基于熵值法的10種軟件輔助地理教學評價比對研究

摘 要：信息技術輔助地理課堂教學是現階段地理教學研究重要領域之一。教師如何從海量軟件中甄選，可高效應用于地理課堂教學的信息技術工具，是目前亟待解決的一項任務。因此，文章基于軟件性能與地理教學應用，從軟件獲取性、便捷性、教學適用性三方面選取了14個評價指標構建評價體系，并運用熵值法測評了常用地理軟件的教學適用水平。結果表明：SuperMap、Google Earth與Strllarium軟件獲取度高；Stellarium與LocaSpace Viewer軟件安裝便捷；LocaSpace Viewer與Google Earth軟件輔助地理教學的適用程度與水平最佳。此研究結果可為后續地理信息技術軟件開發優化與地理課堂應用提供決策支持。

關鍵詞：軟件評價；信息技術；地理教學

中圖分類號：G632 "文獻標識碼：A "文章編號：1673-260X（2024）01-0102-07

引言

新課標強調信息技術的發展和應用是地理教學改革的助推器，對學生學習方式和教師教學方式的改變具有重要作用[1]，越來越多的現代信息技術軟件被應用于地理課堂教學之中[2]。面對眾多的地理軟件，教師如何合理遴選與地理課堂適配度高的軟件是當前信息技術輔助地理教學存在的實際問題。現今，我國關于地理軟件評價比較研究多聚焦于同類軟件性能比較分析與同教學功能軟件案例應用探究，鮮有通過構建軟件評價指標體系科學客觀地對比軟件[3]。首先，關于同類軟件性能比較分析研究，很好地揭示了軟件功能特點的差異與存在問題。例如：朱凌從WebGIS的實現方法、軟件功能等方面對常用的WebGIS軟件進行對比，指出當前存在問題并對未來發展趨勢做出展望[4]。鄭江玲對常用的GIS應用軟件從功能特點等方面進行比較分析，促進GIS領域發展[5]。這些研究有助于教育工作者詳細了解同類地理軟件不同指標特點，但不具有教學指向性，不能夠系統地指出地理教學應用手段。其次，關于同種教學功能軟件案例應用比較研究，通常對各軟件功能模塊與實現方法進行詳細說明，并選取相同案例應用比較不同軟件優缺點。例如：黃慧基于天文學教學內容，比較Celestia與Stellarium兩款軟件具體教學應用價值，從而幫助教師在授課天體等教學內容時合理選擇軟件[6]。楊修志在對幾種常用繪圖軟件性能比較分析基礎上，選取“高速公路網”與“地形雨”兩個案例，為教師提供制圖軟件使用建議[7]。綜上，地理信息技術軟件輔助地理課堂教學比較研究中，多從軟件自身性能或結合案例對少數同類軟件進行比較分析，但較少通過科學的構建評價指標體系對其進行測評。本研究在深入了解信息技術軟件輔助地理教學研究現狀的基礎上，從軟件的可獲取性、安裝便捷性、輔助教學的適用性等方面細化構建指標體系，并基于熵值法評估信息技術軟件在地理教學中的適用程度，從而設計了一套適用于地理教學的軟件遴選體系，以期為后續研究者開發應用軟件及一線地理教師科學甄選軟件提供借鑒。

1 研究方法

1.1 信息技術軟件概況

從國外中學地理信息技術教育成功經驗來看，為中學生開發專業性使用軟件是優化中學地理信息技術教育的關鍵[8]。從國內研究來看，鮮有專門針對地理教學開發的軟件。目前，中學地理教學使用軟件多為GIS軟件。筆者在CNKI以“信息技術”“軟件”“地理教學”等關鍵詞檢索，獲取并分析相關文獻。通過文獻調研，發現可用于地理教學軟件多達50余種。再以“主要教學功能”“適用教學內容、案例”“軟件應用教學優缺點”“研究數量”以及“該領域相關學者評述”等與地理教學密切相關的依據為納入遴選標準，最終甄選出Google Earth、Sufer、LocalSpace Viewer、ArcMap、Stelllarium、Meteo Earth、MapInfo、SuperMap、QGIS、WebaGIS等十種軟件。概況見表1。

1.2 軟件評價指標體系的構建

日常教學中，地理教師需要運用各種軟件輔助教學，以提高教學效率，實現地理核心素養培育。因此，地理教學軟件的選擇與使用至關重要，而對軟件的科學評價是選擇與使用的基礎。眾多學者從科學性、系統性、導向性和可獲取性等原則對地理教學軟件進行價值判斷。為此，筆者在參考張繼國[39]、吉哲[40]、朱玉彬[41]、王柔荑[42]等軟件評價研究成果與結合一線地理教學實際情況基礎上，從軟件可獲取性、安裝便捷性、軟件輔助教學適用性三個維度構建軟件地理教學適宜性評價體系（表2）。

1.3 研究方法

1.3.1 數據無量綱化

常用的線性無量綱化方法主要包括標準處理法、極值處理法、歸一化處理法、功效系數法等。根據朱熹安和魏國棟對無量綱化方法優良標準的分析結果，極值熵值法的結果合理性較優，在熵值法的實際應用中，應更傾向于選擇極值熵值法[43]。因此，本文選用極值處理法對原始數據進行無量綱化處理。

2 結果分析

2.1 軟件可獲取性指數

軟件可獲取性是指教師在獲取軟件時的便捷程度[44]。本文選取軟件下載耗時、軟件商城共享數、支持操作系統、軟件版本類型等4個指標反映軟件的獲取便捷程度。軟件下載耗時直接衡量師生所獲取軟件所用時長；軟件商城共享數量影響師生檢索及合理篩選軟件便捷性；軟件支持操作系統種類決定軟件是否可獲取；軟件版本類型是指軟件支持網頁版、桌面版等多種適用獲取途徑，教師與學生可按需選擇使用。

由圖1可知，各軟件可獲取指數相差較大。可獲取性指數最高的軟件是Supermap（0.209），最低的是ArcMap（0.03），指數最高軟件是指數最低軟件的6倍多。Supermap軟件雖下載耗時較多，但支持多版本與多操作系統適用，且便于獲取軟件安裝包。ArcMap軟件只支持Windows操作系統且適用于桌面版本，導致該指數分數較低。可獲取性指數大于平均值的軟件有Google Earth、Stellarium、MeteoEarth、SuperMap、QGIS。Google Earth軟件各項指標均較為均衡；Stellarium軟件支持多個操作系統；MeteoEarth軟件耗時最少，且支持版本較多；QGIS軟件支持操作系統最多；Sufer軟件商城共享數最多，但支持操作系統與版本類型較少，故可獲取性指數并未超過平均值。

2.2 軟件安裝便捷性指數

關于不支持網頁版本的大多數軟件，師生在安裝時需考慮軟件所占內存、安裝步驟、所支持語言與設備等影響安裝體驗性相關要素。因此，文章從安裝包大小、安裝步驟數、支持安裝語言數、發行方式、支持設備五個方面來衡量軟件安裝便捷性情況。由于軟件安裝過程中需下載安裝包，并按照指定步驟進行安裝，故選取以上兩個指標測評安裝時間與繁瑣度。支持語言種類豐富，則便于用戶選取熟悉語言進行安裝與使用。發行方式與支持設備則考慮軟件自身性能。

由圖2可知，軟件安裝便捷性指數較高的軟件為Stellarium與LocaSpace Viewer軟件。Stellarium軟件支持電腦版與手機安卓版且支持語言種類豐富，方便用戶下載安裝使用。LocaSpace Viewer軟件支持網頁版等多終端適用，可直接從官網下載免安裝硬盤版，用戶安裝方便操作快捷。安裝便捷指數較低的軟件主要有ArcMap、Sufer等。ArcMap軟件安裝包較大，安裝步驟較為繁瑣，而Sufer軟件支持語言種類與發行方式較為單一。軟件安裝便捷性指數大于平均值的軟件有Stellarium、Google Earth、LocaSpace Viewer、QGIS，四款軟件各項指標綜合較為均衡，MapInfo與SuperMap軟件雖支持語言數較多，但安裝包較大，從而影響安裝便捷性指數綜合權重。

2.3 軟件輔助教學適用性

軟件輔助教學適用性是軟件應用于地理教學需考慮的關鍵因素。軟件輔助教學適用性指數從制圖種類、支持地理教學主要功能模塊、支持數據格式、可培育核心素養四個方面反映各軟件輔助地理教學內容適用情況。制圖種類豐富的教學軟件便于提高學生學習效率，加深知識理解。支持教學主要功能模塊指標是衡量某一軟件所具備的與地理教學內容密切相關的功能種類。支持數據格式多樣有利于教師與學生依據便于獲取的數據格式親自動手制圖，提高對學生地理實踐力的培養。衡量可培育核心素養指標依據在于軟件主要功能輔助核心素養目標實現性。

由圖3可知，輔助教學適用性指數較高的主要是Google Earth與LocaSpace Viewer兩款軟件。Google Earth軟件具有信息量大、搜索便捷、定位準確等特點，可便于教師快速查找所需地圖信息[45]，同時對于學生來說較容易掌握。LocaSpace Viewer軟件集成了多種數據及在線服務[46]，支持三維場景飛行和多視角瀏覽，可直觀展示地理數據起伏效果，能滿足地理課堂展示、研討、探究等技術需求，降低課堂學習難度，增強學生知識理解程度[47]。軟件輔助教學適用性指數超過平均值的軟件包括Google Earth、LocaSpace Viewer、ArcMap、QGIS與WebGIS。Stellarium軟件輔助教學適用性指數最低，這主要由于Stellarium軟件教學功能主要圍繞天文地理知識模塊，常用于月相與日月食教學，其他知識內容教學使用頻率較低[48]。

2.4 軟件綜合指數

根據公式，將軟件可獲取性指數、軟件安裝便捷性指數和軟件輔助教學適用性指數加權匯總后，得到10款軟件應用于地理教學的綜合適宜性指數。由圖可知，軟件綜合性指數得分超過0.6分的軟件為Google Earth與LocaSpace Viewer，說明兩款軟件應用于地理教學綜合性水平最高，適用性較強；超過0.5分的軟件為Stellarium與QGIS，結合文章上述對三種指數的分析，Stellarium軟件支持多個獲取系統與客戶端且安裝語言種類豐富，在軟件安裝與獲取程度上較為具備優勢，而QGIS軟件則在獲取和輔助教學適用程度上更有優勢，使用者在選取軟件上可針對不同指數分析結果進行比較遴選或做好充足準備；其余軟件均為平均分0.41分以下，在選取各軟件時可在表1的基礎上進行綜合衡量，合理利用信息技術軟件，從而達到提高教學效率，有效培育核心素養的目的。

3 十款信息技術軟件在地理教學中應用的建議

基于以上研究結果，本研究對具體應用、教師及軟件開發者提出建議。對于具體應用，Google Earth與LocaSpace Viewer兩款軟件側重于地質地貌教學，且綜合性適用教學水平較高，需注意兩款軟件運行過程中服務器穩定性；Stellarium軟件適用于天體教學，幫助學生進行多視角觀察并全面認識地球與地外系統的運動特征及地理意義，軟件獲取安裝便捷，但適用內容較為單一；MeteoEarth軟件中文名為“全球天氣”，主要側重于大氣教學，該軟件獲取度較高，但安裝包較大，教師使用時需考慮安裝時間；SuperMap與MapInfo軟件主要功能為制圖，兩款軟件簡單易學、功能強大，可以幫助學生讀圖、繪圖，培養地理實踐操作能力，但安裝較為繁瑣，其中SuperMap軟件支持版本與操作系統較多；ArcMap、WebGIS、QGIS三款軟件功能豐富，適用教學內容廣泛，ArcMap軟件較兩款軟件相比專業性較強，同時對教師信息技術能力要求較高。對于教師而言，要更新教學理念，將信息化技術融于專業，提高教學技能與信息技術應用能力，以地理學科核心素養為指引，強化信息技術應用于教材的融合。對于軟件開發者而言，應結合當前新課標背景，開發綜合性強、針對地理教學的專業性軟件，提高與地理知識點、地理教學的融合，同時注意一線教師的反饋。

4 結論與討論

4.1 結論

文章基于地理教學軟件的性能特點，結合地理教學實際情況，從軟件可獲取性、軟件安裝便捷性和軟件輔助教學適用性三個維度，構建地理教學軟件評價的14項指標體系，選擇熵值法對各軟件輔助地理教學水平進行了測度與比較。得出以下結論：

（1）從指標權重看，支持版本多少、地理培育核心素養實現性等指標是決定軟件輔助地理教學適用水平高低的關鍵所在；

（2）從軟件可獲取性指數看，可獲取度較高的為SuperMap、Google Earth與Strllarium軟件；從軟件安裝便捷性指數看，便捷程度較高的為Stellarium與LocaSpace Viewer軟件；從軟件輔助教學適用性指數看，適用程度較高的為Google Earth與LocaSpace Viewer軟件；

（3）從綜合得分看，各常用輔助地理教學軟件適用性綜合水平整體不高，LocaSpace Viewer與Google Earth兩款軟件得分最高適用性最強且分值相近， LocaSpace Viewer綜合得分為0.647，Google Earth綜合得分為0.642，其余軟件除Stellarium與QGIS外，均未超過平均值。

4.2 討論

地理教學常用軟件評價涉及影響因素眾多，為定量評價和比較各地理教學常用軟件適用教學水平情況，并考慮到數據的準確性、完整性，本評價研究數據多來自各軟件官方。同時，文章采用的極值熵值法雖為最優改進熵值法，具備較高的可信度與精確度，但權重計算方法單一，缺乏各項指標之間橫向比較，不排除對研究成果有一定影響。從目前結果來看：

（1）根據權重計算，軟件支持語言種類、軟件發行方式、支持操作系統、軟件支持版本和可培育核心素養對測評軟件在地理教學中的適用程度貢獻相對較大，而軟件下載耗時與安裝包大小的貢獻度相對較小。但軟件“教學性”“科學性”“交互性”等其他指標因研究方法沒有在評價中得以完全體現，因此，評價體系有待進一步完善；

（2）Google Earth與LocaSpace Viewer兩款軟件綜合適用性最強，在于各項指標較為均衡，對地理教學針對性較強，而其余軟件輔助地理教學適用性綜合水平整體偏低，并不完全適用于地理教學。這與我國專門針對地理教學開發軟件少，多數為GIS開發軟件密切相關，而GIS軟件通常具備功能強大、專業性強、使用較為復雜等特點，并不完全適用于地理教學。

此外，我國關于教學類軟件評價研究較少，未來學者應重點關注地理教學軟件評價研究，形成更為科學完善的地理教學軟件評價指標體系，從而為該領域后續進一步研究提供參考，實現地理教學效果最優化。

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