地理空間大數(shù)據(jù)的獲取與表達在地理教學中的應用

楊雨欣 徐非兒 李發(fā)源

摘 要：近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，以人口熱力數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)、POI（Point of Interest）數(shù)據(jù)等為代表的地理空間大數(shù)據(jù)得以不斷豐富和完善。如何采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并在教學中運用數(shù)據(jù)成為新時代對專業(yè)教師提出的新要求。本文選取“服務業(yè)區(qū)位因素”一課，以南京市菜鳥驛站的POI數(shù)據(jù)為基礎，具體說明如何收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并用ArcGIS軟件將數(shù)據(jù)可視化，為教師在地理教學中充分利用數(shù)據(jù)豐富地理課程資源提供參考。

關鍵詞：POI數(shù)據(jù)；可視化表達；服務業(yè)區(qū)位因素

中圖分類號：G633.55? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-5207（2024）06-0018-05

《普通教育高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》實施建議中強調(diào)地理課程資源是實現(xiàn)高中地理課程目標的重要保障，應不斷加強數(shù)字化地理課程資源建設［1］。根據(jù)國際權威機構(gòu)Statista的統(tǒng)計，2020年全球數(shù)據(jù)產(chǎn)生量達到47ZB［2］。大數(shù)據(jù)資源存在于生活的方方面面，內(nèi)容豐富，表現(xiàn)形式多樣。在數(shù)字化時代背景下，大數(shù)據(jù)意味著巨量信息資源，為教育領域帶來了希望和挑戰(zhàn)，海量數(shù)據(jù)包含著豐富的地理課程資源，這就要求教師根據(jù)教學活動的需要進行有效篩選，利用現(xiàn)有大數(shù)據(jù)資源平臺充分挖掘大數(shù)據(jù)與高中地理課程相契合的資源，并將大數(shù)據(jù)資源開發(fā)成果應用于地理教學中。

對于教育教學而言，數(shù)據(jù)的采集不是目的，分析和利用數(shù)據(jù)指導教學，產(chǎn)生增值才是根本［3］?，F(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)超過80%與地理位置有關，地理空間大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋范圍廣、更新及時、精度更高等優(yōu)點，將數(shù)據(jù)所代表的地理表象通過ArcGIS、Google Earth等軟件進行可視化表達能夠彌補教材中案例陳舊、地圖數(shù)據(jù)滯后且顯示效果不夠直觀等問題。隨著電子地圖與基于位置服務的快速發(fā)展，以POI數(shù)據(jù)為代表的地理空間數(shù)據(jù)逐漸應用到地理教學中。本文收集南京市菜鳥驛站的POI數(shù)據(jù)，并用ArcGIS軟件對其進行可視化處理，制作符合教學需要的地理圖像，以此來探究服務業(yè)區(qū)位因素。

一、POI數(shù)據(jù)的獲取及可視化表達

1.POI數(shù)據(jù)獲取

POI的全稱是“Point of Interest”，通常被稱為“興趣點”或“信息點”，是地理信息系統(tǒng)中常用的地理術語。POI數(shù)據(jù)是一種代表著地理實體且含有空間位置及屬性信息的點狀空間數(shù)據(jù)，包含各類商業(yè)設施、住宅、生活設施、公共文化設施、政府事業(yè)單位等工作場所，也可以是用戶停留點或移動軌跡點的集合。

POI數(shù)據(jù)有多種獲取方式，可以在中國科學院地理科學與資源研究所的數(shù)據(jù)服務平臺獲取，也可以借助ArcGIS的插件工具Simple GIS進行POI數(shù)據(jù)的下載，最常見的是利用“八爪魚”等專業(yè)爬蟲工具獲取或者通過各網(wǎng)站開放的API接口檢索，如果需要準確經(jīng)緯度坐標且數(shù)據(jù)量不大，也可以借助各在線地圖開放平臺（百度地圖、高德地圖等）的坐標拾取器拾取“興趣點”的經(jīng)緯度。當然，還有更為直接的方法便是借助微信公眾號搜索與獲取。

本文借助專業(yè)爬蟲工具，通過百度地圖開放的API接口，爬取南京市菜鳥驛站POI數(shù)據(jù)。2023年南京市菜鳥驛站POI數(shù)據(jù)共有1 427條，每條POI數(shù)據(jù)包括唯一ID、名稱、類型、地址、經(jīng)度、緯度等15個屬性（圖1）。

2.POI數(shù)據(jù)可視化表達

將爬取的數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、整理，刪除重復點、無效點和錯誤點后，保存在Excel工作簿中。接著，將POI數(shù)據(jù)導入ArcGIS軟件中進行可視化表達，點擊文件—添加數(shù)據(jù)—添加XY數(shù)據(jù)，在彈出的對話框中選擇.xlsx格式的菜鳥驛站信息表，“X字段”指定為經(jīng)度，“Y字段”指定為緯度，坐標系指定為“GCS_WGS_1984”，最后點擊“確定”，采集的菜鳥驛站數(shù)據(jù)就以點數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)在圖層中（圖2）。

在POI數(shù)據(jù)獲取和可視化表達的基礎上，可以運用ArcGIS軟件中的核密度分析功能優(yōu)化圖片，制作更為直觀的南京市菜鳥驛站核密度分布圖，也可以運用圖層渲染、圖層疊加等功能制作符合教學需要的各類專題圖，最后將其運用在教學中（圖3）。

二、教學設計

1.課標要求及教學目標

（1）課標要求

結(jié)合實例，說明工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)的區(qū)位因素。

（2）教學目標

①結(jié)合圖文資料，說出服務業(yè)的分類，并能夠歸納服務業(yè)的含義。②閱讀南京市菜鳥驛站分布圖，說出南京市菜鳥驛站分布的特點（區(qū)域認知）。③閱讀南京市菜鳥驛站與各因素的疊加圖，通過小組合作等方式，分析菜鳥驛站分布的影響因素及其原因（綜合思維、地理實踐力、區(qū)域認知）。④通過分析南京市菜鳥驛站分布的影響因素，認識服務業(yè)與地理環(huán)境的關系，形成因地制宜的觀念（人地協(xié)調(diào)觀）。

2.教學設計與實施

（1）課前考察

教師布置課前考察任務：①以地理小組為單位，觀察身邊菜鳥驛站的分布情況；②思考菜鳥驛站經(jīng)營模式的特點；③通過互聯(lián)網(wǎng)查閱資料、訪談等形式，搜集菜鳥驛站的相關信息。

設計意圖：學生親身參與地理實踐考察，帶著問題進入生活情境，獲取菜鳥驛站的相關信息，獲得對鄉(xiāng)土環(huán)境的直觀感知，提升鄉(xiāng)土情感，激發(fā)學習主動性和積極性，培養(yǎng)學生地理實踐力。

（2）課堂教學

①創(chuàng)設情境

【教師活動】播放菜鳥驛站的相關視頻，進行課堂導入，引導學生邊看視頻邊思考物流業(yè)是否屬于服務業(yè)。

【學生活動】自主思考物流業(yè)是屬于服務業(yè)，并說出服務業(yè)可以分為生活性服務業(yè)、生產(chǎn)性服務業(yè)和公共服務業(yè)，進一步總結(jié)出服務業(yè)的含義。

【設計意圖】通過播放視頻，引入情境——菜鳥驛站，不僅能夠激發(fā)學生學習興趣，還能夠引出接下來的教學內(nèi)容——服務業(yè)的含義及分類。

②發(fā)現(xiàn)問題

【教師活動】教師提供資料包（包括南京市政區(qū)圖、南京市菜鳥驛站分布圖、南京市菜鳥驛站核密度分布圖、南京市人口密度分布圖、南京市GDP分布圖、南京市道路分布圖、南京市土地利用類型圖、南京市城市用地類型圖、南京市地勢圖）。

【學生活動】閱讀資料包中的圖片，小組合作在南京市政區(qū)圖上畫出南京市菜鳥驛站可能的分布位置，并說出自己的依據(jù)。

【教師活動】展示多要素疊置分析圖（圖4），引出南京市菜鳥驛站實際分布圖（圖5）。

【學生活動】比較自己的猜測結(jié)果與南京市菜鳥驛站的實際分布存在的差異，并總結(jié)南京市菜鳥驛站的分布規(guī)律：主要分布在四大主城區(qū)，即鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)和建鄴區(qū)，此外，在浦口區(qū)東南部也分布較多。

【提出問題】南京市菜鳥驛站為什么會呈現(xiàn)這樣的分布規(guī)律？這與人口密度、GDP分布、道路分布及用地類型存在怎樣的關聯(lián)？

【設計意圖】通過比較學生猜測結(jié)果和現(xiàn)實中南京市菜鳥驛站的分布，引導學生發(fā)現(xiàn)南京市菜鳥驛站分布的影響因素。

③解決問題

【學生活動】將學生分為四個小組，分別為人口密度組、GDP組、交通組、用地類型組。結(jié)合所給圖片，小組合作探究南京市菜鳥驛站的分布與這四個要素間的關聯(lián)。

人口密度組：探究人口密度對菜鳥驛站分布的影響。

【學生活動】通過分析南京市人口密度與菜鳥驛站分布圖的關系，發(fā)現(xiàn)人口密度高的地區(qū)，菜鳥驛站分布也相對較多（圖6），如鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)和建鄴區(qū)。

[ 圖6 南京市人口密度和菜鳥驛站分布 ]

【師生共同總結(jié)】人口密度是區(qū)域人口規(guī)模的重要指標，菜鳥驛站的布局一定程度上依賴于人口的富集?！叭丝凇奔仁恰皠趧诱摺?，也是“消費者”，“消費者”越多網(wǎng)上購物越多，對于快遞點的需求也就越大。因此，菜鳥驛站具有較強的人口依賴性。由此可見，人口密度與菜鳥驛站的分布具有一致性，人口分布也是影響南京市菜鳥驛站分布的重要因素。

GDP組：探究GDP分布對菜鳥驛站分布的影響。

【學生活動】通過分析南京市菜鳥驛站與GDP分布的關系，發(fā)現(xiàn)菜鳥驛站的分布與區(qū)域的經(jīng)濟狀況基本呈正相關（圖7），即該區(qū)域的GDP越高，分布的站點數(shù)越多。如鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)和建鄴區(qū)的GDP較高，菜鳥驛站也分布較多。

【師生共同總結(jié)】用GDP代表各地經(jīng)濟發(fā)展水平，經(jīng)濟發(fā)展水平高的區(qū)域，平均消費水平高，人們的網(wǎng)絡購物多，所產(chǎn)生的物流包裹也更多，菜鳥驛站也自然而然向此地聚集。由此可見，經(jīng)濟發(fā)展水平是影響南京市菜鳥驛站分布的重要因素。

交通組：探究道路分布對菜鳥驛站分布的影響。

【學生活動】通過分析南京市菜鳥驛站與道路分布的關系，發(fā)現(xiàn)菜鳥驛站越多的區(qū)域道路網(wǎng)越密集（圖8）。如鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)和建鄴區(qū)的道路網(wǎng)密集，人流量大，菜鳥驛站也分布較多。

【師生共同總結(jié)】路網(wǎng)通達性水平對區(qū)域物流的發(fā)展至關重要。道路連接性好、交通便捷程度高可以縮減快遞運輸?shù)穆烦膛c花費的時間，大大提高快遞運輸效率。由此可見，交通是影響南京市菜鳥驛站分布的重要因素。

用地類型組：探究土地利用類型和城市用地類型對菜鳥驛站分布的影響。

【學生活動】學生通過分析南京市菜鳥驛站與土地利用類型分布的關系，發(fā)現(xiàn)菜鳥驛站多分布在建設用地區(qū)域，在耕地、林地等地分布較少（圖9），推測是由于建設用地人口分布較多。學生進一步結(jié)合南京市城市用地類型圖（圖10），發(fā)現(xiàn)菜鳥驛站向城市的居住用地聚集，進一步驗證菜鳥驛站主要分布在居民集中的地方。

【師生共同總結(jié)】建設用地包括住宅用地、商服用地、工業(yè)用地等。在經(jīng)濟、交通及人口等方面，建設用地面積都明顯高于其他用地類型，建設用地的人口網(wǎng)絡購物需求也高于其他用地類型，能進一步促進快遞物流的發(fā)展，從而吸引了菜鳥驛站的分布。菜鳥驛站向城市的居住用地聚集，主要是由于居民區(qū)人口密度大，商貿(mào)經(jīng)濟活動繁榮，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平高，居民可支配收入高，對網(wǎng)購的需求大，由此產(chǎn)生的快遞量大，促進快遞行業(yè)的發(fā)展，進而吸引菜鳥驛站的布局。由此可見，土地利用類型是影響南京市菜鳥驛站分布的重要因素。

【過渡】結(jié)合課前考察結(jié)果，思考：除了人口密度、GDP、道路及用地類型這四個影響因素外，南京市菜鳥驛站的分布還受哪些因素的影響？

【教師活動】展示菜鳥驛站和某軟件公司的招聘信息，引導學生進行對比。

【學生活動】自主思考總結(jié)出：菜鳥驛站員工薪資較低、學歷要求較低、工作任務以體力勞動為主?？偟膩碚f，菜鳥驛站對勞動力的數(shù)量有一定要求而對其素質(zhì)要求較低，進一步歸納勞動力也是影響菜鳥驛站分布的重要因素之一。

【教師活動】展示學生課前收集到的新聞資料“浙江省郵政管理局向浙江驛智網(wǎng)絡科技有限公司（菜鳥驛站）頒發(fā)了全國首張開辦服務站經(jīng)營快遞業(yè)務許可證”。

【學生活動】總結(jié)歸納政策也是重要的影響因素。

④總結(jié)與評價

課堂總結(jié)：師生共同總結(jié)本節(jié)課通過為菜鳥驛站選址，發(fā)現(xiàn)影響菜鳥驛站分布的因素包括：人口、經(jīng)濟、交通、用地類型等，在區(qū)位選擇時要遵循因地制宜的原則。進一步總結(jié)服務業(yè)區(qū)位的選擇往往不是由單一因素決定，而是受多種因素共同影響，地理要素之間往往是相互影響、相互聯(lián)系、相互制約的關系。

教學評價：有效的學習離不開適度、全面的評價。傳統(tǒng)紙筆測驗過于強調(diào)知識的記憶，忽視學生解決問題的能力以及核心素養(yǎng)的評估，表現(xiàn)性評價可彌補該缺點。新課改要求掙脫傳統(tǒng)評價的枷鎖，將表現(xiàn)性評價融入地理教學中，側(cè)重于評價學生在解決問題時的表現(xiàn)［4］。

（3）課后探究

以地理小組為單位，在生活性服務業(yè)或者公共服務業(yè)中選擇一個案例，通過查閱資料、實地考察等方法，分析其分布的影響因素。

設計意圖：一方面能夠鞏固所學知識、檢查學習效果。另一方面，學生在實踐探究的過程中能夠提升鄉(xiāng)土情感，培養(yǎng)地理實踐力。此外，能夠進一步樹立因地制宜的觀念。

三、結(jié)語

開放性的大數(shù)據(jù)平臺為地理教學提供了豐富多樣、與時俱進的資源，并將地理空間大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合教學需要的各類圖像，如三維地圖、專題圖以及等高線圖等，能夠更直觀地呈現(xiàn)地理事物分布特征和地理要素間的相互關系［5］。

在數(shù)字化時代為了有效、優(yōu)質(zhì)地利用大數(shù)據(jù)，教師需要優(yōu)選大數(shù)據(jù)，并將大數(shù)據(jù)可視化應用于教學中，將抽象的知識具象化，一方面，提高學生的學習興趣，促進學生對于知識的理解，另一方面，豐富地理課程資源，促進大數(shù)據(jù)和教育的深度融合，有效提高大數(shù)據(jù)在地理教學中的應用價值，推動地理教學的發(fā)展和變革。大數(shù)據(jù)既是資源也是工具，教師只有將大數(shù)據(jù)與實際教學需要相結(jié)合，才能真正輔助課堂教學，提高課堂質(zhì)效。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］ 中共中央 國務院關于構(gòu)建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見［EB/OL］.（2020-04-09）［2024-04-02］.https：//www.gov.cn/zhengce/2020-04/09/content_5500622.htm.

［3］ 楊劍武.“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”引領教與學的變革［J］.中學地理教學參考，2016（23）：18-20.

［4］ 王盼，郜彗，趙娛冰，等.指向深度學習的高中地理表現(xiàn)性評價探究——以“構(gòu)造地貌的形成”為例［J］.地理教育，2024（1）：17-20.

［5］ 童燕.基于大數(shù)據(jù)可視化視角的地理教學探索［J］.地理教育，2022（3）：59-62.