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谭老师地理工作室

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专题讲座——地理学中的信息技术及其应用  

2011-11-24 16:14:28|  分类: 志在教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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作者:樊风雷 华南师范大学地理学院

本次讲座的内容主要包括 4 个方面的内容:一:地理学的科学性质;二:地理学的发展进程;三:地理学进展中信息技术介绍;四:信息技术应用和未来的发展。

⑴研究的完整性。从层次、过程、结构、功能等诸多方面揭示自然界的规律,获得对自然界越来越完整的认识。

⑵研究对象的多学科性。采用多学科的方法研究某一物质客体或某一课题,组织多学科联合攻关是高科技研究取得突破性进展的主要形式。是当代科学发展最有前途的方向。

⑶学科的多对象性。现代科学研究向横向和纵向两个方面延伸,各门学科不断扩展自己的研究领域。

⑷科学研究的信息化。计算机信息处理技术是当代科学技术发展的主导领域,信息处理技术的巨大进步是当代科学革命的核心过程。

20 世纪以来,现代科学技术的高度分化与综合。只少有三类科学无法用过去的社会科学、自然科学的老框框去套:一是横断科学 , 就是各种科学都应用的理论和方法,如系统论、控制论和信息论;二是边缘科学,就是介于两个学科之间的科学,特别是介于一门自然科学和另一门社会科学之间的科学,如数量经济学、生态经济学等等;三是综合科学,兼有自然科学和社会科学两种性质、综合研究某一论题的科学,如环境科学、城市学、人口学等等。

地理知识是同人类生产和生活同时产生的,在有了文字之后出现了地理记载。地理记载是知识的进一步发展,但不能说一切的地理记载都是地理学。上古时期,哲学、自然科学和社会科学并没有分家,地理记载只散见于各类著作中。到了奴隶制后期才出现了专门从事地理论述的著作。到了封建社会解体和资本主义初期才真正称得上有地理学著作的出现。地理发现史:指的是人类由已知地区向未知地区推进,从而获得新的地理素材和知识的过程。 A :一种情况:从地球各个人类发源地逐步向四周荒无人烟的地区推移。这种推进其结果是扩大了人类占有的世界。 B :另一种情况:地球上各部分民族彼此交往。

地理学思想史是一部唯心主义和唯物主义交织更替史。 A :地理学思想史是人们关于地理学的世界观和方法论的历史 B :地理学思想史是人类对居住地球表面认识的历史,是地理学说的发展史。如:地心说、太心说、板块漂移学说、地槽地台理论等。 C :分析地理学思想史应该注意的问题: 1 )某种地理思想产生的地理环境; 2 )某种地理思想产生的社会经济背景; 3 )某种地理思想产生的哲学和科学依据。

总结地理学的发展,我可以看出以下的发展: 1 )原始机械论和朴素辩证法:古代希腊、罗马和中国地理学黄金时期; 2 )教会统治时期的唯心主义。中世纪地理的衰替; 3 )中国的天命论,导致了中国的地理学发展落后于西方近百年的时间。 4 )二战期间,左的思想泛滥,导致了地理虚无主义,割裂了自然地理学和经济地理学。

古代西方把地理学作为科学之母!近代科学发展之后,地质学、气象学、水文学相继独立;古代天文学和测地学开创了地理学的数学领域; 17 世纪到 19 世纪的物理学、化学、生物学、地质学、经济学为地理学的推进和发展提供了必要的技术支撑; 19 世纪 60 年代的计量革命,出现了计量地理,使得地理开始由定性向定量描述发展; 19 世纪 70 年代的信息革命,使得地理资料的交流和地图绘制迅速现代化;由于环境、人口、交通等综合因素的带动,地理开始引入系统论,从而颠覆了单一地理研究的特征。古代地理学是以地理知识记载为主体,采用自然语言工具,哲学基础不定型,学科内外分化不明显为特征。因此,古代地理学只是人类认识周围环境的一种知识领域,而不是一门学科。

古代地理学只是地理学的前史。另外由于环境差异和交通不便,古代地理学在各民族,各世界部分之间具有显著的环境和地域差异,反映了各地人们对地球表面的不同看法。

古代地理学研究的内容是多元化的。近代地理学是一种对地球表面各种现象进行条理化描述,并对他们之间的关系进行一般性解释的多分支知识体系;两个重要人物:洪堡(德国)和李特尔(德国)。地理学吸收了近代科学的成就,在理论和方法上有了发展;地理学出现了哲学语言体系(形成了一套概念体系和工作程式);地理学发展的最新阶段,目前还在发展;第二次世界大战以后,在人口、能源、环境、城市、交通等社会问题,以及航天、核能、遗传工程等科学技术的带动下,出现了综合性科学技术理论 - 信息论、控制论和系统论;上个世纪五十年代末到六十年代出产生了计量运动和计量革命。

当前地理学形成了 3 个主要的学科体系:

1 )自然地理学(通用的自然地理学,如综合自然地理、地貌学、水文学、环境学、气候学、土壤学等)。自然地理学更多地关注了宏观的研究和通用研究,而更为专注的气象、天文、地质、矿物、地球物理、地球化学逐步从本学科剥离。

2 )人文地理学(涉及面相当广泛的一个学科体系,主要涉及人和环境的关系),而规划学、建筑学、城市工程等也逐步独立而自成体系。

3 )地图学与地理信息系统(以地图研究为起点,为自然地理学和人文地理学提供必要的辅助手段,同时本学科依然有自己独立研究的内容,如信息挖掘和信息处理),测绘学、 制图学慢慢开始从本学科剥离。

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主要的新技术包括: 1 ) PS 。 Photoshop 的主要设计师 Thomas 发现当时的苹果电脑无法显示带灰度的黑白图像,因此他自己写了一个程序 Display 。而他兄弟 John 对 Thomas 的程序很感兴趣。两兄弟在此后的一年多把 Display 不断修改为功能更为强大的图像编辑程序,经过多次改名后,在一个展会上他们接受一个参展观众建议把程序改名为 Photoshop 。 Photoshop 成为地理学中一个很重要的图像处理工具,是遥感图像处理最早期和最原始的软件之一。 2 ) Coreldraw 是 Corel 公司出品的矢量图形制作工具软件,这个图形工具给设计师提供了矢量动画、页面设计、网站制作、位图编辑和网页动画等多种功能。 CorelDraw 图像软件包含两个绘图应用程序:一个用于矢量图及页面设计,一个用于图像编辑。 CorelDraw 成为地理学中规划制图重要的软件。 3 ) AutoCAD ( Auto Computer Aided Design )是美国 Autodesk 公司首次于 1982 年生产的自动计算机辅助设计软件,用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 AutoCAD 成为规划学、地籍等方面重要的数据采集和管理软件。 4 )地理信息系统( GIS , Geographic Information System )是在计算机硬、软件系统支持下,对现实世界(资源与环境)的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统,它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。 GIS 重视对拓扑结构的管理,重视拓扑关系的自动生成,强调与空间相关的查询统计,强调空间分析,强调三维模型分析。地理信息系统中 “ 地理 ” 的概念并非指地理学,而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。 5 )遥感(英文名称为 Remote Sensing ,缩写为 RS )是利用遥感器从空中探测地面物体性质的。它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理,来识别地面上各类物体,具有遥远地感知事物的意思。也就是利用航空飞机、飞船、卫星等飞行物的遥感器收集地面数据资料,从中获取信息,经记录、传送、分析和判读来识别地表物体。 6 ) GPS 的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称 GPS ,有时也被称作 NAVSTAR GPS 。 7 ) GPS 成为当前最广的应用,为社会提供了重要的定位信息。 8 )数字地球,是美国副总统戈尔于 1998 年 1 月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为 “ 数字地球 — 新世纪人类星球之认识 ” 演说时,提出的一个与 GIS 、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。在戈尔的文章内,他将数字地球看成是 “ 对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据 ” 。数字地球要解决的技术问题,包括计算机科学、海量数据存贮、卫星遥感技术、宽带网络、互操作性、元数据等。可以预见,随着地球空间信息学的发展,而建立起的数字地球。

这些技术在高中的应用实例如下:

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从教学层次上来分析,高中地理新课程体现了鲜明的时代感和使命感,这就要求地理课堂教学要进行相应的改革,要求教师从角色定位、教育观念、教学方式等方面做相应的调整,从而改变学生的学习方式和思维方式,培养学生的地理意识和解决实际问题的能力。高中地理新课标反映了现代地理教育鲜明的时代性,它在设计思路、课程目标、内容标准、评价方式等方面体现出许多新的教育理念,并从各个层面指明了高中地理教育改革的方向与重要内容。新课程背景下的地理教学,教师必须学会并善于发掘地理课程在实现学生全面发展方面所具有的教育价值与功能。现代多媒体及信息技术不仅为学生提供了更多的学习资源,而且在支持学生进行“自主、合作、探究”学习方面提供了重要的技术支持,恰当使用信息技术所达到的效果是传统课堂教学所无法比拟的。基于信息技术的教学方式不仅能够在课堂教学中拓展学生的视野,提高学生的思维深度,为学生开展高水平的认知活动提供有效的帮助。而且,信息技术对地理教学的最深刻影响就是,它提高了学生搜集、分析地理信息的意识和能力。因此,新课程强调信息技术在地理学习中的应用,并依据学校的条件来构建基于现代信息技术的地理新课堂。

地理课堂教学是实施高中新课程的主渠道,高中地理课堂教学能否落实新课程理念,达到预期的目标和结果,决不是某种教学方法或教学技术的辞旧迎新,它需要在“教学理念”或“教学信念”的支持下展开教学设计,取决于教师如何进行课堂教学设计及其教学实施。在新理念指导下的地理课堂教学,教师的作用与地位发生了“质”的变化。首先,教师应该成为学生学习的指导者和组织者,教师不仅要备知识、备教材,更要“备学 生”,即要把课程目标、学情、教学方式与教育技术、课程资源等统筹考虑,合理配置。其次,教师要成为学生学习的促进者、评价者,成为学生的学习伙伴乃至学习资源。教师要依据学生的需要激发学生的学习兴趣,要从学生的身心发展特点、思维特点、兴趣爱好等方面给予学生个性化的帮助。其中,激发学生探究地理问题的兴趣和信心,正是构建新的地理课堂教学的起点。这不仅是学生自主学习的基础,也是使学生形成正确的情感态度与价值观的前提。因此,在地理新课程背景下,知识和技能、过程与方法、情感态度和价值观成为地理教学的三维目标,是地理教师设计课堂实施方案必须在实践教学中落实的。现代网络信息技术下的电子教案实 现了资源共享,每 位教师都可以结合自己的实际教学与教学进度安排,在相关教学网站上下载一系列不同地区优秀教师的同步教学设计供自己制定教学方案参考。也可以不断更新和修改完善自己的实施方案。在同一学校同一年级,可以利用集体备课活动讨论制定符合本校学生实际的规范化教学方案,多年实践完善就能够形成校本课程资源,这对规范化办学与模式化教学管理是一种极大推动力。

利用现代网络资源与技术优势开发制作地理课件,更有利于现代化课堂教学手段的创新,改变落后的传统教学方式的弊端,构建新课改倡导的“自主、合作、探究”式开放型高效课堂。在现代信息技术与地理新课程整合中,我们应该在新课程的理念指导下运用现代教育技术,加强信息技术与有效课堂教学的方法性、实用性、科学性、操作性、互动性多方面设计思想研究。首先,要防止那种新技术、旧理念、呈现过量信息的“电灌”课。现代课堂教学并不是提供越多的信息就越好,因为学生在一定的时间条件下接受的信息和思维的提高是有限的,过多的信息输入反而会影响学生基础知识与基本能力及思维能力的提高。其次,要依据课堂所学问题的特点来选择信息技术的使用方式,并不是每一个教学内容都适合采用信息技术。第三,信息技术在课堂上的应用应该考虑教育成本,尤其是考虑时间成本,能够用最简单的方法来解决教学中的问题就是最智慧的教育,不要过于追求课堂有限教学时间内 面面俱到地使用信息技术。正确的原则应当是,信息技术的应用是为学习目标服务,是为学生进行多样化的学习活动提供技术支持的,学生在信息技术应用的背景下应该得到更好的发展,教师的教学方法与信息技术结合应十分和谐,应使学习目标在这种技术支撑下更高水平地达成等。只有这样,才能构建起基于现代信息技术高质量的有效地理课堂教学。计算机辅助的多媒体教学具有能够综合处理文字、图像、声音、动画的能力,给教学和学习带来了信息交流、思维方式的革命性变化,这种教育技术的优势是传统教学手段所无法比拟的。第一,课堂教学情景、内容呈现方式多样化。可以充分调动学生多重感官刺激,特别是影音、动画、计算机模拟等的应用,能充分调节课堂氛围,使课堂生动活泼,形象直观。如高中自然地理模块教学中,播放有关宇宙、地球、地壳物质循环、大气运动、水循环、洋流的视频资料、动画能极大丰富学生的感性认识,有利于原理、规律性地理知识的探究、总结、把握。第二,有效课堂信息量加大。多媒体教学不仅仅能大量减少教师板书、板图工作量,节省更多时间用于课堂教学内容,同时可以增加大量阅读材料、图片、探究性问题、规律性总结、网络知识体系构建、课堂同步检测训练题,充实教学内容,增加教学容量,推动高效课堂模式形成。第三,增强教学的互动性。互动性是多媒体技术最具特色和优势的本质特性,也是多媒体教学的核心。通过多媒体能及时对学生的学习情况进行反馈,迅速了解学生掌握知识情况和学习进展,适当给予刺激与激励,可以极大地调动学生“自主、探究、合作学习”的积极性。例如,需要学生熟悉中国各省区轮廓与分布位置、重要资源分布区,应用多媒体的互动性,让学生在有限时间内用鼠标拖放到正确位置,不成功的予以鼓励,成功的及时给予奖励,游戏式学习有利于激发学生的学习激情和探究精神。第四,多维动画模拟利于重难点的突破。多媒体教学可以在一定程度上突破时间和空间的限制,将抽象的问题直观化,形象化。充分表达教学意图,突破教学中的学习难点,并可以通过计算机丰富的表现手段,突出教学重点。例如,进行地球运动分析时,运用多媒体的三维技术,模拟实现了太阳直射点的移动,昼夜长短的变化,正午太阳高度角的变化等,形象直观,是重难点地理问题解决的突破口。高中新课改理念下现代多媒体教学给传统课堂教学带来了很大冲击,但传统课堂教学是广大教育工作者经过长期的实践和研究所总结出来的行之有效的教学模式,当前的教学模式仍不可能完全脱离传统的课堂教学手段,关键是如何将两者有效的整合起来,最大化的提高课堂教学效果。

从教师导学看: 1. 通过教学设计的实施方案,需要便于对学生学习过程的调控,通过反馈训练,及时调整教学进度,同时有利于对学生进行督促检查及个别辅导。 2. 通过大量实际教学实践、反思与学习信息收集,积累大量教学素材,为以后教学改进做好信息资源准备。 3. 通过教学内容的电子化,不断积累,同时便于以后的修改、补充,不断完善教学内容,优化教学设计,不断提升个人的教学能力。需要实现教师教学的相互交流、借鉴与资源共享。

从学生学习看: 1. 通过多媒体课件的展示,理清知识体系,实现重难点的多角度、直观化有效突破,促进高效课堂模式形成。 2. 教师设计的“导学方案”是学生学习实施的平台,需要完善学习环节,利于学生课前预习、课堂记录和课后整理复习,能够展示学生学习过程,有利于实施教学评价。 3. 及时反馈学习效果,调整学习状态。通过限时独立完成教学设计和要求的反馈训练,及时发现学习存在的问题,及时总结纠正。 4. 通过导学方案这一载体,不断在原有基础上进行补充、拓展,实现知识、技能和方法的持续积累,实现学生学习能力的提升与突破。


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