基于GIS的地理教學(xué)輔助系統(tǒng)及其實(shí)例

華東師范大學(xué)地理學(xué)系（200062） 查志江 段玉山 王家偉

華東師范大學(xué)地理系與上海愷擎軟件開(kāi)發(fā)有限公司共同開(kāi)發(fā)了“地理信息系統(tǒng)（GIS）教學(xué)平臺(tái)”，該平臺(tái)包括：“基于GIS的地理教學(xué)輔助系統(tǒng)”、“GIS研究性學(xué)習(xí)系統(tǒng)”、“遙感空間信息教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”、“GPS實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”。 “地理信息系統(tǒng)（GIS）教學(xué)平臺(tái)”采用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的組件GIS底層平臺(tái)為技術(shù)內(nèi)核，不依賴(lài)昂貴的商業(yè)GIS軟件，有利于軟件的大規(guī)模推廣。本文主要介紹針對(duì)教師的“基于GIS的地理教學(xué)輔助系統(tǒng)”及其在實(shí)際地理教學(xué)中的應(yīng)用。

一、“基于GIS的地理教學(xué)輔助系統(tǒng)”主要功能

1．GIS基本功能

該軟件涵蓋GIS商業(yè)軟件大多數(shù)功能，可以滿(mǎn)足地理教師的上課操作。這些功能包括：GIS地圖基本操作（放大、縮小、漫游、地圖量算、比例尺控制等）、鷹眼視圖、圖層控制、圖形負(fù)載量控制、圖形數(shù)據(jù)的查詢(xún)、專(zhuān)題圖制作、空間分析（空間關(guān)系查詢(xún)、緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析等）。

2．教學(xué)輔助功能

“基于GIS的地理教學(xué)輔助系統(tǒng)”定位是輔助中學(xué)教師地理教學(xué)，教學(xué)數(shù)據(jù)豐富、教學(xué)案例簡(jiǎn)單易懂是軟件最大的特點(diǎn)。

軟件附帶大量的地理底圖、地形圖和專(zhuān)題圖，滿(mǎn)足地理教師在進(jìn)行地圖知識(shí)、中國(guó)地理、世界地理和高中地理課件整合時(shí)的地圖需求。教師可以借助專(zhuān)題地圖豐富多樣的表現(xiàn)形式以及簡(jiǎn)便的GIS操作方式，實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析和結(jié)果的直觀(guān)顯示。該軟件還包括了一些高級(jí)的GIS空間查詢(xún)、空間分析功能，教師可利用其教授一些其他教學(xué)方法無(wú)法呈現(xiàn)的特定知識(shí)點(diǎn)，如通過(guò)緩沖區(qū)分析表達(dá)某一地理要素的屬性影響范圍，包括污染源的有害范圍、集水區(qū)范圍、經(jīng)濟(jì)輻射區(qū)域等。

軟件根據(jù)教學(xué)大綱提供大量的預(yù)先制作的教學(xué)案例。教師教學(xué)過(guò)程中通過(guò)案例向?qū)Э梢钥焖偌虞d對(duì)應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)以及完成空間分析和專(zhuān)題制圖等操作，有一定計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教師還可靈活地改變案例中默認(rèn)的專(zhuān)題地圖設(shè)置以及空間分析的參數(shù)設(shè)置，以此通過(guò)簡(jiǎn)便的GIS操作方式，利用專(zhuān)題地圖豐富多樣的表現(xiàn)形式和GIS強(qiáng)大的空間分析能力，輔助教師的地理教學(xué)。

二、“地理信息系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺(tái)”主要界面

軟件主界面分為標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、工作空間、圖例、狀態(tài)欄和地圖顯示面板（圖1）。其中工作空間為軟件不同于其他商業(yè)軟件的最大特點(diǎn)。GIS工作空間主要包括三部分：數(shù)據(jù)、專(zhuān)題地圖、案例。

圖1 “地理信息系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺(tái)”主界面

1．?dāng)?shù)據(jù)

數(shù)據(jù)頁(yè)顯示可以加載的圖層或者表格數(shù)據(jù)項(xiàng)，雙擊數(shù)據(jù)項(xiàng)或者拖拽圖層數(shù)據(jù)項(xiàng)到地圖顯示面板均可以加載顯示此數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)項(xiàng)包含以下五種數(shù)據(jù)類(lèi)型：點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)、線(xiàn)圖層數(shù)據(jù)、面圖層數(shù)據(jù)、柵格圖層數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)。

2．專(zhuān)題地圖

專(zhuān)題地圖主要分為預(yù)置專(zhuān)題地圖和自定義專(zhuān)題地圖，預(yù)置專(zhuān)題地圖是系統(tǒng)自帶，用戶(hù)可以將當(dāng)前地圖面板中顯示的內(nèi)容保存到自定義專(zhuān)題地圖里面。在此說(shuō)明一下，保存在自定義專(zhuān)題圖里的地圖，每一個(gè)地圖是以該地圖最后一次保存的為準(zhǔn)，與其它地圖沒(méi)有影響。在工具欄點(diǎn)擊可以新建一個(gè)地圖。

3．案例

案例頁(yè)存儲(chǔ)所有可以加載的教學(xué)案例，下文將詳細(xì)闡述具體案例。

三、“地理信息系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺(tái)”GIS工作空間案例詳細(xì)介紹

GIS工作空間面板第三頁(yè)為案例面板（圖2），案例面板上方窗口1可以根據(jù)自己需要顯示GIS操作說(shuō)明或問(wèn)題思考與教學(xué)提示等。窗口1下方有三個(gè)按鈕，單擊可以在窗口1中顯示GIS操作說(shuō)明，單擊顯示問(wèn)題思考，單擊打開(kāi)當(dāng)前案例的詳細(xì)操作說(shuō)明文檔。右下方窗口2顯示當(dāng)前添加圖層，窗口2右方按鈕為案例每個(gè)步驟所需進(jìn)行的GIS操作，如表示加載數(shù)據(jù)，表示設(shè)置當(dāng)前專(zhuān)題地圖，表示設(shè)置圖層標(biāo)注，表示進(jìn)行條件查詢(xún)等。這些GIS操作都有系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，方便對(duì)平臺(tái)不熟悉的教師操作。窗口2下方顯示當(dāng)前所進(jìn)行GIS操作步驟數(shù)，單擊為關(guān)閉當(dāng)前案例，單擊表示下一步，單擊表示返回上一步。

圖2 案例面板界面

本文所選取的教學(xué)案例為“地震與板塊”，該案例設(shè)計(jì)參照地理課程標(biāo)準(zhǔn)必修地理1中的“自然環(huán)境中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和能量交換”，與地理教材相關(guān)內(nèi)容略有不同，可以互為補(bǔ)充，作為地理教師的教學(xué)參考。

【步驟1】

在案例面板中選擇“地震與板塊”這一案例。進(jìn)入案例，單擊窗口2右邊加載按鈕，加載全球板塊分布圖；單擊設(shè)置標(biāo)注按鈕，添加板塊名稱(chēng)。所得結(jié)果如圖3所示。

圖3 板塊分布圖

教學(xué)提示：加載板塊圖，我們可以發(fā)現(xiàn)加載的板塊圖與課本所學(xué)六大板塊并不完全相同，這是因?yàn)槭褂玫貓D數(shù)據(jù)中的板塊劃分更為詳細(xì)，每一個(gè)大的板塊都分為許多小的亞板塊。從這張板塊圖中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到板塊內(nèi)部不一定是穩(wěn)定的，板塊內(nèi)部同樣有地殼的相互運(yùn)動(dòng)，也可以發(fā)生地震與火山。板塊邊界主要有三種：生長(zhǎng)邊界，即兩個(gè)相互分離的板塊之間的邊界；消亡邊界，兩個(gè)相互擠壓的板塊之間的邊界；守恒性邊界，兩個(gè)相互剪切滑動(dòng)的板塊之間的邊界。地震最有可能發(fā)生在消亡邊界。通過(guò)步驟2，我們可以觀(guān)察地震分布與板塊之間的關(guān)系。

思考與提問(wèn)：是不是六大板塊內(nèi)部就沒(méi)有地殼運(yùn)動(dòng)了呢？我國(guó)東部沿海位于哪個(gè)板塊？

【步驟2】

圖4 地震板塊分布圖

教學(xué)提示：地圖中每個(gè)點(diǎn)代表一次地震，我們發(fā)現(xiàn)這五年當(dāng)中，地震發(fā)生的次數(shù)非常的頻繁。世界上有兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶、地中?！柴R拉雅地震帶，世界上約95%的地震分布在這兩大地震帶上。將地震分布圖與步驟1加載的板塊圖進(jìn)行疊加，可以看出地震與板塊分布的規(guī)律，地震大多數(shù)分布在板塊邊界處尤其是消亡邊界，世界兩大地震帶均分布在板塊消亡邊界附近。

一般說(shuō)來(lái)，3級(jí)以下地震人感覺(jué)不到，稱(chēng)為微震；5級(jí)以上的地震會(huì)造成不同程度的破壞，稱(chēng)為破壞性地震，絕大部分地震人類(lèi)感覺(jué)不到。

思考與提問(wèn)：地震每年發(fā)生次數(shù)這么多，我們?cè)趺炊疾恢?？地震分布有什么?guī)律？為什么？

【步驟3】

圖5 地震板塊世界行政區(qū)分布圖

圖6 我國(guó)地震分布與板塊圖

教學(xué)提示：加載世界行政圖，通過(guò)世界行政圖與板塊圖的疊加可以看到中國(guó)及世界一些主要國(guó)家與板塊的位置關(guān)系。我國(guó)東部沿海位于太平洋板塊與亞歐板塊交界處，西南邊界位于亞歐板塊與印度洋板塊的交界處。因此我國(guó)東部沿海與西南邊界都是地震多發(fā)地帶?？梢杂^(guān)察世界上其他一些地震多發(fā)國(guó)如日本、秘魯。

思考與提問(wèn)：我國(guó)位于哪些板塊的交界處？我國(guó)地震頻繁的原因？你還能找出其他地震頻發(fā)的國(guó)家嗎？

【步驟4】

圖7 震源深度小于70千米且震級(jí)大于7的地震

教學(xué)提示：地震的破壞程度也稱(chēng)為烈度，烈度與地震等級(jí)及震源深度密切相關(guān)，相同情況下，震級(jí)越大，震源深度越淺，地震破壞程度也越嚴(yán)重。此處學(xué)生容易混淆震級(jí)和烈度兩個(gè)概念，震級(jí)反映地震的大小，只跟地震釋放的能量多少有關(guān)，而烈度則表示地面受到的影響和破壞的程度。烈度不僅跟震級(jí)相關(guān)，同時(shí)還跟震源深度、距離震中的遠(yuǎn)近、地震波通過(guò)的介質(zhì)條件、房屋結(jié)構(gòu)、地震發(fā)生時(shí)間等多種因素相關(guān)。震源深度<70公里為淺源地震，相同情況下會(huì)造成更大的破壞。

思考與提問(wèn)：是否地震就一定會(huì)對(duì)人類(lèi)造成嚴(yán)重破壞？影響地震破壞程度的因素有哪些？（除了上述兩個(gè)因素還有建筑物抗震、地震時(shí)間等）用所學(xué)解釋唐山地震烈度大的原因（震級(jí)大、震源深度淺、夜晚、房屋多磚瓦結(jié)構(gòu)）。