地图较难解决，而GIS地图能够发挥更大作用的教学内容进行实验。考虑到按每节一课时上课不利于学生要上机操作GIS地图自主学习，因此采用单元教学法进行实验[5]。
根据教学内容的完整性，把第五单元分成“农业生产活动”与“工业生产活动”、第六单元分成“城市化的形成和发展”与“城市的区位因素”、第七单元分成“交通运输”与“电子通信、商业和贸易”等教学单元。
4.2 GIS基本操作培训
教学实验首先要对实验班学生进行Mapinfo基本操作和电子地图使用培训，时间2课时。培训安排在其他时间（一节自习课和一节晚自修课）进行，目的是使实验班与对照班教学时间一致。根据教学实践的经验，绝大多数学生在1～2节课即能熟悉Mapinfo的基本操作，为提高教学效率，还使用WinCAM200录制操作步骤，以供学生模仿练习。
4.3 教学实验开展
对照班在普通教室上课，原则上按每节一课时进行，部分教学内容较多的使用1.5～2课时授课，作业、练习与实验班完全相同。
实验班采用单元教学法，教学过程分为自学、实践（教师演示＋学生上机）、讨论交流、小结归纳和练习五个阶段。自学阶段在普通教室上课，实践、讨论交流、小结归纳和练习阶段主要在网络教室上课，部分小结、练习课不用GIS地图，也在普通教室上课。学生自主学习的课时比例随着教学实验的推进而逐渐加大。
4.3.1 单元教学过程
（1）自学。教师指导学生系统阅读教学单元的全部内容，既提供自学思考题，也鼓励学生提出问题，并要求学生作读书笔记，自学时间较宽松的也作问题交流。
（2）实践。对于GIS地图的使用，学生一开始大多不熟悉，也不懂得怎样用，所以教师必须做一定的演示示范，或提供操作步骤说明，让学生“有章”可循，还要提出读图、析图问题，促进学生边操作边思考、分析问题。读图问题一般用文本文件热链接（Hot link）在相应的GIS地图图层中，上机时提醒学生点击浏览。
（3）讨论交流。问题的讨论交流没有固定安排课时，而是根据教学需要和课堂时间松紧穿插在实践和小结阶段中。网络教室具有强大网络教学功能，对于课堂讨论交流十分方便，学生可以在自己座位上操作地图，通过多媒体教学网络系统的学生演示功能投影到大屏幕上，与其他同学进行交流。以GIS地图为依托，通过操作实践、讨论交流，可以为学生创设探究性学习环境，培养学生探究问题能力，有利于学生更深刻理解地理问题的因果关系。
（4）小结归纳。在操作实践、讨论交流的基础上，对于较大的或共同性的问题进行小结。小结主要由教师进行，小部分由学生总结。通过小结帮助学生疏理知识内容脉络，构建完整知识结构。
（5）练习。主要结合练习辅导书和地图册后面读图练习进行，部分读图综合问题在上机实践和问题讨论中完成，其他练习有的安排在课堂上当堂完成，没有完成的，包括需要课外调查、观察的安排在课后去做。
4.3.2 教学实例
以高中地理（必修）第六单元“6.2 城市的区位因素（一）”以“图6.6 中国100万人口以上城市的分布（2000年）”教学为例。课文中对学生提出的问题是“从图中你能看出城市的分布与地形、气候条件有何关系？”这个问题看似简单，通过读图并结合课文一般都能得出正确的答案，但学生往往理解并不深刻，并且40多个特大城市（2003年已达46个）要让学生记下并非易事，往往会陷入死记硬背的境地。而使用GIS地图，通过图层的叠加、专题分析，则能够帮助学生更深刻理解城市分布与地形、气候等区位因素的关系，有利于学生更快速掌握特大城市的分布情况。
（1）GIS地图准备：
在中国地形图、政区图的矢量地图基础上增加100万人口以上城市图层，输入2003年城市人口数据、城市名称、所属省区、城市级别等属性，制作中国地形、政区与特大城市复合图（说明：中国政区基础图层暂缺南海诸岛，下同）；在100万人口城市分布图上叠加中国气候图层（用不同斜线填充区域）、降水量图层（根据降水量制作专题图），合成中国特大城市与气候、降水复合图；根据各省区人口字段制作特大城市与人口密度专题图；根据特大城市所属省区字段和城市级别分别制作特大城市专题图。保存各自工作空间，以供课堂使用。
（
2）问题设计：
① 阅读“中国地形、政区与特大城市复合图”，查询特大城市（自主选择）所属省区情况，分析中国特大城市主要分布在地形哪一阶梯，第一、二阶梯各有哪些特大城市？
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