“GIS与中学地理研究性学习的整合研究”研究方案
江苏省教育科学“十一五”规划课题（青年自筹专项）
一、课题的核心概念及其界定
依据国家教育部《普通高中课程方案（实验）》及省教育厅《江苏省义务教育课程设置实施方案》中的有关地理课程设置与综合实践活动课程设置的精神，“GIS与中学地理研究性学习的整合研究”课题中的“中学”，具体包括初一～初二及高一～高三共5个学年段。本课题研究中包含“GIS”、“地理研究性学习”、“整合”三个核心概念。
1．GIS是Geographical Information System的第一个字母的缩写，翻译成中文即为“地理信息系统”。美国联邦数字地图协调委员会（FICDC）将其定义为：“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统涉及支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。”GIS技术是现代地理学成熟的一个标志，已经成为地理科学研究的技术手段之一和学科体系的一部分，广泛运用于城市规划、资源调查、土地管理等实用领域。
2．“地理研究性学习”。综合文献中对“研究性学习”的有关论述，结合目前的地理教育实践。本课题中的“地理研究性学习”，其内涵是：“在教师的指导下，由学生自己选择和确定包含地理基本原理的研究课题或项目设计，自己收集、分析并选择信息资料，应用课堂所学知识，通过批判性的反思去解决实际问题的一种自主学习方式”。这种学习方式主要具备以下几个特点：强调师生互动；学习的主要目的不是理解前人发现的知识；强调必须要创设一种有助于探索研究的、开放的情景和途径；学生的实践具有重要地位。
3．“整合”，其基本内涵是“将两个或两个以上，看起来不相同但却相关的概念、事物或现象组成一个有意义的整体。”本课题中“整合”指的是：“根据地理学科内在知识体系和学生地理能力的形成规律，将GIS的基本理论、概念以及GIS系统技术平台引入地理研究性学习活动中，组合成一种有意义的、完整的地理自主学习内容或经验。”
二、国内外同一研究领域现状与研究的价值
（一）国外及港澳台等地区研究现状
国外的GIS基础教育发展相对较早，GIS教育的各个环节比较成熟，尤其是以美国为主的欧美发达国家（加拿大、英国、澳大利亚、新西兰等国），GIS在中小学校开展的非常普遍。以美国为例，早在1994年就召开了首届GIS在教育上的应用会议，提出要将美国城市中学地理课教学内容与所在城市的社会、环境等问题联系起来，引导学生关注当地社会热点问题，借助GIS技术将这些问题可视化并寻找解决方案，最终达到在青少年中普及GIS知识，同时提高中学生科学素质的双重目的。该计划受到美国科学基金会的资金支持，并由一个非盈利性的教育研究与发展公司（TERC）具体负责实施。同时由国际知名的GIS技术平台研发公司——ESRI公司提供相应的GIS软件平台，地方相关政府或组织提供基础数据，由GIS专家、当地专业技术人员和学校教师共同组成专家小组，指导学生进行各种借助GIS技术的地理研究性学习。
我国台湾、香港、澳门地区的GIS基础教育也开展得有声有色。台湾1995年新修订的《高级中学地理课程标准》列举了地理技能及方法的重要性，并强调了学生解决问题的能力。为配合这样的新理念，高中地理教材第三学年选修地理课程的主题偏重于地理研究方法及地理学应用，重点在于普及GIS教育。为此，台湾教育部门积极推动各项配套方案的实施，各高等院校也积极建立相关课
题、订立计划，与台湾各中学加强合作，举办讲座，建立GIS推进团队、组织高中GIS全国比赛等等。一批研究成果纷纷涌现，研发了一套适合中学教学使用的GIS应用范例，其中一些成果比较突出，如《GIS辅助车流量分析——以台北市为例》（台北县立三重高级中学），《林口地区之环境识觉——环境污染调查与相关分析》（国立林口高级中学）、《土地公庙空间分布之研究——以新竹市东区为例》（国立新竹高中，国立新竹女中）等。
从美国与我国台湾地区GIS在中学中的应用状况分析，其主要呈现出如下几个特点：
1．GIS在中学地理教育得到了充分的重视。无论是美国还是我国台湾地区，包括日本、英国、澳大利亚等国，都在上个世纪90年代将GIS的基本内容添加至相应的课程标准中。例如美国1994年“生活的地理学”国家地理标准，台湾地区1995年修订的《高级中学地理课程标准》等，都从课程标准的高度确定了GIS在中学地理教学中的重要地位。
2．专业GIS软件公司积极介入中学GIS地理教学。例如国际知名的GIS研发公司ESRI在美国和欧洲开展了旨在向中小学生和社会公众推广GIS概念的K-12计划。为配合该计划的实施，ESRI公司在业已成熟的商业软件Arcview的基础上，对原有界面和功能进行了简化，推出了适合中小学使用的版本，并免费提供相应的GIS平台给推广组织或直接赠送给中小学。
3．强调GIS与地理研究性学习的整合。例如，美国波士顿当地的一所女子中学，利用GIS技术，研究学校附近一条倍受市民关注的受污染河流，研究过程包括采集分析水样、收集他人资料、将地图数字化以及建立GIS数据库，最终通过对污染物以及环境背景数据的图形化，使学生清楚地了解了造成河流污染的原因，程度及时空变化趋势。负责该项目的TERC中心教授Harold McWilliams曾 撰文
4．强调组建GIS基础教育专家团队，并重视团队对中学地理教学的指导作用。例如，台湾地区在开展GIS基础教育中，就是以高校专业GIS研究人员（如台北大学地理系赖进贵教授等）为主，联合GIS软件技术人员，地方相关政府技术人员及高中地理教师，成立联合指导小组，小组成员既有技术方面的专业人才，又有有关研究性主题涉及的政府专业人员，还有具体的指导教师，因此满足了资金、技术、软件、数据等方面的要求，保证了地理研究性学习活动的顺利开展。
（二）国内研究现状
相比欧美等发达国家和我国台湾地区，虽然多数大专院校地理系和相关院系都开设GIS或GIS相关的课程，但GIS基础教育起步还是较晚，各种有关GIS基础教育的文献大都是2000年以后的，但近几年，GIS基础教育还是得到了地理教育工作者和国家教育部的重视，呈现了快速发展的趋势。
从国家教育部相关文件和课程标准来看，GIS已经进入了新课程标准。2003年教育部颁布的《地理课程标准》课程的基本理念第4条：“强调信息技术在地理学习中的应用。充分考虑信息技术对地理教学的影响，营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。”因此，在课程标准的制定中，不但在必修模块中增添了地理信息技术的内容，还增添“地理信息技术”选修模块，对高中阶段学生提出了学习GIS的明确要求。
从课题研究方面来看，有关GIS在基础地理教育中的课题不多。目前正在实施研究的有江西省上饶二中承担的“十一五”全国教育技术研究规划课题——“GIS在基础地理教育中的应用研究”，以及由北京四中安迎老师承担的全国教育科学“十一五”规划课题——“‘3S’技术在中学地理教学中的应用研究”等。
从开展GIS的地区来看，由于GIS需要很高的软硬件平台，对教师、学生的信息技术要求比较
高，因此目前能初步开展的地区仅仅限于东部沿海发达地区，以及中西部教育较为发达的城市。
从目前GIS应用现状来看， 我国大陆地区的GIS基础教育呈现出如下几个特点：
1．由于一些GIS软件公司的捐赠，我国部分中小学已经拥有了基础软件平台。例如，美国ESRI公司自2000年将K-12计划引入我国后，一些发达地区的中小学，如北京潞河中学，上海东延安中学虹桥机场分校等学校已经拥有了比较适合学校的“ArcView学校和图书馆软件包”，并逐步开展了一些针对GIS的研究性活动。此外，北京超图公司等本土软件厂商也积极介入了GIS普及教育。但依赖商业公司赠送软件的方式，对于大部分地区而言还不切实际，因此已有地理教师从事于GIS自由软件的引进、汉化及二次开发的研究。
2．从各种文献资料分析，目前GIS在基础教育阶段的应用主要集中在：一是课堂教学引入GIS技术，优化教学信息环境；二是教学内容上引入GIS知识。从目前应用现状来看，还未达到GIS在中学地理教学中应发挥出的——“让学生利用GIS技术，主动收集、分析、传播地理信息知识，从而培养找出所需要的特定信息的数据能力和可以解决空间问题的分析能力。”
3．除了部分GIS软件公司从企业利益出发，介入地理基础教育的改革外，与之相关的有关政府部门，如城市规划部门、环保部门、交通管理部门等专业领域职能部门，以及大专院校，还未积极介入，因此造成中学阶段开展地理研究性学习缺少专业领域的指导，相关的数据资源也不匹配。
（三）该课题研究的价值
1．将国家新课程改革中提倡的“形成积极主动的学习态度”、“ 关注学生的生活以及与现代社会和科技发展的联系，关注学生的学习兴趣和经验”、“ 充分注重信息技术在地理教学中的应用”等新理念，通过本课题予以创造性地落实。
2．探索新时代地理教育背景下信息技术与研究性学习整合的新模式与新理论。
三、研究的目标、内容（或子课题设计）与重点
（一）研究目标
“GIS与中学地理研究性学习的整合研究”力求利用ESRI公司免费赠送的软件平台——ArcView 学校和图书馆软件包（ArcView for School and Libraries Bundle），在充分收集、整理、分析国内外GIS教学经验的基础上，以现代学习理论（信息加工学习理论、建构主义学习理论）、环境教育理论为指导，依据新课程标准和新地理教材的要求，结合学校已开展的地理研究性活动和GIS拓展型课程的实践经验，应用GIS的方法和手段，尝试在研究性学习活动中，提高学生信息素养，以及利用现代地理信息技术发现问题、解决问题的能力。
（二）研究内容（子课题设计）
1．国内外GIS在基础地理教育中的比较研究 研究要点：（1）国内外中学地理教学中GIS使用平台的比较分析研究。其研究重点在于比较各种流行GIS软件（包括ESRI公司的ArcInfo系列软件，MapInfo 公司的MapInfo系列软件，北京超图公司的SuperMap Editor，以及由自由软件GRASS等）应用于中学地理教学的优缺点。（2）收集、整理、归纳、总结国内外基础地理教育与GIS整合的模式，并比较之间的异同点和优缺点，并试图从中理清GIS运用于中学地理教育的历史脉络和发展趋向。
2．GIS与中学地理研究性学习整合模式研究（研究重点） 研究要点：（1）学习和借鉴当代心理学的两大学习理论，信息加工学习理论和建构主义学习理论，并将其基本理念运用到中学地理研究性学习中。（2）构建GIS应用于中学地理研究性学习的基本教学模式以及活动开展模式。（3）在整合模式研究中，逐步积累应用案例，遵循地理教学资源的
建设分类、要求、设计、管理等流程，建设GIS教学资源库。
3．GIS运用于中学地理研究性学习活动的实效性研究 研究要点：（1）探索GIS应用于中学地理研究性学习中的基本功能。（2）展开对比分析，就美国《生活化的地理学：国家地理标准1994》中所提到的五项基本地理能力的培养、地理科学兴趣、观念和价值观的培养等方面进行实效性研究。
四、研究的思路、过程与方法
（一）研究的思路与过程
本课题预定用二年时间完成。研究分为课题申报阶段、初步研究阶段、深入研究阶段和总结鉴定阶段共四个阶段。
1．课题申报阶段（2007年11月～2008年2月）：对本课题进行论证；设计和完善课题研究方案；组建课题实验队伍；制定课题活动常规制度；初步建立课题档案框架。
2．初步研究阶段（2008年2月-2008年8月）：分解子课题；课题组成员系统学习有关GIS知识及建构主义学习理论和信息加工学习理论；收集国内外有关GIS应用于基础地理教育论文、案例；构建GIS专用教室。
3．深入研究阶段(2008年9月—2009年6月)：制定地理研究性学习方案；根据方案中涉及的研究领域，准备相应的数据资源；开展GIS与中学地理研究性学习整合模式的实践研究。
4．总结鉴定阶段(2009年7月—2009年12月)：汇编各种研究论文；建立专题网站；撰写研究工作报告和结题报告；召开成果总结会议；联系有关出版社，出版专著。
（二）研究方法
1．行动研究法。本课题是建立在地理研究性学习活动的基础之上，它研究的前提与基础就是研究性学习活动实践本身。因此在课题组外聘专家的指导下，进行研究和实践的结合，以实践促研究，以研究阶段成果修正实践本身，是本课题基本的研究方法。
2．文献资料法。通过文献研究法，大量收集和整理国内外“GIS与中学地理研究性学习整合”方面的研究现状以及在理论和实践上的进展。并适当扩大文献收集的范围，将其扩大至“GIS基础教育”以及“研究性学习”方面。
3．教育观察法。运用观察和测试，发现学生在中学地理研究性学习活动过程中，运用GIS技术解决实际问题的能力形成规律。
4．经验总结法。及时对阶段性研究经验予以总结，发现不足，以修正研究方案，总结成果，及时推广。
五、主要观点与可能的创新之处
（一）主要观点
1．GIS技术已成为了当今社会信息化发展的重要技术手段和地理科学研究的技术方法，因此实施GIS教育不仅是地理基础教育不可推卸的责任，也是地理教育推进信息化教育和加强地理科学方法教育不可多得的机遇。
2．GIS教育不能简单地与基础教育中的信息技术教育混为一谈，它与传统意义上的信息技术与学科整合也有着本质的区别。基础教育阶段中的GIS教育，其重点是在掌握GIS的一些基本概念和操作技能基础上，将其作为一种认识地理世界的技术手段和研究方法。
3．GIS教育客观上存在着技术含量大、软硬件环境要求较高的特点，因此可以在一些东部发达
地区和教育基础较好的地区先行开展。
4．地理研究性学习中，涉及大量具有空间属性的地理信息。GIS作为一种地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统，为中学地理研究性学习深入开展提供了技术平台，同时也提供了数据资源。
5．研究性学习是国家新课程改革中一门重要的必修课程，其本质在于学习方式的变革。地理研究性学习是有关地理领域的研究性学习，我们认为如将GIS技术引入地理研究性学习活动中，必将有力地促进地理教学的深入改革。
（二）创新之处
1．从学生创造性素质能力培养的角度，以及中学地理教学实践出发，论证GIS应用于中学地理研究性学习的必要性、可行性和实效性。
2．借鉴建构主义学习理论和信息加工学习理论，从“整合”的角度，将GIS技术与中学地理研究性学习有机结合起来。
3．遵循地理教学资源的建设要求，建设和维护有关基于GIS技术的资源平台，并推出适合我国实际，具有很强操作性的学习案例。
六、预期研究成果
成果名称 GIS与中学地理研究性学习的整合研究方案 阶段成果 “GIS与地理教学整合研究”文献综述 国外优秀GIS在地理研究性学习应用案例集 GIS地理教学专题网站 最终成果 “GIS与中学地理研究性学习的整合研究”论文集 “GIS与中学地理研究性学习的整合研究”案例集 成果形式 论文 论文 完成时间 2008年1月 2008年7月 负责人 姚浩宇 姚浩宇 孙文成 卜锦明 施维 光盘/文本 2008年7月 网站 专著 2008年12月 管赋胜 2009年10月 姚浩宇 2009年12月 姚浩宇 孙文成 “GIS与中学地理研究性学习的整合研究”研究报告 研究报告 光盘/文本 2009年12月 姚浩宇 施维 七、完成研究任务的可行性分析
1．课题组核心成员的学术或学科背景、研究经历、研究能力、研究成果
姚浩宇：课题负责人，现年33岁，学校教科室主任，中学一级，从事中学地理教学10年，中国地理学会会员，苏州地学会会员，地理理学学士，计算机工程硕士。参与或直接负责多项课题研究，其中所承担（担任课题组副组长）的苏州市教育科学“十五”规划立项课题“转制学校现代化教育管理模式的研究”荣获苏州市教育科学研究成果三等奖。目前承担（担任课题组副组长）苏州市教育科学“十一五”规划重点课题“国际教育视野下教师自主专业发展的策略研究”，并直接参与了2项区级学科教学课题的研究。在各级各类专业期刊发表了多篇学术论文，具有比较丰富的教学实践经验。
孙文成：地理教师，现年43岁，中学高级，苏州地学会会员，校地理教研组组长，从事中学