1. 引言
随着21世纪信息化潮流的不断推进以及20世纪末“数字地球”概念的提出，3S技术已是广泛被应用在各个领域且日益成熟，该技术在教育领域也备受关注[1]。GPS全球卫星导航系统可为全球范围内的各种载体提供精确的三维位置、速度和时间等信息，具有全天候、实时性等特点，被广泛应用与于航空、航海、陆地交通、武器系统、精密测量、农业耕作、个人导航和监测等方面，为这些领域的实际应用提供了极大的便利和支持[2]。国外对于现代信息技术相关人才的培养十分重视，且已取得部分成果，但我国对于该技术的理论研究及应用起步较晚，存在较大的发展空间。
随着中学地理课程改革的推进，2001年经教育部颁布的《基础教育课程改革纲要》强调：“改变课程注重知识传授，形成积极主动的学习态度”。地理课程标准明确提出要求利用地理信息技术，培养学生运用地理信息技术分析地理问题的能力[3]。因此将GPS技术与中学地理教学相结合，既是落实新课改的需要，也是顺应现代教育发展的需要。
本文旨在将GPS技术引入中学地理教育，探究GPS技术与高中地理课堂的应用联系，积极探索和创新教学方法和手段，提高教学品质和效果，让学生在实践中更好地应用GPS技术解决实际问题。
2. GPS技术应用于高中地理教学的理论基础及必要性
2.1. 理论基础
根据建构主义理论，学习本质上是一种主动的、自我构建知识和理解的过程。学习者通过与周围环境的互动，不断建构、调整和重构知识结构，进而形成一种基于自身经验和意义的个人认知模型。在GPS技术方面，通过实际应用和解决实际问题，可以帮助学生更好地理解和应用GPS技术。在课堂中，教师应该创造条件，鼓励学生尝试、实践、探究和合作，从而构建属于自己的GPS知识模型。
多元智能主义理论认为每个人都拥有多种智能类型，而GPS技术作为一种跨越多种智能类型的技术，可以通过多种方式促进学生的各种智能类型的发展和运用。在GPS技术应用中，学生可以通过语言智能与其他同学沟通交流，增强团队意识和合作能力；逻辑数学智能可以帮助学生理解GPS仪器的原理和计算方法，大幅提高GPS的使用效率；空间智能可以帮助学生理解地理空间的概念，辅助解决GPS技术在地理学、环境科学、城市规划等方面的问题等。
2.2. GPS技术在高中地理课堂中的必要性
2.2.1. 激发学生学习动机，丰富教学内容
GPS的应用可以使学生接触到新的技术手段和实践活动，从而对教学内容产生兴趣和好奇心，提高学习的积极性和主动性。让学生了解更多的实地信息和真实案例，使教学内容更加丰富多彩，有益于培养学生的能力和知识。
2.2.2. 更新教学模式，培养综合素养
GPS技术可以帮助地理学生使用数字化的方式进行数据图表展示和分析，从而帮助学生更好地数据分析能力自己提升。GPS的应用可以让学生在实践活动中体验学习，根据个人的兴趣和优势，选择和以自我为中心的学习模式和方向，以提高学习效果。GPS在教学中的应用需要学生掌握和运用多种信息技术和工具，例如大数据分析、地理信息系统、互联网应用等，从而加强他们的信息应用能力和运用实践。
2.2.3. 培养创新人才推动社会发展
GPS作为一种高精度地理定位技术，可以为地理教学提供更丰富的资源和实现更多元化的教学方式。GPS技术教育可以提高学生的地理和空间认知能力，促进科技创新与应用，提升生活工作效率，增强国家安全意识，并拓展就业前景。GPS技术教育有助于培养学生的综合素质，为社会输送更多掌握先进技术的人才，对国家和社会的进步具有积极作用。
综上所述，将GPS技术运用到高中地理教学中，可以使教学更具趣味性和实用性，更好地促进学生成为地理科学的掌握者和应用者。通过GPS技术的应用，进行探究性学习，激发学生的学习地理知识积极性，并为未来的社会发展做好准备。因此，高中地理教学课堂基于GPS技术的应用是势在必行的。
2.3. GPS技术在高中地理课堂中的应用策略
在开始规划GPS教学内容之前，首先要明确教学目标，教师应该了解学生的学习需求和背景，为他们提供更有针对性和有效的GPS教学内容，并且可以通过选择适当的GPS教学策略来提高学生的学习效果。教师可探索多种GPS教学策略，包括GPS在野外实地调查、空间分析、数据收集和可视化等方面的应用，以便满足不同类型学生的需求，有助于教师发掘新的教学策略，从而推动教学创新。教师通过创造活跃的学习环境来激发学生的学习热情，包括使用现代科技、使用多媒体教具、设计有趣的GPS活动等。教师通过参加专业培训、参与教学研究、交流教学经验等方式推动自己的教学专业发展，从而提高自己的GPS教学创新能力。评估GPS教学效果帮助教师了解自己的教学效果，发现GPS教学中存在的问题，并对教学内容进行优化和改进。
3. GPS技术在高中地理教学中的应用现状
3.1. GPS技术在高中地理教学中的应用领域
随着GPS技术的不断发展和普及，越来越多的高中地理教师开始将GPS技术应用到课堂教学中，以提高学生的地理学习效果。目前，GPS技术在高中地理课堂中的应用主要包括以下几个方面[4]：
1) 实地考察与采集数据
GPS技术可以帮助学生在实地考察中进行精确的定位，同时也能够快速采集相关地理数据。比如，在野外实地考察中，学生可以通过GPS技术记录下采集样本的位置和相关数据，如植被类型、土壤类型、气候等。这些数据可以作为地理实践探究学习的重要参考，帮助学生更好地理解地理现象、分析地理问题和解决地理挑战。
2) 地理调查与统计
在地理实践探究学习中，通过GPS技术可以定位和统计某一地区的人口分布、交通状况、自然灾害等数据。这些数据可以为学生进行地理分析和研究提供有力的支持，同时也为学生了解和掌握地理信息处理的方法和技能打下基础。
3) 历史地图制作
通过历史地图，学生可以更直观地了解历史事件的发展和变化。历史地图制作也可以通过在线地图平台和软件等方式实现，学生可以使用GPS定位功能在地图上标记相关历史事件和地理要素的位置和属性，从而更深入地了解历史地理。
4) 自然资源调查
自然资源调查实验教学中，学生可以利用GPS设备定位和记录自然资源的分布和变化，例如，学生可以利用GPS定位记录各地植被的变化，制作出植被分布的空间分布图，进而了解自然资源的类型和特征。通过这样的实验教学，学生可以深入理解自然资源对经济发展和人类生产生活的重要性，提高对环境问题的认识。
3.2. GPS技术在高中地理教学中的现状分析
在调查初期，对二十位高中地理教师进行访谈，结果显示教师在课堂教学过程中对于GPS的应用较少，仅有四位老师经常将GPS技术与实际课堂结合，十五位老师会偶尔使用或者极少在课堂教学中应用该技术，甚至有一位老师从不使用该技术。随后我们随机抽选了五十名学生进行调查，调查结果显示(图1)，仅有8%的学生对GPS技术非常了解，46%的学生对GPS技术比较了解，还有36%的学生对GPS技术不太了解，甚至有10%的学生完全不了解该技术。由此看来，学生在GPS技术方面的了解程度普遍较低，也反映出教师在教学过程中对于GPS技术的应用还是较少，存在教学组织和教学方法方面的问题。
Figure 1. Students’ understanding of GPS technology
图1. 学生对GPS技术了解程度
原因有以下几个方面：首先，GPS技术需要使用者具备一定的技术水平和操作能力，对于一些学生教师来说可能存在一定的学习和适应难度。其次，GPS设备价格较高，需要一定的经费投入，对于一些学校和家庭来说可能存在一定的经济压力。此外，GPS设备需要进行定期的维护和更新，也需要一定的经费支持。第三，GPS技术采集的数据可能存在一定的误差和不准确性，需要进行数据处理和分析，对于学生和教师来说需要具备一定的数据处理能力。此外，GPS技术采集的数据也需要与地理知识相结合，才能够真正发挥作用。第四，GPS技术需要在户外环境中进行操作和使用，存在一定的安全隐患，需要注意安全问题。最后，GPS技术需要与教学内容相结合，需要进行教学设计和课程安排，对于教师来说需要具备一定的教学设计能力。
GPS技术在高中地理教学中的应用面临着技术、经济、数据质量、安全和教学设计等方面的问题和挑战。学校和教师需要综合考虑这些问题，制定相应的应对措施，确保GPS技术的应用能够真正提高学生的地理学习效果和实践能力。
4. GPS技术在高中地理教学中的应用设计
4.1. GPS技术在教学中的实践案例应用分析
GPS是一种定位技术，可以利用卫星定位系统确定任何地点的位置坐标和时间信息。在教学中，GPS也有广泛的应用，并可以帮助学生理解学习地理的相关知识，以下介绍一些GPS在高中地理教学中的实践案例应用(表1)。
Table 1. The case application of GPS technology in high school geography textbooks
表1. GPS技术在高中地理教材中的案例应用
教材位置 |
课题 |
GPS技术在教学中的应用 |
必修一 |
第一章 |
地球的形状和大小 |
GPS技术可以测量地球的形状和大小，帮助学生理解地球的几何形状和尺寸。教师可以点出卫星在宇宙中的位置和相对运动，包括测算各种天体的相对距离等帮助学生理解相关知识。 |
第一章 |
地球所处的宇宙环境 |
第一章 |
地球的自转与公转 |
第一章 |
太阳对地球的影响 |
必修二 |
第三章 |
农业地域类型 |
GPS技术能够用于农业信息采集、土壤分布调查等，结合RS、GIS技术分析农业区位。GPS可以定位监测选择交通运输的最优路线，学生可使用GPS技术实现定位和导航。 |
第三章 |
农业区位的选择 |
第五章 |
交通运输布局及其影响 |
必修三 |
第一章 |
地理环境差异 |
GPS技术可以监测和管理如气候变化等环境问题，可以用于城市规划，学生可详细学习GPS技术，并且使用该技术进行区域性学习。 |
第一章 |
区域发展 |
第一章 |
全球定位系统 |
选修二 |
第一章 |
地球上的海与洋 |
GPS技术可以帮助海洋上资源、环境灾害、渔业等获取信息，以及定位勘探，帮助加强海洋认知，提升海洋权益保护。学生利用该技术对海洋有进一步了解，并且提升领土保护意识。 |
第一章 |
人类对海洋的探索与认识 |
第六章 |
海洋自然灾害与防范 |
第六章 |
海洋环境问题与保护 |
第六章 |
维护海洋权益 |
选修五 |
第一章 |
主要自然灾害的形成与
分布 |
GPS技术能够进行地震监测、河流水位监测、飓风路径监测、火山区域地表监测，从而提高预测准确性。学生利用该技术进行相关灾害评估。 |
第三章 |
自然灾害的监测与防御 |
第三章 |
自然灾害中的救援与预防 |
4.2. GPS技术在抗震救灾方面的应用——以汶川地震为例
以下是基于GPS技术在抗震救灾过程中的应用，依据高中地理(人教版)《选修五》的中国的地质灾害部分结合5.12汶川大地震所做的教学设计方案(表2)。
Table 2. The application of GPS technology in earthquake relief
表2. GPS技术在抗震救灾方面的应用
教学基本信息 |
授课 内容 |
《GPS技术在抗震救灾方面的应用》——以5.12汶川地震为例 |
教材 |
高中地理(人教版)《选修五》第二章 |
课程 类型 |
新授课 |
课时 |
1课时(40分钟) |
设计理念 |
指导 思想 |
本课程以立德树人为指导思想，依据地理课程标准，以培养地理学科素养为目标。 |
教学 策略 |
提供问题驱动课堂，融入数字信息技术，提供相关案例分析。 通过创设情境，激发兴趣，运用提问式，层层深入，深化理解，以自主合作探究的方式，为学生提供学习活动的主体参与和亲身体验。 |
培养 目标 |
提高学生的地理空间思维能力和通过GPS技术解决问题的能力，培育地理核心素养，促进深度学习的发生。 |
教材分析 |
本课出自人教版的高中地理课程，选修教材《自然灾害与防治》的内容，本课以《中国的地质灾害》为主，结合课标以及5.12汶川地震，对教材进行整合。 |
学情分析 |
高中地理学科已经在初中知识的基础上，加强了对社会、经济、环境等方面的探究和理解，同时选修五前三章(自然灾害与人类活动、中国的自然灾害、防灾减灾)中也对地震现象以及地震防御、救援有所涉及，学生有一定的理论基础。学生能更深入地理解地震灾害、地震预警和灾害响应等知识，并了解GPS技术在地震监测和研究中的应用过程和结果，有利于学生综合运用多学科知识进行学习和思考。 |
教学 目标 |
通过小组合作、探究式学习GPS技术在救灾过程中的应用，在情景模拟中学会使用GPS对灾区定位(区域认知、地理实践力) 从具体问题中分析GPS技术在地震救灾中的作用及其影响(综合思维) 通过对地震灾害相关情况的了解，对大自然抱有敬畏之心，并且学习有关预防措施，保护生命与财产安全(人地协调观) |
教学 重难点 |
GPS技术抗震救灾中的应用 |
教学 方法 |
任务驱动法、小组合作法、情景再现法、角色扮演法 |
教学活动预设 |
教学 环节 |
教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
时间 分配 |
一、创设情境、导入新课 |
教师先播放一段5.12地震新闻，展示并讲解地震灾害状况及5.12汶川地震相关信息。 |
学生观看视频，在教师讲解下学习地震灾害并了解地震相关信息。 |
首先播放视频，让学生对本节课产生兴趣，其次讲解地震相关知识加强学生学习基础，为开展下一步教学打下
基础。 |
5 min |
二、任务驱动、小组探讨 |
教师提出汶川地震发生后，救灾过程中遇到的困难与问题，鼓励学生探讨。 ① 回看新闻可以发现在地震后电力、通信设施以及道路都被破坏，
救灾中心如何掌握灾区信息进行救援？ ② 救援指挥中心如何对救灾部队进行统一指挥呢？ ③ 救援指挥中心如何定位灾区具体位置运送救援物资呢？ ④ 灾后进行了哪些有效措施？ |
各组学生对教师问题进行探讨，分别对这四个任务进行交流，得到相关的解决措施，从而推测GPS技术在救灾中的作用。 |
通过任务驱动、问题探究、小组合作的方式，激发学生的学习动机和兴趣，发挥学生的主动性，活跃课堂气氛，加强学生之间的交流与合作，从而更好的解决问题。 |
10 min |
三、意见交换、教师归纳 |
教师指导各组学生进行反馈并进行点评，最后引导学生总结。 ① GPS能提供准确的地理位置信息，这对于救援人员在灾区寻找受灾者和进行救援非常重要。② GPS能监测地震预警系统的数据，提供更准确的预警信息，帮助人们提前做好防范和应对措施。③ GPS能在短时间内测量地震灾害范围，帮助救援人员更快地了解灾情，做出应对措施。④ GPS能监测地震导致的地面变形情况，帮助科学家更好地了解地震的发生机理和影响，为地震预警和灾害防范提供更准确的数据。⑤ GPS能提供导航和交通信息，帮助救援人员更快地到达灾区，同时也可以帮助受灾者和群众更好地避开灾害区域和拥堵路段。 |
各组间进行意见交换，将本组提出的解决办法进行阐述，听取其他组的方法，分析各自利弊。 |
通过意见交换的方法，学生能够取长补短，分析自己思路的不足，更好的把握GPS在救灾方面的应用，教师引导学生进行总结，增强了学生的主体性。 |
10 min |
四、情景再现、角色扮演 |
教师以GPS技术在灾后的救灾过程及重建过程进行角色分配、扮演来模拟当时的情景，并在模拟过程中进行指导。 |
学生分为四组，分别扮演：救援队、卫星代表、中心控制站工作人员和受灾群众，在教师指导下进行情景再现。 |
将学生代入当时的场景，学生在教师的指导下身临其境，激发学生的兴趣，使其产生情感的共鸣，具有启发性，有利于提高学生的感性认识。 |
12 min |
五、教师总结、情感升华 |
教师引导学生回顾本节课所学知识，并对教学过程中的问题进行总结，同时明确GPS技术在防震减灾中发挥的巨大作用。最后引出尊重自然，保护环境及现代科技的重要性。 |
学生在教师引导下再次回顾本节课的知识，与老师进行心得交流，同时做好相关记录。 |
加深学生对抗震救灾方面的知识学习以及GPS应用于救灾过程的作用，增强学生对自然的敬畏之心，以及科技改变生活的意识，促使学生努力学习。 |
3 min |
4.3. 实际应用情况
为评价GPS技术在高中地理教学过程中的应用效果，教师与学生进行一次实验教学，将GPS应用于抗震救灾中。
1) 教学进程
展示PPT内容，向学生介绍GPS的应用，以及汶川地震相关信息，学生了解基本内容；
列出四个问题作为任务，将学生分为4个小组，各个小组进行讨论，给出解决方案；
全体讨论，针对这几个问题给出意见并交换；
教师引导学生总结讨论结果，并为学生解答相关疑惑。
采用情景再现及角色扮演法模拟地震发生：四川发生特大地震，所有道路及通讯设施都遭到了不同程度的破坏，灾区人们等待救援。GPS技术发挥作用，监控灾情，获取灾区位置信息并录入。随后携带GPS设备的救援队在受灾地区附近前进，并不断以短报文向指挥中心汇报灾区情况，请求支援并空投救援物资。由于GPS设备的加入，减轻了救援队的救援难度，并为指挥中心对救援队的指挥安排提供了便利条件。
2) 总结
GPS应用在救援中的几个主要方面：定位系统能够将灾情及时反馈给外界，便于救援；在通信设施遭到破坏时，GPS设备能够及时向外界传递信息；GPS的应用是多方面的包括无人机、直升机等设备，便于救援的准确性和有效性。
教师进行教学反思，学生在GPS的应用过程中存在哪些问题，如何将该技术更好地融入今后的地理教学中。
4.4. 效果评价
总体来说，本节GPS应用于抗震救灾课程有良好的教学反馈。首先是学习效果，学生能够理解GPS技术在抗震救灾中的应用，能够掌握GPS技术的基本原理和操作方法；第二是教学效果，教师能够有效地传授GPS技术在抗震救灾中的应用，能够利用不同教学方法，引导学生积极参与实践，提高学生的实际应用能力；第三是实践效果，学生能够在小组合作以及通过角色扮演法在实践中灵活运用GPS技术进行抗震救灾工作，能够准确地获取地震灾区的地理信息。
因此本节课程总体效果良好，也验证了GPS技术在高中地理教学中的可行性，为今后的课程设计和教学改进提供参考。
5. 结论
本文主要对GPS技术在高中地理教学课堂设计与实践应用方面的相关问题进行探讨。以讲授法、任务驱动法、情景再现法、角色扮演法等方式将GPS技术应用在高中地理教学中，且以GPS技术在抗震救灾方面的应用——以5.12汶川地震为例进行教学设计并进行教学实践。从中也可以发现该教学应用方式为学生掌握现代科学技术尤其是GPS技术，解决实际地理问题，增强地理认知等方面均有较大帮助，GPS技术也为地理教学提供了更多的实践机会和更多的教学资源。
基金项目
陕西理工大学研究生创新基金项目(SLGYCX2442)。