基于Web的地理實驗教學繪圖工具的設計與使用
——以氣溫變化觀測實驗為例

華東師范大學（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

基于Web的地理實驗教學繪圖工具的設計與使用
——以氣溫變化觀測實驗為例

華東師范大學（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

一、引言

隨著網絡和信息技術的發展，傳統的教學手段和教學方法發生了改變，教學的信息化和網絡化已逐漸成為一種趨勢。將網絡和信息技術運用于地理教學中，不僅可以為學生提供豐富的學習資源，提高學習效率，同時有助于培養學生對信息的獲取、處理和運用的能力。

二、目標和特色

中學地理教材中，包含了許多的地理實驗，通過實驗的方式來組織學生進行學習，有利于加深學生對知識的理解和記憶，同時能培養學生的動手能力。

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、人口與城市發展等。因此，我們設計并開發了基于Web的地理實驗教學繪圖工具。該工具采用HTML5標準和技術，用戶只需安裝有瀏覽器，在聯網的條件下便可使用。對于有一定Web開發基礎的老師或學生，還可以通過簡單的開發接口，非常方便地將該工具集成到自己的應用里。

三、功能詳解

該繪圖工具設計了三種繪制模式，即：全自動繪制模式、半手動模式和全手動模式。學生可以根據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，鼠標移動或單擊事件可控制數值標注、圖形要素等的顯示和隱藏，趣味性的增加有利于增強中學生學習的興趣。

地理實驗教學繪圖工具的三種模式各有側重，老師在教學過程中或學生在實驗過程中，根據實驗內容的具體要求，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果，發現數據分布的規律；采用全手動模式，學生可以體驗原始手工圖表繪制的過程，從而對根據數據手繪圖表有一個完整的感性認識。

1. 全自動模式

全自動模式下，根據數據自動繪圖，操作簡單、迅速。可以實現線狀圖、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，設計了繪制點、繪制線、繪制文本、繪制坐標系、擦除、撤銷、重做、清空面板等工具，用戶可以使用這些工具進行相應的操作來繪制想要的圖形。選擇該模式后，繪圖區即一個空的畫板，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）繪制坐標系

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

圖2 繪制坐標系

（2）繪制點

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

圖3 繪制點

（3）繪制線

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

圖4 繪制線

（4）文字標注

標題等信息可以通過繪制文本工具（第三個圖標）來完成。在需要添加文本的位置單擊，會出現一個輸入框，在其中輸入需要添加的文本內容，輸入完畢后，在輸入框以外的任意區域單擊，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），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）可以撤銷前一次的繪圖操作。使用重做工具（第七個圖標）恢復前一次的撤銷操作。使用清除工具（最后一個圖標）清空整個畫板。最后完成的結果如圖6所示。

圖6 半手動模式繪制結果

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系。

四、在氣溫變化觀測實驗中的應用

地理實驗教學繪圖工具適用于所有繪圖實驗，具有通用性。目前，許多中學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中繪制氣溫變化圖為例，介紹地理實驗教學繪圖工具在地理實驗教學中的應用。

本示例中的氣溫觀測數據放在網絡上的一個數據庫中，觀測數據每隔一定間隔（如15分鐘）采集一次。我們可以選擇自己感興趣的地點、時間的數據，繪制氣溫變化圖，運用氣溫變化圖，描述、分析各地區的氣溫變化特征，認識氣溫的季節變化與地區差異。

這里，我們通過網絡向數據庫中讀取某一天24小時，以每小時為單位的氣溫觀測數據，然后根據數據繪制圖表，并將圖表進行分析，最后生成實驗報告。

1. 感性認識

用戶根據自己對分析地區的了解或親身體驗，寫下對當地某一天氣溫變化的感性描述，完成描述后，提交按鈕將描述內容提交到系統，以便后面實驗報告的形成（圖7）。

圖7 感性認識

2. 選擇數據

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

3. 繪制圖表

選取數據后，用戶可以根據自己的需要，從三種繪圖模式中選擇一種，以提取的數據為數據源，繪制氣溫變化圖。圖9是選擇上海2012年5月4日的氣溫觀測數據，全自動模式繪制氣溫變化圖的結果。

4. 分析與結論

根據氣溫變化圖對相關地區、相應季節的氣溫情況及變化規律進行分析，將分析所得的結論填寫在結論文本區（圖10），提交到系統中，以形成實驗報告。

圖8 選擇數據

圖9 全自動繪圖模式

圖10 分析與結論