利用地理信息技術開發(fā)教學資源

農(nóng)海燕+羅智德

圖形是中學地理重要的課程教學資源，是學生學習地理知識的重要載體。目前地理教學用圖存在著數(shù)據(jù)過舊、不夠靈活、互動性差等不足。文章基于近年來海水的溫度和鹽度數(shù)據(jù)，在Matlab平臺上搭建制圖軟件，開發(fā)地理教學資源。該軟件能滿足相應章節(jié)的教學用圖需要，增強與學生的互動性，輔助課堂教學、學生實驗和考試檢測。

地理教學 課程資源 地理信息技術 海水性質 Matlab

地理課程資源的開發(fā)與利用是地理課程計劃的重要組成部分。在現(xiàn)代教學中，教師需要充分考慮信息技術的影響，為學生自主學習意識和能力的發(fā)展創(chuàng)造適宜的環(huán)境[1]。因此，充分利用地理信息技術，開發(fā)適合課堂教學的課程資源具有其現(xiàn)實可行性和實際應用價值。地理教學資源應具有趣味性、互動性、適應性、探究性和時代性[2]。鑒于此，本文利用2001年至2012年全球海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab環(huán)境下開發(fā)適用于海水運動（人教版高中地理必修1第三章第二節(jié)，中圖版高中地理必修1第二章第二節(jié)）及海洋地理（高中地理選修2）章節(jié)的課堂教學演示、學生實驗探索和考試出題的教學輔助軟件。根據(jù)新課標的教學思想和對上述章節(jié)的具體要求，本教學輔助軟件對制圖內容進行了篩選，確定制作表層海水溫度/鹽度分布圖、沿某經(jīng)線/緯線的溫度/鹽度變化圖、表層海水溫度/鹽度時間變化圖和具體位置溫度/鹽度沿深度分布圖四類圖形，以輔助相應章節(jié)的課堂教學、學生實驗和考試測驗。

一、數(shù)據(jù)

本文采用的數(shù)據(jù)是日本海洋科技中心（JAMSTEC）制作的全球海洋網(wǎng)格化月均溫鹽數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOAAGPV。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于三種數(shù)據(jù)來源即Argo浮標、三角浮動觀測網(wǎng)絡（TRION）和傳導率溫度深度轉換數(shù)據(jù)（CTD），利用相同壓強面二維最優(yōu)插值方法制作而成，以NETCDF（后綴名為.nc）的格式存儲，并可通過網(wǎng)絡免費下載使用[3]。本文用到的數(shù)據(jù)是從2001年1月到2012年12月的月平均海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)，其覆蓋范圍是60.5°S～70.5°N，水平分辨率為1°×1°，垂直方向上從海洋表面到2000m深度分為25層。

二、軟件開發(fā)

Matlab由美國Mathworks公司研發(fā)，主要用于科學計算、可視化以及交互式程序設計，大部分海洋溫鹽數(shù)據(jù)有關的研究都利用該平臺進行數(shù)據(jù)處理和結果可視化[4][5]。本教學輔助軟件需要讀取NETCDF格式文件并計算全球范圍多個時間段的數(shù)據(jù)，計算量比較大，且涉及大量時空數(shù)據(jù)的可視化，Matlab在數(shù)據(jù)處理和可視化方面的功能可以滿足此需求，根據(jù)制圖種類分為四個部分。每個制圖部分都可根據(jù)教學和考試需要靈活設置制圖的內容、空間范圍、時間等參數(shù)。平面分布圖以大陸輪廓為底圖，用不同的顏色表示海水溫度或鹽度的高低，如圖1所示。沿緯線或經(jīng)線分布圖繪制指定的經(jīng)線或緯線在設定時間的溫度/鹽度分布，如圖2所示。時間變化圖展示選定區(qū)域在設定時間段內的平均溫度/鹽度變化情況，如圖3所示。沿深度分布圖繪制指定經(jīng)緯度位置上的海水溫度/鹽度性質隨著深度的變化規(guī)律，如圖4所示。

本文在Matlab平臺R2010b版本中完成軟件的搭建和代碼編寫，通過Matlab自帶的發(fā)布工具完成軟件發(fā)布。軟件為開源軟件，提供詳細的程序代碼和安裝包，可供中學地理教師在課堂教學和考試檢測中繪制需要的圖形。用戶亦可根據(jù)自己需要，修改相應的代碼段，以使用最新的觀測數(shù)據(jù)或對軟件功能進行調整。

三、教學應用

圖1～圖4展現(xiàn)了本教學輔助軟件得到的四類圖形的示例。圖1所示的海水溫鹽性質平面分布圖可幫助學生理解全球的溫度/鹽度分布，探索寒暖流經(jīng)過地區(qū)與周圍海水在溫鹽性質上的不同，觀察特殊氣候現(xiàn)象出現(xiàn)的時間段海水溫鹽性質異常等。目前教學上常使用“世界洋流分布圖”來體現(xiàn)海水運動規(guī)律，用箭頭直接表達世界各洋流的運動方向，用文字闡述洋流性質的差異。圖1的“全球海洋年平均表層溫度圖”表達方式更加直觀，更具有科學依據(jù)。圖2所示的海水溫鹽性質沿某緯線/經(jīng)線分布規(guī)律可幫助學生理解海水溫度/鹽度的空間分布特征。與“全球降雨的緯度分布曲線”等地圖結合做綜合分析，探究影響海水溫度和鹽度的因素，觀察洋流經(jīng)過區(qū)域的海水性質的變化。圖3所示的時間變化圖可輔助學生理解海水溫鹽性質的季節(jié)變化和年際變化，對全球氣候變暖等理論進行佐證。如圖4所示的海水性質隨著深度的變化引導學生探究隨深度變化海水性質的變化規(guī)律和影響因素。

圖1全球海洋2001～2012年平均表層溫度分布圖

圖2 2001～2012年間沿20°W平均表層海水鹽度

分布圖

本教學輔助軟件相對于已有教學資源的優(yōu)勢在于可以根據(jù)具體需要從數(shù)據(jù)直接成圖，便于學生進行互動探索，也給教師出題提供了材料。例如，學生如果對指定區(qū)域感興趣，則可直接繪制對應區(qū)域海水性質的平面分布圖、深度變化圖、時間變化圖等，為學生自主探索學習提供了很好的素材，與高中新課程改革的理念做到很好的契合。教師可根據(jù)課堂教學內容和近期的地理熱點出題，減少考題所用材料的重復率。

地理信息技術給地理課堂教學提供了豐富的數(shù)據(jù)來源和制圖開發(fā)工具。本文利用近十二年來的海洋溫度鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab平臺上搭建了教學輔助軟件。該軟件根據(jù)具體需要，由數(shù)據(jù)直接制作需要的圖形，輔助課堂教學、學生實驗和考試出題。該軟件的應用，豐富了相應章節(jié)的教學資源，使課堂教學更加具有時效性、探究性和互動感。

參考文獻

[1] 常學勤，季禾.地理課程資源及其開發(fā)和利用.教學與管理，2004（16）.

[2] 王瑤，地理課程資源開發(fā)利用的創(chuàng)新.現(xiàn)代教育科學，2010（3）.

[3] Hosoda，S.，Ohira，T.，Nakamura T.A monthly mean dataset of global oceanic temperature and salinity derived from Argo float observations.JAMSTEC Rep.Res.Dev.，2008（8）.

[4] OCarroll，A.G.，Eyre，J.R.，Saunders，R.W.Three-way error analysis between AATSR，AMSR-E，and In Situ sea surface temperature observations.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25（7）.

[5] Roemmich，D.，Gilson，J.The 2004-2008 mean and annual cycle of temperature，salinity，and steric height in the global ocean from the Argo Program.Progress in Oceanography，2009，（82）.

【見習編輯 鄭雪凌】endprint

圖形是中學地理重要的課程教學資源，是學生學習地理知識的重要載體。目前地理教學用圖存在著數(shù)據(jù)過舊、不夠靈活、互動性差等不足。文章基于近年來海水的溫度和鹽度數(shù)據(jù)，在Matlab平臺上搭建制圖軟件，開發(fā)地理教學資源。該軟件能滿足相應章節(jié)的教學用圖需要，增強與學生的互動性，輔助課堂教學、學生實驗和考試檢測。

地理教學 課程資源 地理信息技術 海水性質 Matlab

地理課程資源的開發(fā)與利用是地理課程計劃的重要組成部分。在現(xiàn)代教學中，教師需要充分考慮信息技術的影響，為學生自主學習意識和能力的發(fā)展創(chuàng)造適宜的環(huán)境[1]。因此，充分利用地理信息技術，開發(fā)適合課堂教學的課程資源具有其現(xiàn)實可行性和實際應用價值。地理教學資源應具有趣味性、互動性、適應性、探究性和時代性[2]。鑒于此，本文利用2001年至2012年全球海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab環(huán)境下開發(fā)適用于海水運動（人教版高中地理必修1第三章第二節(jié)，中圖版高中地理必修1第二章第二節(jié)）及海洋地理（高中地理選修2）章節(jié)的課堂教學演示、學生實驗探索和考試出題的教學輔助軟件。根據(jù)新課標的教學思想和對上述章節(jié)的具體要求，本教學輔助軟件對制圖內容進行了篩選，確定制作表層海水溫度/鹽度分布圖、沿某經(jīng)線/緯線的溫度/鹽度變化圖、表層海水溫度/鹽度時間變化圖和具體位置溫度/鹽度沿深度分布圖四類圖形，以輔助相應章節(jié)的課堂教學、學生實驗和考試測驗。

一、數(shù)據(jù)

本文采用的數(shù)據(jù)是日本海洋科技中心（JAMSTEC）制作的全球海洋網(wǎng)格化月均溫鹽數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOAAGPV。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于三種數(shù)據(jù)來源即Argo浮標、三角浮動觀測網(wǎng)絡（TRION）和傳導率溫度深度轉換數(shù)據(jù)（CTD），利用相同壓強面二維最優(yōu)插值方法制作而成，以NETCDF（后綴名為.nc）的格式存儲，并可通過網(wǎng)絡免費下載使用[3]。本文用到的數(shù)據(jù)是從2001年1月到2012年12月的月平均海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)，其覆蓋范圍是60.5°S～70.5°N，水平分辨率為1°×1°，垂直方向上從海洋表面到2000m深度分為25層。

二、軟件開發(fā)

Matlab由美國Mathworks公司研發(fā)，主要用于科學計算、可視化以及交互式程序設計，大部分海洋溫鹽數(shù)據(jù)有關的研究都利用該平臺進行數(shù)據(jù)處理和結果可視化[4][5]。本教學輔助軟件需要讀取NETCDF格式文件并計算全球范圍多個時間段的數(shù)據(jù)，計算量比較大，且涉及大量時空數(shù)據(jù)的可視化，Matlab在數(shù)據(jù)處理和可視化方面的功能可以滿足此需求，根據(jù)制圖種類分為四個部分。每個制圖部分都可根據(jù)教學和考試需要靈活設置制圖的內容、空間范圍、時間等參數(shù)。平面分布圖以大陸輪廓為底圖，用不同的顏色表示海水溫度或鹽度的高低，如圖1所示。沿緯線或經(jīng)線分布圖繪制指定的經(jīng)線或緯線在設定時間的溫度/鹽度分布，如圖2所示。時間變化圖展示選定區(qū)域在設定時間段內的平均溫度/鹽度變化情況，如圖3所示。沿深度分布圖繪制指定經(jīng)緯度位置上的海水溫度/鹽度性質隨著深度的變化規(guī)律，如圖4所示。

本文在Matlab平臺R2010b版本中完成軟件的搭建和代碼編寫，通過Matlab自帶的發(fā)布工具完成軟件發(fā)布。軟件為開源軟件，提供詳細的程序代碼和安裝包，可供中學地理教師在課堂教學和考試檢測中繪制需要的圖形。用戶亦可根據(jù)自己需要，修改相應的代碼段，以使用最新的觀測數(shù)據(jù)或對軟件功能進行調整。

三、教學應用

圖1～圖4展現(xiàn)了本教學輔助軟件得到的四類圖形的示例。圖1所示的海水溫鹽性質平面分布圖可幫助學生理解全球的溫度/鹽度分布，探索寒暖流經(jīng)過地區(qū)與周圍海水在溫鹽性質上的不同，觀察特殊氣候現(xiàn)象出現(xiàn)的時間段海水溫鹽性質異常等。目前教學上常使用“世界洋流分布圖”來體現(xiàn)海水運動規(guī)律，用箭頭直接表達世界各洋流的運動方向，用文字闡述洋流性質的差異。圖1的“全球海洋年平均表層溫度圖”表達方式更加直觀，更具有科學依據(jù)。圖2所示的海水溫鹽性質沿某緯線/經(jīng)線分布規(guī)律可幫助學生理解海水溫度/鹽度的空間分布特征。與“全球降雨的緯度分布曲線”等地圖結合做綜合分析，探究影響海水溫度和鹽度的因素，觀察洋流經(jīng)過區(qū)域的海水性質的變化。圖3所示的時間變化圖可輔助學生理解海水溫鹽性質的季節(jié)變化和年際變化，對全球氣候變暖等理論進行佐證。如圖4所示的海水性質隨著深度的變化引導學生探究隨深度變化海水性質的變化規(guī)律和影響因素。

圖1全球海洋2001～2012年平均表層溫度分布圖

圖2 2001～2012年間沿20°W平均表層海水鹽度

分布圖

本教學輔助軟件相對于已有教學資源的優(yōu)勢在于可以根據(jù)具體需要從數(shù)據(jù)直接成圖，便于學生進行互動探索，也給教師出題提供了材料。例如，學生如果對指定區(qū)域感興趣，則可直接繪制對應區(qū)域海水性質的平面分布圖、深度變化圖、時間變化圖等，為學生自主探索學習提供了很好的素材，與高中新課程改革的理念做到很好的契合。教師可根據(jù)課堂教學內容和近期的地理熱點出題，減少考題所用材料的重復率。

地理信息技術給地理課堂教學提供了豐富的數(shù)據(jù)來源和制圖開發(fā)工具。本文利用近十二年來的海洋溫度鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab平臺上搭建了教學輔助軟件。該軟件根據(jù)具體需要，由數(shù)據(jù)直接制作需要的圖形，輔助課堂教學、學生實驗和考試出題。該軟件的應用，豐富了相應章節(jié)的教學資源，使課堂教學更加具有時效性、探究性和互動感。

參考文獻

[1] 常學勤，季禾.地理課程資源及其開發(fā)和利用.教學與管理，2004（16）.

[2] 王瑤，地理課程資源開發(fā)利用的創(chuàng)新.現(xiàn)代教育科學，2010（3）.

[3] Hosoda，S.，Ohira，T.，Nakamura T.A monthly mean dataset of global oceanic temperature and salinity derived from Argo float observations.JAMSTEC Rep.Res.Dev.，2008（8）.

[4] OCarroll，A.G.，Eyre，J.R.，Saunders，R.W.Three-way error analysis between AATSR，AMSR-E，and In Situ sea surface temperature observations.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25（7）.

[5] Roemmich，D.，Gilson，J.The 2004-2008 mean and annual cycle of temperature，salinity，and steric height in the global ocean from the Argo Program.Progress in Oceanography，2009，（82）.

【見習編輯 鄭雪凌】endprint

圖形是中學地理重要的課程教學資源，是學生學習地理知識的重要載體。目前地理教學用圖存在著數(shù)據(jù)過舊、不夠靈活、互動性差等不足。文章基于近年來海水的溫度和鹽度數(shù)據(jù)，在Matlab平臺上搭建制圖軟件，開發(fā)地理教學資源。該軟件能滿足相應章節(jié)的教學用圖需要，增強與學生的互動性，輔助課堂教學、學生實驗和考試檢測。

地理教學 課程資源 地理信息技術 海水性質 Matlab

地理課程資源的開發(fā)與利用是地理課程計劃的重要組成部分。在現(xiàn)代教學中，教師需要充分考慮信息技術的影響，為學生自主學習意識和能力的發(fā)展創(chuàng)造適宜的環(huán)境[1]。因此，充分利用地理信息技術，開發(fā)適合課堂教學的課程資源具有其現(xiàn)實可行性和實際應用價值。地理教學資源應具有趣味性、互動性、適應性、探究性和時代性[2]。鑒于此，本文利用2001年至2012年全球海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab環(huán)境下開發(fā)適用于海水運動（人教版高中地理必修1第三章第二節(jié)，中圖版高中地理必修1第二章第二節(jié)）及海洋地理（高中地理選修2）章節(jié)的課堂教學演示、學生實驗探索和考試出題的教學輔助軟件。根據(jù)新課標的教學思想和對上述章節(jié)的具體要求，本教學輔助軟件對制圖內容進行了篩選，確定制作表層海水溫度/鹽度分布圖、沿某經(jīng)線/緯線的溫度/鹽度變化圖、表層海水溫度/鹽度時間變化圖和具體位置溫度/鹽度沿深度分布圖四類圖形，以輔助相應章節(jié)的課堂教學、學生實驗和考試測驗。

一、數(shù)據(jù)

本文采用的數(shù)據(jù)是日本海洋科技中心（JAMSTEC）制作的全球海洋網(wǎng)格化月均溫鹽數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOAAGPV。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于三種數(shù)據(jù)來源即Argo浮標、三角浮動觀測網(wǎng)絡（TRION）和傳導率溫度深度轉換數(shù)據(jù)（CTD），利用相同壓強面二維最優(yōu)插值方法制作而成，以NETCDF（后綴名為.nc）的格式存儲，并可通過網(wǎng)絡免費下載使用[3]。本文用到的數(shù)據(jù)是從2001年1月到2012年12月的月平均海水溫度和鹽度數(shù)據(jù)，其覆蓋范圍是60.5°S～70.5°N，水平分辨率為1°×1°，垂直方向上從海洋表面到2000m深度分為25層。

二、軟件開發(fā)

Matlab由美國Mathworks公司研發(fā)，主要用于科學計算、可視化以及交互式程序設計，大部分海洋溫鹽數(shù)據(jù)有關的研究都利用該平臺進行數(shù)據(jù)處理和結果可視化[4][5]。本教學輔助軟件需要讀取NETCDF格式文件并計算全球范圍多個時間段的數(shù)據(jù)，計算量比較大，且涉及大量時空數(shù)據(jù)的可視化，Matlab在數(shù)據(jù)處理和可視化方面的功能可以滿足此需求，根據(jù)制圖種類分為四個部分。每個制圖部分都可根據(jù)教學和考試需要靈活設置制圖的內容、空間范圍、時間等參數(shù)。平面分布圖以大陸輪廓為底圖，用不同的顏色表示海水溫度或鹽度的高低，如圖1所示。沿緯線或經(jīng)線分布圖繪制指定的經(jīng)線或緯線在設定時間的溫度/鹽度分布，如圖2所示。時間變化圖展示選定區(qū)域在設定時間段內的平均溫度/鹽度變化情況，如圖3所示。沿深度分布圖繪制指定經(jīng)緯度位置上的海水溫度/鹽度性質隨著深度的變化規(guī)律，如圖4所示。

本文在Matlab平臺R2010b版本中完成軟件的搭建和代碼編寫，通過Matlab自帶的發(fā)布工具完成軟件發(fā)布。軟件為開源軟件，提供詳細的程序代碼和安裝包，可供中學地理教師在課堂教學和考試檢測中繪制需要的圖形。用戶亦可根據(jù)自己需要，修改相應的代碼段，以使用最新的觀測數(shù)據(jù)或對軟件功能進行調整。

三、教學應用

圖1～圖4展現(xiàn)了本教學輔助軟件得到的四類圖形的示例。圖1所示的海水溫鹽性質平面分布圖可幫助學生理解全球的溫度/鹽度分布，探索寒暖流經(jīng)過地區(qū)與周圍海水在溫鹽性質上的不同，觀察特殊氣候現(xiàn)象出現(xiàn)的時間段海水溫鹽性質異常等。目前教學上常使用“世界洋流分布圖”來體現(xiàn)海水運動規(guī)律，用箭頭直接表達世界各洋流的運動方向，用文字闡述洋流性質的差異。圖1的“全球海洋年平均表層溫度圖”表達方式更加直觀，更具有科學依據(jù)。圖2所示的海水溫鹽性質沿某緯線/經(jīng)線分布規(guī)律可幫助學生理解海水溫度/鹽度的空間分布特征。與“全球降雨的緯度分布曲線”等地圖結合做綜合分析，探究影響海水溫度和鹽度的因素，觀察洋流經(jīng)過區(qū)域的海水性質的變化。圖3所示的時間變化圖可輔助學生理解海水溫鹽性質的季節(jié)變化和年際變化，對全球氣候變暖等理論進行佐證。如圖4所示的海水性質隨著深度的變化引導學生探究隨深度變化海水性質的變化規(guī)律和影響因素。

圖1全球海洋2001～2012年平均表層溫度分布圖

圖2 2001～2012年間沿20°W平均表層海水鹽度

分布圖

本教學輔助軟件相對于已有教學資源的優(yōu)勢在于可以根據(jù)具體需要從數(shù)據(jù)直接成圖，便于學生進行互動探索，也給教師出題提供了材料。例如，學生如果對指定區(qū)域感興趣，則可直接繪制對應區(qū)域海水性質的平面分布圖、深度變化圖、時間變化圖等，為學生自主探索學習提供了很好的素材，與高中新課程改革的理念做到很好的契合。教師可根據(jù)課堂教學內容和近期的地理熱點出題，減少考題所用材料的重復率。

地理信息技術給地理課堂教學提供了豐富的數(shù)據(jù)來源和制圖開發(fā)工具。本文利用近十二年來的海洋溫度鹽度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在Matlab平臺上搭建了教學輔助軟件。該軟件根據(jù)具體需要，由數(shù)據(jù)直接制作需要的圖形，輔助課堂教學、學生實驗和考試出題。該軟件的應用，豐富了相應章節(jié)的教學資源，使課堂教學更加具有時效性、探究性和互動感。

參考文獻

[1] 常學勤，季禾.地理課程資源及其開發(fā)和利用.教學與管理，2004（16）.

[2] 王瑤，地理課程資源開發(fā)利用的創(chuàng)新.現(xiàn)代教育科學，2010（3）.

[3] Hosoda，S.，Ohira，T.，Nakamura T.A monthly mean dataset of global oceanic temperature and salinity derived from Argo float observations.JAMSTEC Rep.Res.Dev.，2008（8）.

[4] OCarroll，A.G.，Eyre，J.R.，Saunders，R.W.Three-way error analysis between AATSR，AMSR-E，and In Situ sea surface temperature observations.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25（7）.

[5] Roemmich，D.，Gilson，J.The 2004-2008 mean and annual cycle of temperature，salinity，and steric height in the global ocean from the Argo Program.Progress in Oceanography，2009，（82）.

【見習編輯 鄭雪凌】endprint