基于ARCGIS軟件的高中地理教學研究

陳璇

摘要：GIS技術輔助中學地理課堂教學對于學生區域認知、綜合思維、地理實踐力等學科素養的培養具有一定的輔助意義。本文以校園地理環境為課程資源，結合ArcGIS軟件設計了校園景點參觀路線規劃設計案例，通過項目式教學來提高學生地理學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞：中學地理，ArcGIS軟件，項目式教學

一、引言

普通高中地理課程標準（2017年版）明確要求了解地理信息技術的應用，運用地理信息技術探究有關自然地理、人文地理的問題^[1]。地理信息系統（GIS）在計算機軟、硬件系統支持下，可以對有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示，目前應用領域廣泛^[2]，將GIS技術融合到中學地理課堂教學對學科素養的培養具有一定的輔助意義。本文以校園環境為課程資源，利用GIS中路徑分析功能，設計了校園景點參觀路線規劃設計案例學習項目，根據設置的校園景點順序，求取符合要求的最佳參觀路線。

二、ArcGIS軟件輔助下的教學設計過程初探

1、前期準備

首先對學生進行分組，綜合考慮校園特色、道路距離等因素，分組討論外來人員參觀校園最佳路線要求，綜合各組討論結果選定校園景點參觀路線要求為：①參觀到所有景點②參觀路線距離最短③路線起點從正大門開始。根據設定要求需要獲取以下數據：①校園道路數據;②校園景點位置信息（經緯度坐標）。

2、數據獲取

（1）校園景點位置信息

分小組收集木瀆高級中學校園內景點經緯度坐標信息，整理至Excel表格，保存格式為Excel 97-2003工作簿。在ArcMap中，加載校園景點坐標表格數據，右擊表格數據，選擇Display XY Data，設置相關參數，并設置坐標系統為GCS_WGS_1984坐標系，建立表格與ArcGIS軟件的表連接。右擊剛導入進的點數據圖層選擇Data—Export Data，將校園內景點位置數據輸出保存。

（2）校園矢量數據

首先引導學生以紙質地圖、電子地圖、實地考察等方式了解校園的景觀格局和景點位置，讓學生對于校園有個初步的宏觀了解。再帶領學生從地圖資源網站上下載木瀆高級中學的遙感地圖，本次選擇的底圖是高德地圖，確定其坐標系為WGS84，同時在區域內均勻地選取12個控制點，對木瀆高級中學遙感地圖進行坐標配準和幾何校正，在此基礎上矢量化的數據具有地理空間坐標信息，能夠切實解決空間問題。

①影像配準與定義坐標系

在ArcMap中，加載木瀆高級中學遙感影像圖，并加載進Georeferencing工具條。單擊Add Control point按鈕，輸入控制點的經緯度坐標，相同的方法，將12個控制點逐一添加進來。通過View Link Table工具，檢查RMS（均方差），將偏差較大的控制點刪除（精度控制在0.5以內）。單擊Recity工具，完成配準，并將配準好的底圖以tiff格式導出，將其定義為GCS_WGS_1984坐標系，并進行投影坐標轉換。

②矢量化

在ArcCatalog中，選擇New—Shapefile，輸入名稱（例如建筑物）、確定要素類型（例如面要素）和坐標系統（GCS_WGS_1984）。共建立了7個面狀圖層，分別為建筑物、湖泊、操場、看臺、籃球場、足球場、綠化，2個線狀圖層（道路、河流），并加載到ArcMap中，單擊Start Editing，選擇要繪制的圖層要素，繪制相應要素，雙擊結束，利用Editor工具條中工具調整各要素形狀和大小，逐一繪制完成各要素圖層。在ArcCatalog中，右擊存儲路徑下拉菜單中選擇New—File Geodatabase，命名為MDZX，并右擊選擇New—Feature Dataset，命名為Data，將已編輯好的數據導入進數據庫保存，便于后續查詢，調用。

3、路徑分析

（1）道路數據處理

ArcToolbox中，選擇Data Management Tools—Features—Split Line At Vertices，將道路線在折點處打斷。Editor下拉列表中選擇More Editing Tools—Advanced Editing，選擇Planarize Lines，進一步將道路線打斷，保證所有道路數據完全被打斷處理，點擊Stop Editing，保存處理后的道路數據。

（2）最佳路徑查詢

在ArcCatalog中，右鍵數據集Data，選擇New—Network Dataset，設置相應名稱，將打斷后的道路數據選擇為參與要素，將道路距離設置為網絡數據集的計算成本，完成網絡數據集的建立。在ArcMap中，加載校園景點圖層數據及建筑物、道路、河流、湖泊、綠化等圖層數據，在Network Analyst工具條中選擇Network Analyst—New Route，新建一條路徑。打開Network Analyst window，右擊Stops，選擇Load Locations，將校園景點設置為路線中的停留點。不同小組可以設定不同的游覽順序，例如我們將景點游覽順序設置為校訓—校史館—弘戈堂—上善若水—圖書館—學術交流中心—體育館—高隱湖—義田—生物示范基地—培東示范基地—先天下之憂而憂，后天下之樂而樂—臥云書院—學范亭。根據設定的景點游覽順序求解距離最短的參觀路線。在Network Analyst工具條中，選擇Solve，得到最佳游覽路線。

4、成果展示

將數據視圖Data View切換為布局視圖Layout View，選擇要輸出地圖的大小，依次添加指北針、圖例、比例尺等要素，根據需要調整各要素布局，達到自己要求后即可在菜單欄中選擇File—Export Map，輸出木瀆高級中學校園景點最佳參觀路線專題地圖。每組根據制作的專題地圖，小組討論書寫導游詞，并派代表上臺說明選定路線的理由，進行模擬導游展示，投票選定最優一組。

三、教學反思

1、通過本次課的學習，學生對于GIS技術有了一定的了解，在校園景點參觀路線的規劃設計過程中，學生空間思維、地理實踐力、綜合思維也有了明顯的提升，能夠從地理視角出發，綜合分析解決問題。

2、GIS輔助中學地理課堂教學有較好的輔助作用，但是需要教師熟悉ArcGIS軟件的常用操作，在課前也需要投入較多時間設計案例，搜集數據及處理數據，對一線任課教師要求較高，有一定操作難度。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準：2017年版[M]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2] 湯國安，趙牡丹，等.地理信息系統[M].北京：科學出版社，2013：2.