地理信息可视化在教学中的应用——以人口迁移为例

李艳君

(吕梁学院离石师范分校， 山西 吕梁 033000)

可视化是地理学的传统,地理学的语言——地图就是一种可视化的产品[1]。地图作为地理教学的主要工具，一直以来是地理教师进行地理信息展现的主要途径。然而，在传统的地理教学中常以讲述性的内容为主，鲜有教师能利用可视化技术创作属于自己情景的地理信息[2-3]。一方面是由于在职教师的技能型知识储备较少；另一方面，软件学习需要时间的投入，有一定难度。本文尝试使用地图慧网站，以高中地理中的人口迁移知识点为案例，尝试使用自己制作的人口迁移在空间上的可视化，以期在地理教学中达到较好的教学效果。

一、地理信息可视化及常用技术

地理信息可视化是指通过科学计算，借助计算机的图像处理技术，将输入的大量非直观、抽象、不可见数据输出为图形图像形式，并进行交互处理的理论、方法和技术。由此可见，地理信息可视化包括内容、输入和输出三个方面的内容。其中，内容是指地理信息的空间表现形式，有地图、VR、多维可视化、多维动态可视化等；输入是指进行地理信息可视化需要的地理信息要进行格式化编辑，以符合计算机识别和计算；输出是指计算机经过前两项的处理分析，呈现地图、图像、统计图表等各种格式的数字产品[4]，可以反应地理信息的空间属性和特征。

地理信息可视化的软件和平台种类繁多，主要分为专业版和大众版。其中，专业版以ArcGIS最为知名，包括ArcGIS map、ArcGIS online、python可编程组件等产品组件，是目前地理信息系统编辑的常用专业软件，提供多种尺度粒度对象的编辑。优点是功能强大，显示效果出众，二次开发空间较大；缺点是面向专业人员，对技术和理论掌握的要求较高。大众版地理信息的可视化主要基于web显示的在线操作平台，面向对象是普通地理信息可视化的用户，因为操作较为简单，不需要进行系统的理论和操作的学习，仅通过平台提示按步骤完成操作即可实现对输入地理信息的可视化。

基于以上分析，大众版地理信息的可视化在教学实践中完全胜任。笔者在教学中多次使用地图慧可视化平台，取得了良好的教学效果。地图慧是一款面向大众的在线制图与地理信息服务平台，对用户使用非常友好，不需要用户部署安装和培训，适合高中地理教学中对地理信息可视化的需求。

二、可视化过程

使用在线可视化平台的过程较为便捷，一般分为：需求分析、准备数据、导入数据、显示设置、导出数据几步。具体注意事项如下：

需求分析：是所有可视化的前提条件之一，在进行可视化之前要找教学内容分析可视化的目标，本案例以人口迁移为内容，借助可视化技术呈现国际间、国内、省市间、区县间的人口迁移。

准备数据：地理信息可视化的关键就是数据，要按照需求分析对数据的内容和强度进行提前预设，要能够反映理论在空间上的表现。本案例需要准备的预设数据有：全球范围内不同国家和地区的人口迁移数量、国内人口迁移数量、省际间人口迁移数量、区县间人口迁移数量。

导入数据：导入数据需要按照每个平台对数据需求的格式要求、数量容量限制上传含有数据的文件。在地图慧中系统支持Excel和CSV文件(单个Excel最大2M)，默认识别第一个sheet文件且首列默认为地区列。

显示设置：按照提示对需要显示的地理信息进行增、删、改、查的操作，直至达到显示需求。

导出设置：按照需求，导出制作好的地图。本文需求展示的是动态人口迁移图，所以在导出时选择动态的图片。

三、可视化分析

图1到图4显示的是人口数据可视化后，在国际、国内、省际、区县间不同尺度内的迁移，需要说明的是，在最后的导出阶段可以导出为动图，显示效果更好。

图1 国际间人口迁移

人口数据可视化之后，可以明显地看到以下结论：(1)人口迁移在不同尺度内都存在；(2)在不同尺度内迁移的强度(数量不同)；(3)人口迁移的方向不同：规模较大的人口迁移往往是经济因素的驱动，以发达地区为人口迁移的终点，欠发达地区为人口迁移的起点；(4)不同尺度人口迁移的空间差异。

课堂中教师要依据提前预设的问题逐渐设问，引导学生根据动图中显示的地理信息进行分析，得到人口迁移的类型、影响人口迁移的主要因素，达到学生快速掌握本节知识的目标。

图2 国内人口迁移

四、可视化的优势

通过上文对地理信息可视化的课堂实践，可以很直观地看到可视化技术在地理课堂中的优势。高中地理中的很多知识点都具备空间特征，且地理学科与实践联系紧密，教材中的许多案例都可以在本地找到缩影。教师可以选择贴近当地生活实际且符合课程目标的主题搜集相关数据，对学生感兴趣的地理信息进行可视化。一方面可以消除学生提前预习之后对课本案例感知先入的影响，让学生在课堂中感觉“焕然一新”，原来地理知识就在我们身边，既活跃课堂又提高教学效率；另一方面，教师通过搜集相关数据制作可视化课件，也可以提高教师对课程知识点的理解，更加灵活掌握知识点。

图3 省市间人口迁移

图4 区县间人口迁移

五、可视化的原则

地理信息的可视化在地理信息的表达方面有很大的优势，但是在使用中还应该注意以下问题：(1)要结合课程设计的内在逻辑，能够与课程目标相一致，只有这样才不至于失去使用的核心目标：让课堂高效运转；(2)要适当结合当地案例，达到事半功倍的效果，在预设数据时尽量能够使用本地数据进行地理信息的空间展示，这样容易引起学生的共鸣，挖掘学生利用感性认识分析问题、解决问题的能力；(3)选择可视化技术时，应主要考虑操作难度和可视化的效果，有些技术虽然可视化效果好，但是操作难度过大，导致教师在制作课件时耗费大量时间，得不偿失，可视化效果差，达不到展示效果，反而会起到反作用；(4)要持续学习更新，地理信息可视化有很多手段，需要依据不同的课程目标使用不同的软件和平台，这样才能让课堂永远充满活力，学生对课堂充满期待；(5)要正视技术与课程的关系，技术的使用是为了更好地为课程服务，而不是为了使用而使用，要避免本末倒置。

总之，地理学教学经历了从早期在黑板上的手绘到现在普遍使用的多媒体技术，尤其是可视化技术的发展和教学条件的改善，让地理信息与课堂的融合变得更加紧密，避免了学生对课堂产生“审美疲劳”，是未来高效课堂的一种趋势。