基于ArcGIS Flex API和Mobile的地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)

李恒凱，王秀麗，況雄

(1.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州 341000； 2.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西贛州 341000)

基于ArcGIS Flex API和Mobile的地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)

李恒凱1?，王秀麗2，況雄1

(1.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州 341000； 2.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西贛州 341000)

針對傳統(tǒng)認(rèn)知型和驗(yàn)證型地理實(shí)習(xí)存在不能充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性的問題，本文利用ArcGIS Flex API富客戶端和ArcGISMobile嵌入式開發(fā)技術(shù)，貫徹探究式地理實(shí)習(xí)理念，開發(fā)了基于ArcGISFlex API和Mobile的地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)，為探究式地理實(shí)習(xí)提供了可供依托的平臺。該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐表明，它能夠提高實(shí)習(xí)質(zhì)量和學(xué)生實(shí)習(xí)的能動性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

GIS；探究式實(shí)習(xí)；教輔系統(tǒng)；ArcGISMobile

1 引 言

地理學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)是地理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是提高學(xué)生地理知識水平和實(shí)踐能力的必由之路，對于培養(yǎng)具有科研精神和科研能力的創(chuàng)新人才起到重要作用[1]。傳統(tǒng)地理實(shí)習(xí)側(cè)重于書本知識的野外感性認(rèn)識，一般都是認(rèn)識與驗(yàn)證型實(shí)習(xí)，盡管眾多學(xué)者從不同角度對地理實(shí)習(xí)模式進(jìn)行了變革，但受制于落后的實(shí)習(xí)理念，直接制約著變革效果。此外，隨著高校擴(kuò)招和地理學(xué)課程改革，地理實(shí)習(xí)面臨時(shí)間短、任務(wù)多、經(jīng)費(fèi)不足等諸多問題，也在一定程度上影響著地理實(shí)習(xí)質(zhì)量[2]。當(dāng)前，能夠充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性的探究式地理實(shí)習(xí)理念已逐漸被認(rèn)可[3～5]；另一方面，當(dāng)前高速發(fā)展的空間信息技術(shù)，能夠構(gòu)建地理實(shí)習(xí)的信息化環(huán)境，提高實(shí)習(xí)效率、改善實(shí)習(xí)效果，目前已有較廣泛關(guān)注[6～10]，但這些研究主要針對地理實(shí)習(xí)的某一應(yīng)用方面，本質(zhì)上仍然是認(rèn)識與驗(yàn)證型實(shí)習(xí)模式。推動地理實(shí)習(xí)信息化，提高實(shí)習(xí)質(zhì)量，將是地理學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革的主要方向，而如何將在信息化過程中，融入新技術(shù)和新理念，對地理實(shí)習(xí)變革的最終效果將具有決定意義。本文在探究式地理實(shí)習(xí)理念的指導(dǎo)下，采用最新的ArcGIS Flex API富客戶端網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)和ArcGISMobile移動地理信息開發(fā)技術(shù)，構(gòu)建了地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。

2 系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)平臺

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成:客戶端和服務(wù)端。服務(wù)端包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、GIS服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，主要存儲和管理地理實(shí)習(xí)相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)、智能移動端發(fā)送的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)及應(yīng)用服務(wù)；客戶端運(yùn)行于桌面電腦、筆記本電腦及各種智能終端上，桌面電腦和筆記本電腦通過瀏覽器和因特網(wǎng)訪問服務(wù)器上的數(shù)據(jù)和服務(wù)，其操作對象包括學(xué)生和教師，采用ArcGISFlex API富客戶端技術(shù)開發(fā)。其中教師通過瀏覽器調(diào)用服務(wù)端數(shù)據(jù)和功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)資料管理、實(shí)習(xí)線路制定、信息發(fā)布、實(shí)習(xí)過程監(jiān)控、實(shí)習(xí)成績管理等公共功能；學(xué)生通過瀏覽器進(jìn)行虛擬實(shí)習(xí)、實(shí)習(xí)資料查詢、實(shí)習(xí)成績提交、實(shí)習(xí)討論等。智能終端是具有GPS信號接收能力的智能手機(jī)、掌上電腦、PDA等智能設(shè)備，采用ArcGISMobile移動開發(fā)技術(shù)開發(fā)智能終端系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)和因特網(wǎng)連接，進(jìn)而連接服務(wù)端局域網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生利用智能終端系統(tǒng)提供的實(shí)習(xí)路徑導(dǎo)航、實(shí)習(xí)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)習(xí)點(diǎn)及周邊信息查詢等，進(jìn)行自主實(shí)習(xí)。該智能終端會實(shí)時(shí)發(fā)送GPS位置信息于服務(wù)端，教師通過瀏覽器將學(xué)生具體位置信息實(shí)時(shí)顯示在地圖上，從而對整個(gè)實(shí)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控和交互管理。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.2 技術(shù)平臺

(1)ArcGISFlex API.Esri公司的ArcGISServer在其9.3及后續(xù)系列中，發(fā)布了針對RIA應(yīng)用的ArcGIS API for Flex(簡稱ArcGISFlex API)，其開發(fā)接口基于Adobe的RIA技術(shù)，集成了REST API，簡化了在Web上對GIS資源的訪問。因而可以很好地將ArcGIS提供的各種服務(wù)資源與Flex提供的組件相結(jié)合，構(gòu)建具有良好交互體驗(yàn)的Web應(yīng)用程序。其應(yīng)用開發(fā)可以非常便捷地使用地圖功能和以REST接口提供的GIS查詢和分析功能；同時(shí)，著重提供GIS功能而不是提供GIS組件，可以讓業(yè)務(wù)邏輯與GIS方便的結(jié)合。

(2)ArcGISMobile.ArcGISMobile是Esri公司的一個(gè)面向移動地理信息系統(tǒng)的軟件平臺，該平臺使得企業(yè)能夠通過從中央服務(wù)器分發(fā)GIS數(shù)據(jù)和服務(wù)來為一系列Windows Mobile設(shè)備提供利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問信息的能力。可被用于在智能手機(jī)、UMPC等智能設(shè)備上創(chuàng)建和部署專業(yè)移動GIS應(yīng)用。這些應(yīng)用支持與ArcGIS Server的無線同步、GIS數(shù)據(jù)復(fù)制和野外在線編輯。同時(shí)提供離線應(yīng)用，在移動環(huán)境下有著良好的伸縮性。

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)角色設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)角色分類。系統(tǒng)按用戶角色類別分為:管理員(Administrator)、教師(Teacher)、學(xué)生(Student)。

(2)系統(tǒng)權(quán)限劃分。按角色的不同用戶對系統(tǒng)的管理權(quán)限也不同，系統(tǒng)默認(rèn)權(quán)限為Administrator(5)＞Teacher(3)＞Student(1)。管理員可以為其他用戶授權(quán)限，可以訪問和編輯所有系統(tǒng)可編輯的信息；教師可以編輯學(xué)生、自己、實(shí)習(xí)任務(wù)及實(shí)習(xí)點(diǎn)信息；學(xué)生只能編輯自己的信息。

(3)系統(tǒng)用戶創(chuàng)建。系統(tǒng)第一個(gè)管理員角色由系統(tǒng)默認(rèn)，后面可以由該管理員再指派其他管理員；教師用戶由管理員統(tǒng)一批量或單個(gè)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；學(xué)生用戶由管理員或教師批量或單個(gè)導(dǎo)入。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

(1)WEB客戶端功能設(shè)計(jì)。主要負(fù)責(zé)對實(shí)習(xí)全程進(jìn)行監(jiān)控管理、對實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯維護(hù)、虛擬實(shí)習(xí)、實(shí)習(xí)成績管理等。具體包括:①實(shí)習(xí)點(diǎn)管理，實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)點(diǎn)的輸入、更新、刪除等操作；②查詢功能，提供實(shí)習(xí)點(diǎn)及實(shí)習(xí)相關(guān)信息的查詢，并提供多種查詢方法；③實(shí)習(xí)線路管理，可以對歷年通過實(shí)踐驗(yàn)證的比較好的實(shí)習(xí)線路進(jìn)行保存、查詢、編輯、刪除，還可以根據(jù)需要，新建新的實(shí)習(xí)路線，并可把整條實(shí)習(xí)線路上實(shí)習(xí)相關(guān)信息導(dǎo)出為PPT文件以方便老師進(jìn)行講解；④虛擬實(shí)習(xí)。使用者可以選擇指定的野外實(shí)習(xí)路線，以交互式錄入的方式對該區(qū)域的地質(zhì)、地貌進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，瀏覽每個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)相關(guān)信息，該信息使用圖文、視頻、三維實(shí)景等多媒體資料以增強(qiáng)體驗(yàn)效果。另外，還可以選擇按照實(shí)習(xí)專題進(jìn)行實(shí)習(xí)虛擬實(shí)習(xí)，從而增強(qiáng)對相應(yīng)專題的整體認(rèn)識。⑤學(xué)生管理。對學(xué)生請假、晚歸、實(shí)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行記錄；⑥實(shí)習(xí)資料管理。學(xué)生可以通過該系統(tǒng)，完成單個(gè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目的作業(yè)和實(shí)習(xí)報(bào)告，并對實(shí)習(xí)過程中獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行管理、查詢；⑦實(shí)習(xí)質(zhì)量分析。建立質(zhì)量分析體系，并結(jié)合學(xué)生管理和實(shí)習(xí)資料管理中學(xué)生實(shí)習(xí)過程中的實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)，自動得出學(xué)生實(shí)習(xí)成績和實(shí)習(xí)分析報(bào)告。⑧實(shí)習(xí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)接收學(xué)生智能終端上的GPS信號，并將其定位到桌面地圖上，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)習(xí)學(xué)生位置監(jiān)控，利用智能終端的通訊功能，為學(xué)生同時(shí)提供在線答疑及數(shù)據(jù)傳送。

(2)智能設(shè)備客戶端功能設(shè)計(jì)。主要功能包括:①線路實(shí)時(shí)導(dǎo)航。根據(jù)給定的實(shí)習(xí)路徑，在路徑分析的基礎(chǔ)上，判斷GPS點(diǎn)與路徑和路徑上節(jié)點(diǎn)的關(guān)系，并進(jìn)行語音提示，進(jìn)行導(dǎo)航分析。②實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)采集。根據(jù)GPS定位功能，獲取當(dāng)前地理位置，采集當(dāng)前實(shí)習(xí)點(diǎn)的圖片及相關(guān)屬性信息，把屬性信息錄入智能終端并存儲。③實(shí)習(xí)信息查詢。可以通過智能終端查詢實(shí)習(xí)點(diǎn)及周邊興趣點(diǎn)的信息，如實(shí)習(xí)點(diǎn)實(shí)習(xí)要求、實(shí)習(xí)任務(wù)、實(shí)習(xí)注意事項(xiàng)等。④最優(yōu)路徑分析。遇到突發(fā)事件，利用最優(yōu)路徑分析功能尋找通往下一目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上功能設(shè)計(jì)，以Esri公司的ArcGISAPI for Flex和ArcGISMobile作為GIS軟件平臺，以C#2008作為編程語言，以廬山地理實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)為例，對系統(tǒng)進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，開發(fā)了基于ArcGIS Flex API和Mobile的地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主界面如圖2所示。

圖2 地理實(shí)習(xí)教輔系統(tǒng)Web主界面

4 應(yīng)用實(shí)踐

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性，將本系統(tǒng)應(yīng)用于我校某專業(yè)廬山自然地理實(shí)習(xí)中，下面將本系統(tǒng)再具體實(shí)習(xí)過程中的應(yīng)用作簡要介紹。

(1)實(shí)習(xí)前。實(shí)習(xí)教師能夠利用平臺系統(tǒng)安排實(shí)習(xí)內(nèi)容如實(shí)習(xí)路線、實(shí)習(xí)點(diǎn)信息、虛擬實(shí)習(xí)場景等，并發(fā)布這些數(shù)據(jù)內(nèi)容到實(shí)習(xí)網(wǎng)站供學(xué)生查閱，方便學(xué)生做好實(shí)習(xí)準(zhǔn)備。學(xué)生查詢各實(shí)習(xí)點(diǎn)信息并進(jìn)行網(wǎng)上虛擬實(shí)習(xí)，提前熟悉實(shí)習(xí)環(huán)境，達(dá)到自主預(yù)習(xí)的目的。如圖3所示，為實(shí)習(xí)線路管理界面，圖4為實(shí)習(xí)線路添加界面，圖5位虛擬實(shí)習(xí)界面。

圖3 實(shí)習(xí)路線信息管理界面

圖4 實(shí)習(xí)路線添加界面

圖5 虛擬實(shí)習(xí)界面

(2)實(shí)習(xí)過程中。學(xué)生分成若干實(shí)習(xí)小組，按照預(yù)定實(shí)習(xí)路線由學(xué)生自己獨(dú)立完成實(shí)習(xí)任務(wù)，教師通過實(shí)習(xí)控制平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。圖5為實(shí)習(xí)監(jiān)控界面，圖6所示為實(shí)習(xí)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集界面。

圖6 實(shí)習(xí)監(jiān)控界面

圖7 實(shí)習(xí)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集界面

(3)實(shí)習(xí)結(jié)束后。學(xué)生登錄實(shí)習(xí)信息發(fā)布系統(tǒng)的論壇交流實(shí)習(xí)心得，分析地理問題，完成實(shí)習(xí)報(bào)告。并將實(shí)習(xí)報(bào)告和實(shí)習(xí)采集到數(shù)據(jù)通過提交到平臺系統(tǒng)，教師根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的考勤管理數(shù)據(jù)及實(shí)習(xí)報(bào)告質(zhì)量，通過平臺系統(tǒng)的過成績評定模型評定出學(xué)生成績，并編寫實(shí)習(xí)質(zhì)量分析報(bào)告，然后通過發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布，供學(xué)生查閱。如圖8所示為學(xué)生提交實(shí)習(xí)報(bào)告到服務(wù)器界面。

圖8 學(xué)生提交實(shí)習(xí)報(bào)告到服務(wù)器界面

5 結(jié) 語

該系統(tǒng)提供課堂內(nèi)與野外，實(shí)習(xí)前、實(shí)習(xí)中和實(shí)習(xí)后的一整套學(xué)生參與實(shí)習(xí)過程的機(jī)制，讓學(xué)生能夠積極主動地探究地理問題，真正發(fā)揮學(xué)生在實(shí)習(xí)中的主導(dǎo)作用。系統(tǒng)提供的探究式實(shí)習(xí)模式是傳統(tǒng)教師帶隊(duì)實(shí)習(xí)模式的有力補(bǔ)充，為學(xué)生動手能力和創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)提供了可以依托的平臺。在具體實(shí)習(xí)過程中，可以依據(jù)學(xué)生的興趣和基礎(chǔ)靈活分配不同的自主實(shí)習(xí)項(xiàng)目，達(dá)到因材施教。應(yīng)用實(shí)踐表明:該系統(tǒng)在實(shí)習(xí)過程中，極大提高了實(shí)習(xí)效率和實(shí)習(xí)質(zhì)量，開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，為實(shí)習(xí)教師提供了有效的輔助手段，充分證明了該系統(tǒng)的實(shí)用性和先進(jìn)性。

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Teaching System for Geographical Practice Based on ArcGIS Flex API and M obile

Li Hengkai1，Wang Xiuli2，Kuang Xiong1
(1.Faculty of Architectural and Surveying Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China； 2.College of Economic Management，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China)

According to the problem that the traditional geographic practice of cognitive and validation type can't fullymobilize students'subjective initiation.The paper used the technology of rich client of ArcGISFlex APIand embedded developmentof ArcGISMobile，Implemented the inquiry geographic practice concept，and developed geographic practice teaching system based on ArcGIS Flex API and Mobile，provided available relying on the platform for inquiry geographic practice.The system application practice shows that it can improve the quality and initiative of the student’s practice，and has certain application value.

GIS；exploratory practice；teaching system；ArcGISMobile

1672-8262(2013)03-34-04

P208

A

2013—01—18

李恒凱(1980—)，男，博士研究生，講師，主要從事GIS方面的教學(xué)與科研工作。

江西省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目(11YB044)；江西省教育廳教改課題(JXJG-12-6-14)。