基于GIS的地理教學輔助系統(tǒng)及其實例

華東師范大學地理學系（200062） 查志江 段玉山 王家偉

華東師范大學地理系與上海愷擎軟件開發(fā)有限公司共同開發(fā)了“地理信息系統(tǒng)（GIS）教學平臺”，該平臺包括：“基于GIS的地理教學輔助系統(tǒng)”、“GIS研究性學習系統(tǒng)”、“遙感空間信息教學實驗系統(tǒng)”、“GPS實驗教學系統(tǒng)”。 “地理信息系統(tǒng)（GIS）教學平臺”采用完全自主知識產(chǎn)權(quán)的組件GIS底層平臺為技術內(nèi)核，不依賴昂貴的商業(yè)GIS軟件，有利于軟件的大規(guī)模推廣。本文主要介紹針對教師的“基于GIS的地理教學輔助系統(tǒng)”及其在實際地理教學中的應用。

一、“基于GIS的地理教學輔助系統(tǒng)”主要功能

1．GIS基本功能

該軟件涵蓋GIS商業(yè)軟件大多數(shù)功能，可以滿足地理教師的上課操作。這些功能包括：GIS地圖基本操作（放大、縮小、漫游、地圖量算、比例尺控制等）、鷹眼視圖、圖層控制、圖形負載量控制、圖形數(shù)據(jù)的查詢、專題圖制作、空間分析（空間關系查詢、緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、網(wǎng)絡分析等）。

2．教學輔助功能

“基于GIS的地理教學輔助系統(tǒng)”定位是輔助中學教師地理教學，教學數(shù)據(jù)豐富、教學案例簡單易懂是軟件最大的特點。

軟件附帶大量的地理底圖、地形圖和專題圖，滿足地理教師在進行地圖知識、中國地理、世界地理和高中地理課件整合時的地圖需求。教師可以借助專題地圖豐富多樣的表現(xiàn)形式以及簡便的GIS操作方式，實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計分析和結(jié)果的直觀顯示。該軟件還包括了一些高級的GIS空間查詢、空間分析功能，教師可利用其教授一些其他教學方法無法呈現(xiàn)的特定知識點，如通過緩沖區(qū)分析表達某一地理要素的屬性影響范圍，包括污染源的有害范圍、集水區(qū)范圍、經(jīng)濟輻射區(qū)域等。

軟件根據(jù)教學大綱提供大量的預先制作的教學案例。教師教學過程中通過案例向?qū)Э梢钥焖偌虞d對應的地圖數(shù)據(jù)以及完成空間分析和專題制圖等操作，有一定計算機基礎的教師還可靈活地改變案例中默認的專題地圖設置以及空間分析的參數(shù)設置，以此通過簡便的GIS操作方式，利用專題地圖豐富多樣的表現(xiàn)形式和GIS強大的空間分析能力，輔助教師的地理教學。

二、“地理信息系統(tǒng)教學輔助平臺”主要界面

軟件主界面分為標題欄、菜單欄、工具欄、工作空間、圖例、狀態(tài)欄和地圖顯示面板（圖1）。其中工作空間為軟件不同于其他商業(yè)軟件的最大特點。GIS工作空間主要包括三部分：數(shù)據(jù)、專題地圖、案例。

圖1 “地理信息系統(tǒng)教學輔助平臺”主界面

1．數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)頁顯示可以加載的圖層或者表格數(shù)據(jù)項，雙擊數(shù)據(jù)項或者拖拽圖層數(shù)據(jù)項到地圖顯示面板均可以加載顯示此數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)項包含以下五種數(shù)據(jù)類型：點圖層數(shù)據(jù)、線圖層數(shù)據(jù)、面圖層數(shù)據(jù)、柵格圖層數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)。

2．專題地圖

專題地圖主要分為預置專題地圖和自定義專題地圖，預置專題地圖是系統(tǒng)自帶，用戶可以將當前地圖面板中顯示的內(nèi)容保存到自定義專題地圖里面。在此說明一下，保存在自定義專題圖里的地圖，每一個地圖是以該地圖最后一次保存的為準，與其它地圖沒有影響。在工具欄點擊可以新建一個地圖。

3．案例

案例頁存儲所有可以加載的教學案例，下文將詳細闡述具體案例。

三、“地理信息系統(tǒng)教學輔助平臺”GIS工作空間案例詳細介紹

GIS工作空間面板第三頁為案例面板（圖2），案例面板上方窗口1可以根據(jù)自己需要顯示GIS操作說明或問題思考與教學提示等。窗口1下方有三個按鈕，單擊可以在窗口1中顯示GIS操作說明，單擊顯示問題思考，單擊打開當前案例的詳細操作說明文檔。右下方窗口2顯示當前添加圖層，窗口2右方按鈕為案例每個步驟所需進行的GIS操作，如表示加載數(shù)據(jù)，表示設置當前專題地圖，表示設置圖層標注，表示進行條件查詢等。這些GIS操作都有系統(tǒng)默認參數(shù)設置，方便對平臺不熟悉的教師操作。窗口2下方顯示當前所進行GIS操作步驟數(shù)，單擊為關閉當前案例，單擊表示下一步，單擊表示返回上一步。

圖2 案例面板界面

本文所選取的教學案例為“地震與板塊”，該案例設計參照地理課程標準必修地理1中的“自然環(huán)境中的物質(zhì)運動和能量交換”，與地理教材相關內(nèi)容略有不同，可以互為補充，作為地理教師的教學參考。

【步驟1】

在案例面板中選擇“地震與板塊”這一案例。進入案例，單擊窗口2右邊加載按鈕，加載全球板塊分布圖；單擊設置標注按鈕，添加板塊名稱。所得結(jié)果如圖3所示。

圖3 板塊分布圖

教學提示：加載板塊圖，我們可以發(fā)現(xiàn)加載的板塊圖與課本所學六大板塊并不完全相同，這是因為使用地圖數(shù)據(jù)中的板塊劃分更為詳細，每一個大的板塊都分為許多小的亞板塊。從這張板塊圖中，教師可以引導學生認識到板塊內(nèi)部不一定是穩(wěn)定的，板塊內(nèi)部同樣有地殼的相互運動，也可以發(fā)生地震與火山。板塊邊界主要有三種：生長邊界，即兩個相互分離的板塊之間的邊界；消亡邊界，兩個相互擠壓的板塊之間的邊界；守恒性邊界，兩個相互剪切滑動的板塊之間的邊界。地震最有可能發(fā)生在消亡邊界。通過步驟2，我們可以觀察地震分布與板塊之間的關系。

思考與提問：是不是六大板塊內(nèi)部就沒有地殼運動了呢？我國東部沿海位于哪個板塊？

【步驟2】

圖4 地震板塊分布圖

教學提示：地圖中每個點代表一次地震，我們發(fā)現(xiàn)這五年當中，地震發(fā)生的次數(shù)非常的頻繁。世界上有兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶、地中海—喜馬拉雅地震帶，世界上約95%的地震分布在這兩大地震帶上。將地震分布圖與步驟1加載的板塊圖進行疊加，可以看出地震與板塊分布的規(guī)律，地震大多數(shù)分布在板塊邊界處尤其是消亡邊界，世界兩大地震帶均分布在板塊消亡邊界附近。

一般說來，3級以下地震人感覺不到，稱為微震；5級以上的地震會造成不同程度的破壞，稱為破壞性地震，絕大部分地震人類感覺不到。

思考與提問：地震每年發(fā)生次數(shù)這么多，我們怎么都不知道？地震分布有什么規(guī)律？為什么？

【步驟3】

圖5 地震板塊世界行政區(qū)分布圖

圖6 我國地震分布與板塊圖

教學提示：加載世界行政圖，通過世界行政圖與板塊圖的疊加可以看到中國及世界一些主要國家與板塊的位置關系。我國東部沿海位于太平洋板塊與亞歐板塊交界處，西南邊界位于亞歐板塊與印度洋板塊的交界處。因此我國東部沿海與西南邊界都是地震多發(fā)地帶。可以觀察世界上其他一些地震多發(fā)國如日本、秘魯。

思考與提問：我國位于哪些板塊的交界處？我國地震頻繁的原因？你還能找出其他地震頻發(fā)的國家嗎？

【步驟4】

圖7 震源深度小于70千米且震級大于7的地震

教學提示：地震的破壞程度也稱為烈度，烈度與地震等級及震源深度密切相關，相同情況下，震級越大，震源深度越淺，地震破壞程度也越嚴重。此處學生容易混淆震級和烈度兩個概念，震級反映地震的大小，只跟地震釋放的能量多少有關，而烈度則表示地面受到的影響和破壞的程度。烈度不僅跟震級相關，同時還跟震源深度、距離震中的遠近、地震波通過的介質(zhì)條件、房屋結(jié)構(gòu)、地震發(fā)生時間等多種因素相關。震源深度<70公里為淺源地震，相同情況下會造成更大的破壞。

思考與提問：是否地震就一定會對人類造成嚴重破壞？影響地震破壞程度的因素有哪些？（除了上述兩個因素還有建筑物抗震、地震時間等）用所學解釋唐山地震烈度大的原因（震級大、震源深度淺、夜晚、房屋多磚瓦結(jié)構(gòu)）。