基于Web的地理實驗教學(xué)繪圖工具的設(shè)計與使用
——以氣溫變化觀測實驗為例

華東師范大學(xué)（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

基于Web的地理實驗教學(xué)繪圖工具的設(shè)計與使用
——以氣溫變化觀測實驗為例

華東師范大學(xué)（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)手段和教學(xué)方法發(fā)生了改變，教學(xué)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化已逐漸成為一種趨勢。將網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)運用于地理教學(xué)中，不僅可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)習(xí)效率，同時有助于培養(yǎng)學(xué)生對信息的獲取、處理和運用的能力。

二、目標(biāo)和特色

中學(xué)地理教材中，包含了許多的地理實驗，通過實驗的方式來組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于加深學(xué)生對知識的理解和記憶，同時能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

在地理實驗課中，其中有許多需要用到圖表繪制工具，如氣象觀測、人口與城市發(fā)展等。因此，我們設(shè)計并開發(fā)了基于Web的地理實驗教學(xué)繪圖工具。該工具采用HTML5標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，用戶只需安裝有瀏覽器，在聯(lián)網(wǎng)的條件下便可使用。對于有一定Web開發(fā)基礎(chǔ)的老師或?qū)W生，還可以通過簡單的開發(fā)接口，非常方便地將該工具集成到自己的應(yīng)用里。

三、功能詳解

該繪圖工具設(shè)計了三種繪制模式，即：全自動繪制模式、半手動模式和全手動模式。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求選擇合適的繪制模式繪圖。其中，全自動繪制模式具有動畫效果，鼠標(biāo)移動或單擊事件可控制數(shù)值標(biāo)注、圖形要素等的顯示和隱藏，趣味性的增加有利于增強中學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

地理實驗教學(xué)繪圖工具的三種模式各有側(cè)重，老師在教學(xué)過程中或?qū)W生在實驗過程中，根據(jù)實驗內(nèi)容的具體要求，可以采用不同的繪制模式。比如，采用全自動模式，可以很快得到最終圖形化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布的規(guī)律；采用全手動模式，學(xué)生可以體驗原始手工圖表繪制的過程，從而對根據(jù)數(shù)據(jù)手繪圖表有一個完整的感性認(rèn)識。

1. 全自動模式

全自動模式下，根據(jù)數(shù)據(jù)自動繪圖，操作簡單、迅速。可以實現(xiàn)線狀圖、柱形圖、條形圖、堆積柱形圖、面積圖、餅圖等類型圖表繪制（圖1）。

圖1 全自動模式柱狀圖

2. 半手動模式

在半手動模式下，設(shè)計了繪制點、繪制線、繪制文本、繪制坐標(biāo)系、擦除、撤銷、重做、清空面板等工具，用戶可以使用這些工具進(jìn)行相應(yīng)的操作來繪制想要的圖形。選擇該模式后，繪圖區(qū)即一個空的畫板，用戶可以選擇畫板下方的繪圖工具繪圖。下面以上海市某天氣溫變化圖繪制的全過程介紹半手動模式下的繪圖方法。

（1）繪制坐標(biāo)系

選擇繪制坐標(biāo)系工具（左下角第四個圖標(biāo)），在畫板上左下角單擊，便以單擊點為坐標(biāo)原點，時刻為橫軸，氣溫值為縱軸，生成坐標(biāo)系（圖2）。坐標(biāo)系橫軸標(biāo)注的是時刻值，其中縱軸標(biāo)注是根據(jù)氣溫數(shù)值的范圍自動計算出來的。

圖2 繪制坐標(biāo)系

（2）繪制點

選擇繪制點工具（第一個圖標(biāo)），在相應(yīng)的位置單擊，繪制點。繪制點時，鼠標(biāo)變成十字絲光標(biāo)，在鼠標(biāo)移動過程中，以十字絲中心為交點，分別向X軸和Y軸引出垂線，從而方便學(xué)生準(zhǔn)確繪制點的位置。點擊鼠標(biāo)，便在當(dāng)前位置生成一個點（圖3）。

圖3 繪制點

（3）繪制線

選擇繪制線工具（第二個圖標(biāo)），從第一個點開始，在各點的中心位置單擊鼠標(biāo)，連接各點生成折線段，在最后一點雙擊鼠標(biāo)，完成折線的繪制（圖4）。

圖4 繪制線

（4）文字標(biāo)注

標(biāo)題等信息可以通過繪制文本工具（第三個圖標(biāo)）來完成。在需要添加文本的位置單擊，會出現(xiàn)一個輸入框，在其中輸入需要添加的文本內(nèi)容，輸入完畢后，在輸入框以外的任意區(qū)域單擊，完成文本繪制（圖5）。

圖5 繪制文本

（5）其它工具介紹

此外，用戶可以使用橡皮擦工具（第五個圖標(biāo)），在需要擦除的地方單擊，便可以將該處的圖形擦掉。使用撤銷工具（第六個圖標(biāo)）可以撤銷前一次的繪圖操作。使用重做工具（第七個圖標(biāo)）恢復(fù)前一次的撤銷操作。使用清除工具（最后一個圖標(biāo)）清空整個畫板。最后完成的結(jié)果如圖6所示。

圖6 半手動模式繪制結(jié)果

3. 全手動模式

全手動模式與半手動模式功能相似。它與半手動模式不同之處在于，它沒有自動繪制坐標(biāo)系工具，用戶需要通過繪制點、線、文本的操作來手動繪制坐標(biāo)系。

四、在氣溫變化觀測實驗中的應(yīng)用

地理實驗教學(xué)繪圖工具適用于所有繪圖實驗，具有通用性。目前，許多中學(xué)都建有自己的氣象觀測小臺站。本文以全自動模式在氣溫觀測實驗系統(tǒng)中繪制氣溫變化圖為例，介紹地理實驗教學(xué)繪圖工具在地理實驗教學(xué)中的應(yīng)用。

本示例中的氣溫觀測數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)上的一個數(shù)據(jù)庫中，觀測數(shù)據(jù)每隔一定間隔（如15分鐘）采集一次。我們可以選擇自己感興趣的地點、時間的數(shù)據(jù)，繪制氣溫變化圖，運用氣溫變化圖，描述、分析各地區(qū)的氣溫變化特征，認(rèn)識氣溫的季節(jié)變化與地區(qū)差異。

這里，我們通過網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)庫中讀取某一天24小時，以每小時為單位的氣溫觀測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)繪制圖表，并將圖表進(jìn)行分析，最后生成實驗報告。

1. 感性認(rèn)識

用戶根據(jù)自己對分析地區(qū)的了解或親身體驗，寫下對當(dāng)?shù)啬骋惶鞖鉁刈兓母行悦枋觯瓿擅枋龊螅峤话粹o將描述內(nèi)容提交到系統(tǒng)，以便后面實驗報告的形成（圖7）。

圖7 感性認(rèn)識

2. 選擇數(shù)據(jù)

通過系統(tǒng)提供的地圖和日歷表，用戶可以從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提取某地、某日的氣溫數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)需求選取多組數(shù)據(jù)，如選取不同地點相同日期或相同地點不同日期等數(shù)據(jù)，來分析同一時期不同地方的氣溫差異或同一地區(qū)不同時期的氣溫差異等現(xiàn)象（圖8）。

3. 繪制圖表

選取數(shù)據(jù)后，用戶可以根據(jù)自己的需要，從三種繪圖模式中選擇一種，以提取的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，繪制氣溫變化圖。圖9是選擇上海2012年5月4日的氣溫觀測數(shù)據(jù)，全自動模式繪制氣溫變化圖的結(jié)果。

4. 分析與結(jié)論

根據(jù)氣溫變化圖對相關(guān)地區(qū)、相應(yīng)季節(jié)的氣溫情況及變化規(guī)律進(jìn)行分析，將分析所得的結(jié)論填寫在結(jié)論文本區(qū)（圖10），提交到系統(tǒng)中，以形成實驗報告。

圖8 選擇數(shù)據(jù)

圖9 全自動繪圖模式

圖10 分析與結(jié)論