http://epaper.ntu.edu.tw/view.php?listid=181&id=11072高中地理GIS教學的體檢報告
文/ 陳哲銘 台灣師範大學地理系副教授、王耀輝 國立林口高中地理教師
前言
宜蘭高中在2008年暑假舉辦一個校內的GIS營隊，18位同學在該校地理老師們的帶領下，以分組合作的方式實察學校附近龍潭湖的湖岸土地利用與邊坡現況以及湖水水質，調查結果作為各小組在模擬公聽會中，作為贊成或反對龍潭湖從一個農業灌溉用湖泊變更為風景特定區的證據。在調查過程中，學生須閱讀縣政府出版的風景特定區計畫書、從航照圖中數化土地利用類別、以DTM計算邊坡坡度、用水質計測量湖水的酸鹼度與電導度值、以GPS標定各水質測量點位、用ArcGIS將水質點資料轉換為面資料，最後用Google Earth整合展示所有圖資。對這18位同學而言，GIS不只是過去地理課堂中介紹的一種看似專業卻難以入門的軟體，而是一種能實際幫助同學解決問題的工具。GIS早在10年前即被編入高中地理教材，歷經84、95和99三次課綱的修訂，GIS在高中地理中的份量有增無減，也從高三選修變成高一必修，而實際上全國高中地理教師如何看待這樣地理學科的代表性工具？在課堂中只是介紹它還是會實際使用它來協助地理教學？以及在教學上遭遇哪些障礙？這次的總體檢要來解答這些疑問，希望能呈現GIS在台灣高中地理教學較完整的面貌。
問卷的對象與項目
根據教育部中部辦公室97學年度的資料，全台各縣市取得高中職地理科教師證書總人數為1507人，這些老師們是本抽樣調查母體。本調查採用分層抽樣的方式，將高中地理老師們分成種子學校教師、非種子學校教師，高中教師、高職教師，地區別則劃分為北部、中部、南部、東部和離島，各校並按照學生人數比例來分配樣本，總計發出種子學校教師34份問卷，非種子學校高中教師729份問卷，非種子學校高職教師150份問卷，全台每個高中職皆至少分配一份問卷。實際回收362份問卷，回收率40％。問卷的項目包括老師的GIS專業進修管道、教師自評地理資訊素養、教師對於課綱的調適、教師對於地理資訊系統軟體的使用狀況、教師在地理資訊系統單元的教學模式、教師實施地理資訊系統教學時的困難、種子教師vs. 非種子教師的GIS素養。以下分別來看看這些項目的調查結果。
參加研習活動是老師們最主要的GIS專業進修管道，其次才是大學的修課
樣本的統計顯示台灣高中地理教師擁有「地理系」大學學歷的比例高達88%，而國內各大學地理系至遲在80年代也都開設了GIS相關課程，因此現職老師們在大學或研究所階段修過GIS專業課程的比例高，整體而言高中教師們擁有良好的GIS專業基礎訓練。高中地理教師們十分積極於學校課程以外的GIS專業進修，以參加研習作為主要專業獲取來源的比例高達84%，甚至高於大學修課的52%，這也顯示教師們為了保持GIS的專業能力，在學校畢業後仍會持續地參加進修。豐富的GIS教師研習機會也是台灣高中GIS教育的特色之一，教育部的地理學科中心與高中職GIS推廣專案如種子學校、中心學校等計畫經年累月在各區域辦理GIS研習活動，加上各大專院校所舉辦的GIS研習，截至2009 年為止，參加各類GIS研習的地理教師已超過1000人次，相當於我國三分之二的高中地理教師。
教師對GIS認知素養極高但對操作GIS仍缺乏信心
在教師地理資訊素養方面，高達97％的教師回答「我能具體說出GIS的組成要素」，但僅有48%回答「我能教導學生操作GIS軟體」，「我對於自己的GIS能力很有信心」則比例更低，僅達34%。至於「我會用GIS教地理資訊以外的其他課程單元」則有49%。整體而言，台灣的地理教師們在GIS的認知程度極高，在軟體操作上也有一定水準，在介紹地理資訊系統（teach about GIS）的表現上很傑出，但是在應用GIS進行地理其他相關課程的教學（teach with GIS），乃至於指導學生進行GIS專題上，則相對較缺乏信心。
GIS從高三選修調整為高一必修提高了GIS的普及程度，但也提高了教學難度
在362份回收問卷中，有182位老師曾教授過84課綱和95課綱，其中半數老師認為這樣的調整很恰當(47%)，但認為不恰當的比例也不低(31%)。有近六成(58%)的教師認為此項課程更動，提高了教學難度。但教學難度可能反映自95課綱高一課程普遍被教師認為過於密集，因此將GIS單元改在高一階段，更加劇趕課的吃力感。
Google Earth和Google Map是地理老師的最愛，專業軟體ArcGIS也大受青睞
使用的軟體方面，教師個人用的電腦最常使用的GIS軟體是Google Earth(84%)和Google Map(52%)等WebGIS，而ArcGIS則在套裝GIS軟體中成為首選(31%)。此外，教師們使用國土資訊系統NGIS的比例也相當高(31%)，其原因可能是高三應用地理課程的需要以及老師在平常準備其他地理課程時也可以使用到這些網站的圖資。至於教師們認為在電腦教室所應當安裝使用的GIS軟體，Google Earth 仍是首選(89%)，專業版的GIS軟體ArcGIS也穩居第二位(52%)，排名第三的MapInfo僅有13%。配合上教師們對GIS軟體使用的偏好，人機介面的親和程度是教師們認為最重要的(82%)，而這也是為何Google Earth是教師們首選軟體的原因。另外軟體是否已中文化，也是教師們認為相當重要的因素(69%)，許多在第一線的教師也反映早期GIS軟體由於未中文化，加上許多艱深的專有名詞往往會影響學生們的學習成效，這種狀況剛好呼應了我們這次所調查出來的結果，不管是教師端電腦(69%)或學生端電腦(68%)，老師們對於中文化的需求都很高。
教師們慣用講述式與問答式的教學法，但單用這些方法不利於GIS教學
在我們這次的調查中發現教學法中以講述與問答法為最主要，高達90%(327位)的教師以講述與問答法為第一優先的教學法，甚至有高達40%的教師以此為唯一的教學法。這樣的結果依然反映高中地理教師平常需要趕課的事實，尤其是在高一的階段，教學單元中過多的概念讓老師們很難在平日的教學採用多元的教學法，例如探究式或問題導向式的教學法、合作式或討論式的教學法，這些非常有助提升GIS教學成效的教學法都要比講述與問答法花費更多的時間。以美國為例，成功實施GIS教學的老師們大多以「問題導向」的方式來進行教學，這樣的教學法也最能反映GIS畢竟是個問題解決的工具，是故單調的教學法是高中GIS教學有待改善的地方。
在進行高一地理資訊單元教學採用的教學媒體方面，配合講述與問答法的教學，投影片成為老師們最常用的媒體(75%)，書面的學習單居第二位(46%)，仍有高達34%的老師實際運用了GIS軟體來教學，使用GPS的老師也占了31%。無論是運用專業的GIS軟體如ArcGIS或WebGIS如Google Earth來進行高一地理資訊單元教學都有助提升學生獲得GIS的實務經驗，但這仍有許多進步的空間。
GIS教學光碟是No.1教學利器，GIS教學網站則是最主要參考資料來源
高中教師們在備課時最常採用的教學資源是教科書商提供的教學光碟(88%)，光碟片內容可說是十分迎合老師們的實際教學需要，包含了上課用的投影片、教學動畫以及模擬飛行的空照影片，因此老師們即使在學校沒有GIS軟體的情況下，也可直接利用光碟來進行GIS教學。第二個教師最常使用的教學資源則是國內的GIS教學網站(72%)，最常被造訪的網站依序為「高中地理學科中心」(58%)、「GIS高中職地理加油站」(56%)、以及「中研院的地理資訊科學研究專題中心」(11%)。這三個網站的內容取向有所不同，地理學科中心的主要課程資源是許多由GIS軟體繪製而成的主題地圖，教師們只需下載即可作為教學素材，不太需要進行後製的動作；至於GIS高中職地理加油站則是以教案為主，該網站所提供的資源是假設教師們已經有一定的GIS操作能力，許多教案需要由教師們帶領學生操作GIS軟體來進行地理議題的探索或思考；至於中研院地理資訊科學研究專題中心所提供的資源雖然豐富，但是多半以軟體與圖資為主，要使用該網站的資源，勢必需要更高的GIS操作技能，也因此其被利用的比例遠低於另外兩個網站。除了上述兩項資源外，參加GIS研習活動所獲得的教學資源也是教師們備課的重要參考資料(70%)。
整體地理課程過於緊湊是GIS教學的最大障礙
教師實施高一GIS單元教學所用時數以「2至4小時」佔最多(61%)，其次為「2小時以內」(21%)，有14%則使用「4至6小時」。以現行課綱所建議的5小時看來，則大部分教師的GIS教學時數不足，這也合理推論高一地理因趕課的需要，以致挪用部分GIS單元的時間來因應。另以李克特5等量表(1非常不同意，5非常同意)來調查老師們在實施GIS教學所遭遇的困難，排名前三名依序為「整體課程安排太過緊湊」(4.41)、「GIS軟體售價過於昂貴」(4.16)、以及「缺乏可作為教材的圖資」(3.82)。由此可得知雖然有許多免費GIS軟體，如WebGIS、ArcExplorer或QGIS可供教師使用，但高中教師們仍希望學校能採購專業的GIS軟體如ArcGIS，這不但有助 於地理教學，尤其是示範操作一些較WebGIS專業的空間分析功能，也有利教師指導學生進行GIS專案研究或參與競賽。
GIS種子教師相較於一般地理老師對於自己的GIS技能和指導學生學習GIS皆較有信心
在這次受試的362位教師中有27位為參加過教育部推廣計畫的GIS種子教師，受過密集的GIS專業培訓和充裕的學校教學資源補助，以卡方檢定（單尾檢定）種子教師與非種子自評的GIS專業素養，發現兩者在GIS素養的「認知層面」如「我能具體說出地理資訊系統的組成要素」、「我能具體說明網格資料與向量資料之特性」、「我能說出GIS可應用的領域」、「我能說出GIS可應用於高中地理課程中非地理資訊的哪些單元」等方面沒有顯著的差異，表示不管是不是種子教師，高中職地理教師的GIS認知素養都很高。但是在「技能層面」則產生了顯著的差異，種子教師們在「我能自編GIS課程的教案」、「我能教導學生操作GIS軟體」、「我有能力評鑑學生學習GIS的成效」、「我能指導學生以GIS進行專題研究」等這類技能問題上，種子教師的自評結果明顯高於非種子教師。在「態度層面」上也和「技能層面」有類似的結果，例如在「我認為GIS軟體容易操作」、「我對於自己的GIS能力很有信心」、「我對於GIS的學習感到有興趣」、「我對於教導學生學習GIS軟體操作的能力很有信心」、「我對於教導學生學習GIS的過程感到有興趣」等這類態度問題上，種子教師比非種子教師顯著地較樂觀。從這些結果看出教育部GIS推廣計畫在多年的努力下，確實提升了種子教師的GIS專業技能與態度，也間接讓這些種子學校的學生受惠。
結語：種子落在好土裏
透過地理課綱的修訂和教育部的政策推動，GIS教育已在我國高中職地理科中落地生根，成為地理教育的一大特色。除了中央的推動，各大學和研究機構也經常舉辦GIS研習活動，讓國內的高中職地理教師不乏GIS進修管道。此外，從90年後期開始，國土資訊系統和國家數位典藏計畫提供了網路上大量的地理圖資、企業界如ESRI的台灣代理廠商互動國際公司和台灣本土GIS軟體廠商崧旭資訊公司都推出優惠的學校採購方案與教學包、大學入學考試有關GIS和空間資訊的考題也吸引了老師、學生、家長們和一般大眾對GIS的關注，這些眾多的因素造就了我國高中階段GIS教育的顯著成效。未來GIS教育的努力方向在於拓展這樣的好工具到國中以及地理以外的其他學科，也需要讓種子教師們發揮種子的作用，帶動更多非種子的教師們一起提升GIS的技能和態度素養。
圖一、宜蘭高中地理教師對營隊學生講解如何使用水質計和GPS
圖二、宜蘭高中師生們共同展示GIS分析的製圖成果
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