ArcGIS在中學地理信息化教學中的比較優勢及前景分析

王 馨 劉國濤

山東省濰坊市壽光市圣城中學(262700) 山東省濰坊市壽光市壽光中學(262700)

地理學是一門綜合性的學科,兼顧自然屬性與社會屬性,隨著信息技術的迅猛發展,人們逐漸認識到傳統教學手段在地理教學中捉襟見肘[1]。地理信息系統成為中學地理教學的重要工具與支撐。ArcGIS作為地理信息系統的代表性軟件,能夠實現采集、存儲、查詢、分析、顯示和輸出地理數據等功能。本文主要探討ArcGIS軟件在地理信息化教學中的現狀、功能、比較優勢及應用前景。

1 ArcGIS國內教學應用背景及現狀

地理信息系統作為地理學科的教學內容首先出現于地理教材中,如人教2009年版高中地理教材介紹地理信息系統在區域地理環境研究中的應用,人教2019年版教材將地理信息系統放在防災減災應用中。目前國內已有多所中學與ArcGIS軟件的設計公司(ESRI)合作,確定開展地理信息系統教育。

2 ArcGIS適用于地理教學的主要功能

ArcGIS對于中學地理教學所具有的強大功能主要依賴于其強大的地圖操作和地圖處理功能[2]。ArcGIS空間可視化特征可以幫助學生形成空間概念,ArcGIS數據關系特征能夠提高學生的地理空間思維能力和辯證思維能力,且ArcGIS在人地關系、可持續發展和環境意識方面具有教育功能。

3 ArcGIS在教學應用中的比較優勢與局限性

3.1 比較優勢

(1)電子地圖的動態性:ArcGIS以電子地圖的形式再現教材內或教材外的地圖,更富動態變化性,而動態事物可以吸引學生的關注度,從而激發學生的興趣,調動學生的積極性,讓學生在娛樂中思考和學習。

(2)多要素圖層:ArcGIS是一款功能強大的地圖制作與分析軟件,可通過建立點、線、面等多種類型的圖層讓學生認識地理事物的形態。另外,豐富的地圖符號、文本類型、線性、填充顏色等表現類型使電子地圖更加詳盡、直觀、形象,便于學生接受。

(3)數據查詢分析功能:ArcGIS具有廣泛的分析環境,提供查詢工具、區域查詢工具、緩沖區查詢以及一些常用的邏輯與數學的分析查詢函數,也可以關聯其他數據進行查詢分析[3]。例如:①可以查詢某一條河流、線路等;②對范圍的查詢,如查詢我國省級單位中人口數超過5 000萬的省市。圖1為SQL查詢窗口。

圖1 SQL查詢

(4)緩沖區教學應用:緩沖區是指與某一個點有一定距離的空間范圍,利用緩沖區可以講授某一地理要素的屬性影響范圍。例如:污染源的有害范圍,集水區范圍,經濟輻射區范圍、洪水淹沒范圍等。以洪水淹沒范圍為例,如果有某一區域的高程數據,我們可以計算洪水淹沒區。圖2為以某點建立的圓形緩沖區。

圖2 以某點建立的圓形緩沖區

(5)專題地圖的輸出:利用ArcGIS我們可以輸出專題地圖,ArcGIS地圖輸出功能強大,分辨率高,并可以由制作者選擇多種像素,可以讓學生學會根據需要制作自己的地圖,在學中做,在做中學,增強學生的動手操作能力。學生可以試著制作自己的專題地圖來分析解決問題。例如制作中國人口數量柱狀圖,某區域人均GDP的分布(見圖3)。此外,可以通過網絡上的免費數字高程數據,制作某一區域的分層設色地形圖,并可以通過ArcGIS的三維功能進行立體轉化,增強直觀性。另外,也可利用ArcGIS數據與谷歌地球結合制作形象的三維立體等高線地形圖,如圖4所示。

圖3 山東省某年人均GDP在各地市的分布

圖4 三維等高線地形圖

(6)ArcGIS的數據采集管理功能有利于教育教學資源的共享。ArcGIS的數據輸入、存儲、編輯和查詢功能能夠有效實現地理數據的管理和維護[4]。教師可以對傳統的紙質媒介進行掃描,然后通過ArcGIS進行數字化,能夠得到在ArcGIS平臺上可操作的矢量化電子數據,進而通過互聯網實現資源共享。

(7)ArcGIS空間動態可視化操作有利于學生建構地理動態思維與空間概念。地理是研究時間與空間的綜合體。時間上如某一區域環境的變遷,空間上如人口的機械遷移等都具有動態變化性。ArcGIS空間動態可視化操作能夠促進學生形成動態化的地理思維,從地理動態思維入手分析地理成因。另外,ArcGIS的空間可視化功能能夠實現在不同尺度下地理事物和地理現象的空間分布,掌握比例尺大小與地圖范圍的關系。

3.2 局限性

數據庫的建立需要耗費大量人力和時間。如果沒有原始矢量地圖，就要采取手動數字化的方式，而矢量數據要求較精確，所以在手繪過程中需要耗費人力和時間。對于一幅地圖，將其數字化并加以空間分析、專題制圖，再加上備課，這樣一節課需要3天左右，對于教師來說工作量較重。當然若是財力允許，也可直接購買專題地圖數據庫。

ArcGIS集成了眾多高級模塊。底圖制作、分析、數據的存儲,數據的高級應用與空間分析分別由不同模塊承擔,如ArcMap是主要界面,負責制圖與分析,而數據庫的建立、管理就需要ArcCatalog這一模塊。所以,教師要想掌握這一軟件的應用,需要經過一段時間的培訓與學習。

4 前景分析

ArcGIS在教育教學中的應用前景廣闊。ArcGIS的應用可以促進地理教學的發展,為中學地理教學提供現代化的教學手段。ArcGIS增加了地理教學的信息量,使教學不再局限于書本知識,更為重要的是增強了地理教學的直觀性、生動性和靈活性。

ArcGIS作為一款強大的地理信息系統軟件,基于其復雜性,如果要將其應用于一線教學,必須有專門團隊進行數據庫的建設。

在信息技術迅速發展的今天,“互聯網+”已經蔓延到社會生活的各大領域,教育領域更要抓住此次機遇,上下合力,全員教師共同參與,挖掘出ArcGIS在地理教學實踐中的價值,從而更好地為教育教學服務。