ArcMap制圖在高中地理教學中的應用

毛坤

地圖作為一種特殊符號，具有同文字一樣傳遞信息的功能，直觀、形象、生動，更容易被學生接受。地圖是地理知識的重要載體，在地圖中，地理知識的表達更加全面與具體，地理教學離不開地圖，地圖對于地理教學有特殊的推動作用，在彰顯地理學科特點、培養(yǎng)學生空間想象力以及活躍課堂氛圍等方面起到極大作用［1］。著名的地圖與信息系統(tǒng)專家陳述彭院士認為：“定性描述是地理學的第一代語言，地圖是地理學的第二代語言，地理信息系統(tǒng)是地理學的第三代語言?！保?］GIS具有采集、編輯、綜合處理地理數(shù)據(jù)與地圖的存儲、管理和創(chuàng)建功能，以及強大的空間分析、地理制圖等功能，ArcGis作為其應用軟件之一，是一個統(tǒng)一的地理信息平臺，其桌面軟件DeskStop中的ArcMap、ArCcatalog、ArcToolbox的3種應用環(huán)境協(xié)調(diào)工作來完成數(shù)據(jù)管理、投影轉換、數(shù)據(jù)轉換、地圖編緝、地圖打印、拓撲處理、空間分析和三維建模等GIS系列任務［3］。ArcGis軟件在高中地理教學中的主要作用是制作教學所需的地圖，具體、形象演示地理知識，加強學生對教材理論知識的理解，增強教學深度，拓展知識廣度。本文借助ArcMap制圖技術，制作寧夏自然、人文地理有關的地圖，用于高中地理教學，既加強學生對故鄉(xiāng)的熟悉，又能理論聯(lián)系實際，將所學知識用于實踐，提升學生的區(qū)域認知水平及綜合分析能力，培養(yǎng)學生地理核心素養(yǎng)。

一、ArcMap的主要功能

1.地理數(shù)據(jù)的輸入與轉換

數(shù)據(jù)的輸入與轉換是將需要的原始數(shù)據(jù)或是經(jīng)過處理好的數(shù)據(jù)輸入到ArcMap中并轉換為其便于處理的內(nèi)部格式的過程。數(shù)據(jù)的輸入包括對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)這兩類數(shù)據(jù)的輸入，其中點、線、面這類帶有空間位置和幾何特性的要素為空間數(shù)據(jù)輸入，而文字、表格和其他非幾何數(shù)據(jù)的輸入為屬性數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)的轉換主要是通過ArcToolbox這一強大的工具集進行內(nèi)部矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之間的轉換。

2.地理數(shù)據(jù)的編輯

數(shù)據(jù)的編輯是對已有的數(shù)據(jù)進行修改更新以及建立它們之間的聯(lián)系的過程，主要包括拓撲關系的建立、數(shù)據(jù)的投影變換、扭曲拉伸、裁剪、拼接和提取、以及坐標校正等。其中可以借助拓撲關系來編輯要素和檢驗數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.地理數(shù)據(jù)的查詢

數(shù)據(jù)的查詢包括兩個方面功能：通過空間位置查屬性和通過屬性查空間位置，即“某個特定位置有什么”和“某個特定要素在哪里”。

4.地理數(shù)據(jù)的分析

空間數(shù)據(jù)的分析是其核心功能，它能夠通過對基礎數(shù)據(jù)的分析并疊加其影響來量化解決現(xiàn)實生活中與空間相關的實際問題，應用范圍很廣闊，其中包括柵格、矢量數(shù)據(jù)分析、三維分析。柵格數(shù)據(jù)分析包括生成高程柵格、坡度柵格、距離柵格、密度柵格、重分類、柵格計算等具體功能。矢量數(shù)據(jù)分析包括基于空間位置的查詢、緩沖區(qū)分析、疊加分析、提取分析、鄰域分析、空間統(tǒng)計等。三維分析包括創(chuàng)建柵格表面，對于表面積與體積、坡度、坡向、可視性分析、表面長度等一系列表面分析。

5.地理數(shù)據(jù)的表達與輸出

地理數(shù)據(jù)表達與輸出是指對地理數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、分析所得成果的可視化表達，ArcMap具有強大的地圖輸出功能，不僅可以輸出全要素地圖，也可根據(jù)自身需求輸出各種專題圖、統(tǒng)計圖等。

二、ArcMap制圖在高中地理教學中的應用意義

1.有助于學生直觀理解地理現(xiàn)象

在高中地理教學中，尤其是涉及區(qū)域教學內(nèi)容時，教師可以指導學生收集某區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)，利用ArcMap制圖技術，將原數(shù)據(jù)轉換成不同的地圖，實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)可視化，便于學生直觀理解地理現(xiàn)象。例如，獲取某區(qū)域地形、氣溫、降水、光照時數(shù)、土地利用方式變化、人口數(shù)量及密度、城市化率、人均GDP等數(shù)據(jù)，制作成所需地圖，實現(xiàn)不同區(qū)域地理信息空間可視化。

2.有助于提高學生區(qū)域認知水平

在高中地理教學中，絕大部分地圖都來源于教材，能夠滿足教學所需，但在進行部分區(qū)域教學中或者進行一些案例教學時，所需一些專題地圖就可以利用ArcMap進行制作。學生在教師指導下學會識圖、讀圖、用圖，學會描述某一區(qū)域氣溫、降水、光照等空間分布特征，學會分析某一區(qū)域地理環(huán)境特征，有效提升學生區(qū)域定位能力和認知水平。

3.有助于提升教師專業(yè)制圖能力

利用ArcMap制圖，在獲取、查找地理數(shù)據(jù)的過程中，提高了教師獲取地理信息數(shù)據(jù)的能力；在整理和處理數(shù)據(jù)的過程中，增長了見識與專業(yè)知識；在制圖過程中，加深了教師對于ArcMap軟件的熟悉，提高了制圖技術水平；在教學過程中，提高了教師業(yè)務水平與能力。

三、ArcMap制圖在高中地理教學中的應用實例——以寧夏為例

1.利用ArcMap制作寧夏專題地圖

在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載寧夏這一區(qū)域內(nèi)DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，在GLOBELAND 30中分別下載寧夏2000、2010、2020年土地利用數(shù)據(jù)，分別添加至ArcMap中，在ArcToolbox中經(jīng)過數(shù)據(jù)管理工具中的柵格處理、投影與轉換，Spatial Analyst工具中的表面分析，屬性中的符號系統(tǒng)，布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等一系列操作后依次得出寧夏地形圖、坡度圖、坡向圖、山體陰影圖以及寧夏2000、2010、2020年土地利用方式示意圖（圖1～圖5）。

在ArcMap中導入河流、交通等原始數(shù)據(jù)，利用裁剪工具依次裁剪出寧夏境內(nèi)河流、交通分布圖，利用屬性中的符號系統(tǒng)進行分級色彩設置，河流、交通都有不同級別，故顏色搭配也不一樣，地圖色彩要保證不同符號可以有效區(qū)分不同數(shù)據(jù)內(nèi)容。在布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等后得出寧夏河流水系圖與交通圖（圖6、圖7）。

克里金插值也稱作空間局部插值法，或空間自協(xié)方差最佳插值法，它以變異函數(shù)理論和結構分析為基礎，在特定區(qū)域內(nèi)對區(qū)域化變量進行無偏最優(yōu)估計，被廣泛應用于土壤制圖領域，是一種非常重要的地統(tǒng)計學方法。利用克里金插值對降水量、氣溫、日照時數(shù)進行插值制圖，調(diào)用 “Geostatistical Analyst”模塊及應用“地統(tǒng)計向導”依次制作出寧夏降水分布圖、氣溫分布圖、日照時數(shù)分布圖（圖8～圖10）。

在寧夏統(tǒng)計年鑒中查找寧夏2020年各市縣人口密度、城市化率、人均GDP數(shù)據(jù)，連同寧夏各市縣經(jīng)緯度坐標制作成Excel表格，添加至ArcMap中，分別在屬性中的符號系統(tǒng)進行分級色彩設置，布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等后得出寧夏人口密度、城市化率、人均GDP分布圖（圖11～圖13）。

2. ArcMap制圖在高中地理教學中的應用路徑

【學情分析】學生在學習高中地理必修內(nèi)容后，已經(jīng)學會如何分析某一區(qū)域情況及特征。達到核心素養(yǎng)下綜合思維、區(qū)域認知水平一、水平二。學習區(qū)域地理后，進一步加深對降水方面知識的理解與掌握，達到綜合思維、區(qū)域認知水平三。進入高三復習，面對高考，需要進一步提高學生的綜合思維和區(qū)域認知水平，即水平四，使得學生能夠對現(xiàn)實中地理事象，如自然環(huán)境的變化、區(qū)域發(fā)展、資源環(huán)境與國家安全問題等，運用要素綜合、時空綜合、地方綜合的分析思路，對其進行系統(tǒng)性、地域性的解釋。要達到水平四，這就需要教師設置不同情境的地理題項、材料分析等培養(yǎng)學生的綜合能力。對寧夏這一區(qū)域進行整體性分析，有利于提升學生的區(qū)域認知和綜合思維水平。

【教學目標】通過對圖形的解讀，分析出寧夏自然、社會經(jīng)濟條件及特征，提高學生識圖、讀圖、用圖的能力；通過對區(qū)域整體性分析，培養(yǎng)學生區(qū)域認知、綜合思維水平，提高綜合分析的能力；通過對本地熟悉地理事象的選取，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的鄉(xiāng)土情感；通過學習，培養(yǎng)學生注意身邊地理現(xiàn)象的意識，懂得理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生的地理情懷，提升學生的地理學科核心素養(yǎng)。

【教學過程】如表1所示。

【教學評價與反思】該教學案例設計主旨是以鄉(xiāng)土地理為主題，以寧夏這一區(qū)域為例進行教學，從地理位置、自然條件和社會經(jīng)濟條件等方面進行教學和學習，所用方法是對圖的分析，在學習了區(qū)域部分知識后，學生對如何分析某一區(qū)域特征的思路和方法已經(jīng)有所了解與掌握。通過課堂中學生對降水、氣溫、日照、河流、人口、城市、交通等分布圖的分析情況來看，學生基本會判讀和歸納分布特征，達到了教學目的。由于學生基礎差，對所學知識未形成系統(tǒng)性理解與掌握，當延伸一些產(chǎn)生或導致這些特征的原因和影響相關的問題時，就難以回答。所以大部分地圖都是逐圖分析，并解讀和延伸知識點，這樣一來，教師在設計與實施中都是主體，學生除了回答相關特征之外，更多的是聆聽、思考、做筆記，沒有發(fā)揮學生在課堂中的主體作用，這一點需要改進和重新設計實施，但是考慮到學情以及學生初步接觸到理論性強的知識，需以這種方式，引發(fā)學生認識和思考后，再實施以學生為主體的內(nèi)容。同時，關于寧夏區(qū)域特征分析，必須以專題形式探究，才能達到較好的效果。

四、結語

綜上，利用ArcMap制圖用于高中地理教學，可以直觀生動地展示地理現(xiàn)象，激發(fā)學生學習興趣，有利于培養(yǎng)學生識圖、讀圖、用圖的能力，有利于提升教師制圖能力與水平。當前，由于利用ArcMap制圖要求高，需要大量精確矢量數(shù)據(jù)，但這些矢量數(shù)據(jù)需要花大量的錢來購買，所以利用ArcMap制圖的難度也大，加之制圖的耗時長，利用率低，使得利用ArcMap這一專業(yè)制圖軟件制圖的教師很少，造成ArcMap制圖在高中地理教學中的應用率低。相信隨著GIS的不斷完善與發(fā)展，這些問題都會得到解決，利用ArcMap制圖一定會受到廣大地理教師的喜歡。

參考文獻：

［1］ 時峰.地圖在地理教學中的應用［J］.中學地理教學參考（下半月），2015（5）：22-23.

［2］ 李佩武，周江，荊平.GIS技術及其在地理教學中的應用分析［J］.天津教育，2005（6）：52-53.

［3］ 楊花亭.淺談ArcMap地圖制圖技術與方法［J］.才智，2011（14）：326-328.