基于ARCGIS軟件的高中地理教學(xué)研究

陳璇

摘要：GIS技術(shù)輔助中學(xué)地理課堂教學(xué)對(duì)于學(xué)生區(qū)域認(rèn)知、綜合思維、地理實(shí)踐力等學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)具有一定的輔助意義。本文以校園地理環(huán)境為課程資源，結(jié)合ArcGIS軟件設(shè)計(jì)了校園景點(diǎn)參觀路線規(guī)劃設(shè)計(jì)案例，通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)來(lái)提高學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：中學(xué)地理，ArcGIS軟件，項(xiàng)目式教學(xué)

一、引言

普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）明確要求了解地理信息技術(shù)的應(yīng)用，運(yùn)用地理信息技術(shù)探究有關(guān)自然地理、人文地理的問(wèn)題^[1]。地理信息系統(tǒng)（GIS）在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下，可以對(duì)有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示，目前應(yīng)用領(lǐng)域廣泛^[2]，將GIS技術(shù)融合到中學(xué)地理課堂教學(xué)對(duì)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)具有一定的輔助意義。本文以校園環(huán)境為課程資源，利用GIS中路徑分析功能，設(shè)計(jì)了校園景點(diǎn)參觀路線規(guī)劃設(shè)計(jì)案例學(xué)習(xí)項(xiàng)目，根據(jù)設(shè)置的校園景點(diǎn)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(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程初探

1、前期準(zhǔn)備

首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，綜合考慮校園特色、道路距離等因素，分組討論外來(lái)人員參觀校園最佳路線要求，綜合各組討論結(jié)果選定校園景點(diǎn)參觀路線要求為：①參觀到所有景點(diǎn)②參觀路線距離最短③路線起點(diǎn)從正大門開始。根據(jù)設(shè)定要求需要獲取以下數(shù)據(jù)：①校園道路數(shù)據(jù);②校園景點(diǎn)位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)）。

2、數(shù)據(jù)獲取

（1）校園景點(diǎn)位置信息

分小組收集木瀆高級(jí)中學(xué)校園內(nèi)景點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)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(diǎn)坐標(biāo)表格數(shù)據(jù)，右擊表格數(shù)據(jù)，選擇Display XY Data，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)為GCS_WGS_1984坐標(biāo)系，建立表格與ArcGIS軟件的表連接。右擊剛導(dǎo)入進(jìn)的點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層選擇Data—Export Data，將校園內(nèi)景點(diǎn)位置數(shù)據(jù)輸出保存。

（2）校園矢量數(shù)據(jù)

首先引導(dǎo)學(xué)生以紙質(zhì)地圖、電子地圖、實(shí)地考察等方式了解校園的景觀格局和景點(diǎn)位置，讓學(xué)生對(duì)于校園有個(gè)初步的宏觀了解。再帶領(lǐng)學(xué)生從地圖資源網(wǎng)站上下載木瀆高級(jí)中學(xué)的遙感地圖，本次選擇的底圖是高德地圖，確定其坐標(biāo)系為WGS84，同時(shí)在區(qū)域內(nèi)均勻地選取12個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)木瀆高級(jí)中學(xué)遙感地圖進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)和幾何校正，在此基礎(chǔ)上矢量化的數(shù)據(jù)具有地理空間坐標(biāo)信息，能夠切實(shí)解決空間問(wèn)題。

①影像配準(zhǔn)與定義坐標(biāo)系

在ArcMap中，加載木瀆高級(jí)中學(xué)遙感影像圖，并加載進(jìn)Georeferencing工具條。單擊Add Control point按鈕，輸入控制點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，相同的方法，將12個(gè)控制點(diǎn)逐一添加進(jìn)來(lái)。通過(guò)View Link Table工具，檢查RMS（均方差），將偏差較大的控制點(diǎn)刪除（精度控制在0.5以內(nèi)）。單擊Recity工具，完成配準(zhǔn)，并將配準(zhǔn)好的底圖以tiff格式導(dǎo)出，將其定義為GCS_WGS_1984坐標(biāo)系，并進(jìn)行投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(biāo)系統(tǒng)（GCS_WGS_1984）。共建立了7個(gè)面狀圖層，分別為建筑物、湖泊、操場(chǎng)、看臺(tái)、籃球場(chǎng)、足球場(chǎng)、綠化，2個(gè)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(yīng)要素，雙擊結(jié)束，利用Editor工具條中工具調(diào)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(chǔ)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(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)保存，便于后續(xù)查詢，調(diào)用。

3、路徑分析

（1）道路數(shù)據(jù)處理

ArcToolbox中，選擇Data Management Tools—Features—Split Line At Vertices，將道路線在折點(diǎn)處打斷。Editor下拉列表中選擇More Editing Tools—Advanced Editing，選擇Planarize Lines，進(jìn)一步將道路線打斷，保證所有道路數(shù)據(jù)完全被打斷處理，點(diǎn)擊Stop Editing，保存處理后的道路數(shù)據(jù)。

（2）最佳路徑查詢

在ArcCatalog中，右鍵數(shù)據(jù)集Data，選擇New—Network Dataset，設(shè)置相應(yīng)名稱，將打斷后的道路數(shù)據(jù)選擇為參與要素，將道路距離設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的計(jì)算成本，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的建立。在ArcMap中，加載校園景點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)及建筑物、道路、河流、湖泊、綠化等圖層數(shù)據(jù)，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(diǎn)設(shè)置為路線中的停留點(diǎn)。不同小組可以設(shè)定不同的游覽順序，例如我們將景點(diǎn)游覽順序設(shè)置為校訓(xùn)—校史館—弘戈堂—上善若水—圖書館—學(xué)術(shù)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(lè)而樂(lè)—臥云書院—學(xué)范亭。根據(jù)設(shè)定的景點(diǎn)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(shù)據(jù)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(jù)需要調(diào)整各要素布局，達(dá)到自己要求后即可在菜單欄中選擇File—Export Map，輸出木瀆高級(jí)中學(xué)校園景點(diǎn)最佳參觀路線專題地圖。每組根據(jù)制作的專題地圖，小組討論書寫導(dǎo)游詞，并派代表上臺(tái)說(shuō)明選定路線的理由，進(jìn)行模擬導(dǎo)游展示，投票選定最優(yōu)一組。

三、教學(xué)反思

1、通過(guò)本次課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于GIS技術(shù)有了一定的了解，在校園景點(diǎn)參觀路線的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生空間思維、地理實(shí)踐力、綜合思維也有了明顯的提升，能夠從地理視角出發(fā)，綜合分析解決問(wèn)題。

2、GIS輔助中學(xué)地理課堂教學(xué)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(shí)間設(shè)計(jì)案例，搜集數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)，對(duì)一線任課教師要求較高，有一定操作難度。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2] 湯國(guó)安，趙牡丹，等.地理信息系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2013：2.