ArcGIS在中學(xué)地理信息化教學(xué)中的比較優(yōu)勢及前景分析

王 馨 劉國濤

山東省濰坊市壽光市圣城中學(xué)(262700) 山東省濰坊市壽光市壽光中學(xué)(262700)

地理學(xué)是一門綜合性的學(xué)科,兼顧自然屬性與社會屬性,隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們逐漸認識到傳統(tǒng)教學(xué)手段在地理教學(xué)中捉襟見肘[1]。地理信息系統(tǒng)成為中學(xué)地理教學(xué)的重要工具與支撐。ArcGIS作為地理信息系統(tǒng)的代表性軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)采集、存儲、查詢、分析、顯示和輸出地理數(shù)據(jù)等功能。本文主要探討ArcGIS軟件在地理信息化教學(xué)中的現(xiàn)狀、功能、比較優(yōu)勢及應(yīng)用前景。

1 ArcGIS國內(nèi)教學(xué)應(yīng)用背景及現(xiàn)狀

地理信息系統(tǒng)作為地理學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容首先出現(xiàn)于地理教材中,如人教2009年版高中地理教材介紹地理信息系統(tǒng)在區(qū)域地理環(huán)境研究中的應(yīng)用,人教2019年版教材將地理信息系統(tǒng)放在防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用中。目前國內(nèi)已有多所中學(xué)與ArcGIS軟件的設(shè)計公司(ESRI)合作,確定開展地理信息系統(tǒng)教育。

2 ArcGIS適用于地理教學(xué)的主要功能

ArcGIS對于中學(xué)地理教學(xué)所具有的強大功能主要依賴于其強大的地圖操作和地圖處理功能[2]。ArcGIS空間可視化特征可以幫助學(xué)生形成空間概念,ArcGIS數(shù)據(jù)關(guān)系特征能夠提高學(xué)生的地理空間思維能力和辯證思維能力,且ArcGIS在人地關(guān)系、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境意識方面具有教育功能。

3 ArcGIS在教學(xué)應(yīng)用中的比較優(yōu)勢與局限性

3.1 比較優(yōu)勢

(1)電子地圖的動態(tài)性:ArcGIS以電子地圖的形式再現(xiàn)教材內(nèi)或教材外的地圖,更富動態(tài)變化性,而動態(tài)事物可以吸引學(xué)生的關(guān)注度,從而激發(fā)學(xué)生的興趣,調(diào)動學(xué)生的積極性,讓學(xué)生在娛樂中思考和學(xué)習(xí)。

(2)多要素圖層:ArcGIS是一款功能強大的地圖制作與分析軟件,可通過建立點、線、面等多種類型的圖層讓學(xué)生認識地理事物的形態(tài)。另外,豐富的地圖符號、文本類型、線性、填充顏色等表現(xiàn)類型使電子地圖更加詳盡、直觀、形象,便于學(xué)生接受。

(3)數(shù)據(jù)查詢分析功能:ArcGIS具有廣泛的分析環(huán)境,提供查詢工具、區(qū)域查詢工具、緩沖區(qū)查詢以及一些常用的邏輯與數(shù)學(xué)的分析查詢函數(shù),也可以關(guān)聯(lián)其他數(shù)據(jù)進行查詢分析[3]。例如:①可以查詢某一條河流、線路等;②對范圍的查詢,如查詢我國省級單位中人口數(shù)超過5 000萬的省市。圖1為SQL查詢窗口。

圖1 SQL查詢

(4)緩沖區(qū)教學(xué)應(yīng)用:緩沖區(qū)是指與某一個點有一定距離的空間范圍,利用緩沖區(qū)可以講授某一地理要素的屬性影響范圍。例如:污染源的有害范圍,集水區(qū)范圍,經(jīng)濟輻射區(qū)范圍、洪水淹沒范圍等。以洪水淹沒范圍為例,如果有某一區(qū)域的高程數(shù)據(jù),我們可以計算洪水淹沒區(qū)。圖2為以某點建立的圓形緩沖區(qū)。

圖2 以某點建立的圓形緩沖區(qū)

(5)專題地圖的輸出:利用ArcGIS我們可以輸出專題地圖,ArcGIS地圖輸出功能強大,分辨率高,并可以由制作者選擇多種像素,可以讓學(xué)生學(xué)會根據(jù)需要制作自己的地圖,在學(xué)中做,在做中學(xué),增強學(xué)生的動手操作能力。學(xué)生可以試著制作自己的專題地圖來分析解決問題。例如制作中國人口數(shù)量柱狀圖,某區(qū)域人均GDP的分布(見圖3)。此外,可以通過網(wǎng)絡(luò)上的免費數(shù)字高程數(shù)據(jù),制作某一區(qū)域的分層設(shè)色地形圖,并可以通過ArcGIS的三維功能進行立體轉(zhuǎn)化,增強直觀性。另外,也可利用ArcGIS數(shù)據(jù)與谷歌地球結(jié)合制作形象的三維立體等高線地形圖,如圖4所示。

圖3 山東省某年人均GDP在各地市的分布

圖4 三維等高線地形圖

(6)ArcGIS的數(shù)據(jù)采集管理功能有利于教育教學(xué)資源的共享。ArcGIS的數(shù)據(jù)輸入、存儲、編輯和查詢功能能夠有效實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的管理和維護[4]。教師可以對傳統(tǒng)的紙質(zhì)媒介進行掃描,然后通過ArcGIS進行數(shù)字化,能夠得到在ArcGIS平臺上可操作的矢量化電子數(shù)據(jù),進而通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源共享。

(7)ArcGIS空間動態(tài)可視化操作有利于學(xué)生建構(gòu)地理動態(tài)思維與空間概念。地理是研究時間與空間的綜合體。時間上如某一區(qū)域環(huán)境的變遷,空間上如人口的機械遷移等都具有動態(tài)變化性。ArcGIS空間動態(tài)可視化操作能夠促進學(xué)生形成動態(tài)化的地理思維,從地理動態(tài)思維入手分析地理成因。另外,ArcGIS的空間可視化功能能夠?qū)崿F(xiàn)在不同尺度下地理事物和地理現(xiàn)象的空間分布,掌握比例尺大小與地圖范圍的關(guān)系。

3.2 局限性

數(shù)據(jù)庫的建立需要耗費大量人力和時間。如果沒有原始矢量地圖，就要采取手動數(shù)字化的方式，而矢量數(shù)據(jù)要求較精確，所以在手繪過程中需要耗費人力和時間。對于一幅地圖，將其數(shù)字化并加以空間分析、專題制圖，再加上備課，這樣一節(jié)課需要3天左右，對于教師來說工作量較重。當(dāng)然若是財力允許，也可直接購買專題地圖數(shù)據(jù)庫。

ArcGIS集成了眾多高級模塊。底圖制作、分析、數(shù)據(jù)的存儲,數(shù)據(jù)的高級應(yīng)用與空間分析分別由不同模塊承擔(dān),如ArcMap是主要界面,負責(zé)制圖與分析,而數(shù)據(jù)庫的建立、管理就需要ArcCatalog這一模塊。所以,教師要想掌握這一軟件的應(yīng)用,需要經(jīng)過一段時間的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)。

4 前景分析

ArcGIS在教育教學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊。ArcGIS的應(yīng)用可以促進地理教學(xué)的發(fā)展,為中學(xué)地理教學(xué)提供現(xiàn)代化的教學(xué)手段。ArcGIS增加了地理教學(xué)的信息量,使教學(xué)不再局限于書本知識,更為重要的是增強了地理教學(xué)的直觀性、生動性和靈活性。

ArcGIS作為一款強大的地理信息系統(tǒng)軟件,基于其復(fù)雜性,如果要將其應(yīng)用于一線教學(xué),必須有專門團隊進行數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。

在信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天,“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)蔓延到社會生活的各大領(lǐng)域,教育領(lǐng)域更要抓住此次機遇,上下合力,全員教師共同參與,挖掘出ArcGIS在地理教學(xué)實踐中的價值,從而更好地為教育教學(xué)服務(wù)。