ArcGIS在中学地理信息化教学中的比较优势及前景分析

王 馨 刘国涛

山东省潍坊市寿光市圣城中学(262700) 山东省潍坊市寿光市寿光中学(262700)

地理学是一门综合性的学科,兼顾自然属性与社会属性,随着信息技术的迅猛发展,人们逐渐认识到传统教学手段在地理教学中捉襟见肘[1]。地理信息系统成为中学地理教学的重要工具与支撑。ArcGIS作为地理信息系统的代表性软件,能够实现采集、存储、查询、分析、显示和输出地理数据等功能。本文主要探讨ArcGIS软件在地理信息化教学中的现状、功能、比较优势及应用前景。

1 ArcGIS国内教学应用背景及现状

地理信息系统作为地理学科的教学内容首先出现于地理教材中,如人教2009年版高中地理教材介绍地理信息系统在区域地理环境研究中的应用,人教2019年版教材将地理信息系统放在防灾减灾应用中。目前国内已有多所中学与ArcGIS软件的设计公司(ESRI)合作,确定开展地理信息系统教育。

2 ArcGIS适用于地理教学的主要功能

ArcGIS对于中学地理教学所具有的强大功能主要依赖于其强大的地图操作和地图处理功能[2]。ArcGIS空间可视化特征可以帮助学生形成空间概念,ArcGIS数据关系特征能够提高学生的地理空间思维能力和辩证思维能力,且ArcGIS在人地关系、可持续发展和环境意识方面具有教育功能。

3 ArcGIS在教学应用中的比较优势与局限性

3.1 比较优势

(1)电子地图的动态性:ArcGIS以电子地图的形式再现教材内或教材外的地图,更富动态变化性,而动态事物可以吸引学生的关注度,从而激发学生的兴趣,调动学生的积极性,让学生在娱乐中思考和学习。

(2)多要素图层:ArcGIS是一款功能强大的地图制作与分析软件,可通过建立点、线、面等多种类型的图层让学生认识地理事物的形态。另外,丰富的地图符号、文本类型、线性、填充颜色等表现类型使电子地图更加详尽、直观、形象,便于学生接受。

(3)数据查询分析功能:ArcGIS具有广泛的分析环境,提供查询工具、区域查询工具、缓冲区查询以及一些常用的逻辑与数学的分析查询函数,也可以关联其他数据进行查询分析[3]。例如:①可以查询某一条河流、线路等;②对范围的查询,如查询我国省级单位中人口数超过5 000万的省市。图1为SQL查询窗口。

图1 SQL查询

(4)缓冲区教学应用:缓冲区是指与某一个点有一定距离的空间范围,利用缓冲区可以讲授某一地理要素的属性影响范围。例如:污染源的有害范围,集水区范围,经济辐射区范围、洪水淹没范围等。以洪水淹没范围为例,如果有某一区域的高程数据,我们可以计算洪水淹没区。图2为以某点建立的圆形缓冲区。

图2 以某点建立的圆形缓冲区

(5)专题地图的输出:利用ArcGIS我们可以输出专题地图,ArcGIS地图输出功能强大,分辨率高,并可以由制作者选择多种像素,可以让学生学会根据需要制作自己的地图,在学中做,在做中学,增强学生的动手操作能力。学生可以试着制作自己的专题地图来分析解决问题。例如制作中国人口数量柱状图,某区域人均GDP的分布(见图3)。此外,可以通过网络上的免费数字高程数据,制作某一区域的分层设色地形图,并可以通过ArcGIS的三维功能进行立体转化,增强直观性。另外,也可利用ArcGIS数据与谷歌地球结合制作形象的三维立体等高线地形图,如图4所示。

图3 山东省某年人均GDP在各地市的分布

图4 三维等高线地形图

(6)ArcGIS的数据采集管理功能有利于教育教学资源的共享。ArcGIS的数据输入、存储、编辑和查询功能能够有效实现地理数据的管理和维护[4]。教师可以对传统的纸质媒介进行扫描,然后通过ArcGIS进行数字化,能够得到在ArcGIS平台上可操作的矢量化电子数据,进而通过互联网实现资源共享。

(7)ArcGIS空间动态可视化操作有利于学生建构地理动态思维与空间概念。地理是研究时间与空间的综合体。时间上如某一区域环境的变迁,空间上如人口的机械迁移等都具有动态变化性。ArcGIS空间动态可视化操作能够促进学生形成动态化的地理思维,从地理动态思维入手分析地理成因。另外,ArcGIS的空间可视化功能能够实现在不同尺度下地理事物和地理现象的空间分布,掌握比例尺大小与地图范围的关系。

3.2 局限性

数据库的建立需要耗费大量人力和时间。如果没有原始矢量地图，就要采取手动数字化的方式，而矢量数据要求较精确，所以在手绘过程中需要耗费人力和时间。对于一幅地图，将其数字化并加以空间分析、专题制图，再加上备课，这样一节课需要3天左右，对于教师来说工作量较重。当然若是财力允许，也可直接购买专题地图数据库。

ArcGIS集成了众多高级模块。底图制作、分析、数据的存储,数据的高级应用与空间分析分别由不同模块承担,如ArcMap是主要界面,负责制图与分析,而数据库的建立、管理就需要ArcCatalog这一模块。所以,教师要想掌握这一软件的应用,需要经过一段时间的培训与学习。

4 前景分析

ArcGIS在教育教学中的应用前景广阔。ArcGIS的应用可以促进地理教学的发展,为中学地理教学提供现代化的教学手段。ArcGIS增加了地理教学的信息量,使教学不再局限于书本知识,更为重要的是增强了地理教学的直观性、生动性和灵活性。

ArcGIS作为一款强大的地理信息系统软件,基于其复杂性,如果要将其应用于一线教学,必须有专门团队进行数据库的建设。

在信息技术迅速发展的今天,“互联网+”已经蔓延到社会生活的各大领域,教育领域更要抓住此次机遇,上下合力,全员教师共同参与,挖掘出ArcGIS在地理教学实践中的价值,从而更好地为教育教学服务。