Web GIS在中學(xué)地理教學(xué)的應(yīng)用
——以ArcGIS Online為例

郭 暄 夏浩銘 秦耀辰 李佳琪 閆衛(wèi)陽 付品德 宋宏權(quán)

(1.河南大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，河南 開封 475000；2.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，河南 開封 475000；3.美國Esri公司，加利福尼亞州 雷德蘭茲 92373)

地理學(xué)是研究地理環(huán)境以及人類活動(dòng)與地理環(huán)境關(guān)系的科學(xué)，注重宏觀的空間概念，關(guān)注空間格局、時(shí)空關(guān)系及其相關(guān)性，強(qiáng)調(diào)人與自然環(huán)境的相互關(guān)系，這是其他學(xué)科不具備的特點(diǎn)。[1]中學(xué)地理課程內(nèi)容涉及土壤地理學(xué)、氣象學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)和城市地理學(xué)等方面的知識(shí)，但中學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備量少，生活閱歷淺，僅靠教材中的文字和圖像很難理解抽象的地理知識(shí)和時(shí)空跨度大的地理現(xiàn)象。地理信息技術(shù)是地理學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持下，采集、存儲(chǔ)、管理、處理、分析和顯示空間信息。[2]將地理信息技術(shù)應(yīng)用在地理教學(xué)中可引導(dǎo)學(xué)生從地理學(xué)的視角學(xué)習(xí)知識(shí)，使教材和課堂得到延伸，有著傳統(tǒng)教學(xué)手段無可比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著地理新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)行，地理信息技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容及其應(yīng)用相繼得到重視，同時(shí)也要求學(xué)生能夠使用地理信息技術(shù)分析地理問題。[3]因此，在地理教學(xué)中，教師要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的地理信息技術(shù)，創(chuàng)造性利用地理信息技術(shù)達(dá)到豐富課程內(nèi)容、改革教學(xué)手段并培養(yǎng)學(xué)生地理核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

Web GIS通過數(shù)字交互環(huán)境增強(qiáng)地理事物的可視化，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)手段的禁錮，拓展了地理教學(xué)的深度和廣度，為地理信息技術(shù)在地理教學(xué)的應(yīng)用開辟了新方向。[4]因此有必要在地理教學(xué)中引入Web GIS，突破傳統(tǒng)地理信息技術(shù)的局限性，為地理課程的實(shí)施提供便捷可行的平臺(tái)，使地理教學(xué)具備網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)和地理信息技術(shù)輔助教學(xué)的雙重優(yōu)勢(shì)。本文主要以美國Esri公司的ArcGIS Online為例來探討Web GIS在地理教學(xué)中的應(yīng)用。

一、ArcGIS Online介紹

ArcGIS Online(www.arcgisonline.com)是美國Esri公司建設(shè)的基于云的地圖和數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)圖層服務(wù)、智能制圖服務(wù)和應(yīng)用程序服務(wù)，教師可以在線免費(fèi)訪問全球范圍內(nèi)高質(zhì)量的地理數(shù)據(jù)圖庫，輕松實(shí)現(xiàn)地圖的制作、共享和協(xié)助，以滿足日常教學(xué)需求。[5]

1.ArcGIS Online的服務(wù)功能

(1)數(shù)據(jù)圖層服務(wù)。ArcGIS Online提供的世界動(dòng)態(tài)地圖集涵蓋了多種類型的地圖數(shù)據(jù)，其中包括反映翔實(shí)地物信息的影像地圖、反映多種空間尺度的邊界和位置數(shù)據(jù)、新冠肺炎疫情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和反映地球自然災(zāi)害的觀測(cè)數(shù)據(jù)等。[6]教師可以對(duì)這些數(shù)據(jù)重復(fù)使用、任意組合來展示地理事物的時(shí)空特征，例如展示臺(tái)風(fēng)路徑的變化、新冠疫情的發(fā)展趨勢(shì)和各國人口數(shù)量的空間分布等。

(2)智能地圖服務(wù)。ArcGIS Online的智能地圖可以在線制作二維地圖和三維場(chǎng)景，其主要服務(wù)功能體現(xiàn)在智能制圖、地圖注釋和地理空間分析三個(gè)方面。首先如圖1所示，在制作地圖時(shí)，該平臺(tái)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并推薦最優(yōu)的可視化方式，幫助師生簡(jiǎn)易、直觀、快速地配置圖層符號(hào)，不需要師生具有專業(yè)的制圖知識(shí)和軟件技能。[6]其次，教師可以通過添加“點(diǎn)、線、面”圖層符號(hào)突出顯示地圖上某一要素，也可以通過“設(shè)置彈出窗口”展示地圖要素的具體信息，幫助學(xué)生更深刻、更快速地理解地圖內(nèi)容。最后，ArcGIS Online還提供一系列即用型地理空間分析工具來豐富地圖的功能與用途，例如，學(xué)生可以利用“測(cè)量”工具獲取某一地理位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以利用“創(chuàng)建緩沖區(qū)”工具計(jì)算某一城市的輻射范圍，等等。

圖1 智能地圖服務(wù)在制作人口密度圖中的應(yīng)用

(3)應(yīng)用程序服務(wù)。ArcGIS Online應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了隨時(shí)隨地展示、查詢和分析Web地圖或場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)圖層，師生不需要任何編程基礎(chǔ)就可以制作。該云平臺(tái)提供了多種類型的應(yīng)用程序模板供師生選擇使用，主要包括“故事地圖”、“展示地圖”、“收集和編輯數(shù)據(jù)”和“比較地圖和圖層”等模板。

2.ArcGIS Online的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

ArcGIS Online云平臺(tái)(www.arcgisonline.com)集數(shù)據(jù)圖層、智能地圖和應(yīng)用程序服務(wù)于一身，其自主性、交互性的特點(diǎn)與新課改背景下的地理教學(xué)相契合。

(1)自主性。ArcGIS Online世界動(dòng)態(tài)地圖集會(huì)以適當(dāng)?shù)念l率更新，具有一定的時(shí)效性和權(quán)威性，教師可以隨時(shí)選取合適的教學(xué)素材，將其應(yīng)用到不同的專題教學(xué)中。ArcGIS Online智能地圖服務(wù)支持地圖與數(shù)據(jù)圖表、文字和視頻等資源的結(jié)合，教師建立“全球場(chǎng)景”或者“局部場(chǎng)景”用仿真的方式模擬地理情景，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)地理空間的視覺感受，幫助學(xué)生理解教材中呆板的地理圖表和抽象的地理概念，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

(2)交互性。ArcGIS Online支持在線共享數(shù)據(jù)、地圖和應(yīng)用程序，教師可以創(chuàng)建課程資源群組實(shí)現(xiàn)教師間的交流研討、學(xué)生間的互動(dòng)探究，也可以將地圖或應(yīng)用程序共享給所有人，他人在已聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的瀏覽器中輸入地圖或應(yīng)用程序的URL就可查看、操作地圖。ArcGIS Online的智能制圖、空間分析和定位導(dǎo)航等工具頁面簡(jiǎn)單，操作難度低，利用這些工具把地理實(shí)踐活動(dòng)穿插在地理教學(xué)之中，讓學(xué)生在人機(jī)交互的過程中實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的遷移應(yīng)用，進(jìn)而鍛煉學(xué)生的綜合思維和地理實(shí)踐力。

二、ArcGIS Online在地理教學(xué)中的應(yīng)用

1.應(yīng)用模式構(gòu)建

新課改中提到：“改變課程實(shí)施過程中過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)能力、分析和解決問題的能力以及交流的能力?！盵2]從課程資源來看，新課改提倡教師要突破教材的束縛，有創(chuàng)造性地使用教材，利用多元化的教學(xué)資源傳授地理知識(shí)。從教學(xué)方式來看，依托信息技術(shù)的地理教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，在教師的指導(dǎo)下，通過“自主、探究、合作”為特征的教學(xué)方法樹立學(xué)生在地理課堂活動(dòng)中的主體性，以小組討論的形式實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成員間的合作交流和智慧共享。[7]從學(xué)習(xí)方式來看，應(yīng)拓展學(xué)生獲取知識(shí)的渠道，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式由“被動(dòng)式接受”為“主動(dòng)探究”。本文基于新課改的內(nèi)容和ArcGIS Online的優(yōu)勢(shì)服務(wù)功能，構(gòu)建ArcGIS Online在地理教學(xué)中的應(yīng)用模式(如圖2)。

圖2 ArcGIS Online在地理教學(xué)中的應(yīng)用模式

2.案例應(yīng)用：澳大利亞

“澳大利亞”作為世界區(qū)域地理的一節(jié)課，其知識(shí)的綜合性、復(fù)雜性和多元性對(duì)學(xué)生來說是難以消化的[8]，本案例按照ArcGIS Online在地理教學(xué)中的應(yīng)用模式，將“澳大利亞”教學(xué)內(nèi)容與ArcGIS Online的服務(wù)結(jié)合起來，為學(xué)生創(chuàng)造出信息化、開放性的地理學(xué)習(xí)環(huán)境。

(1)課前準(zhǔn)備。澳大利亞地處南半球，其獨(dú)特的地形條件對(duì)其氣候、人口和城市的分布產(chǎn)生著一定的影響，但初中生地理空間能力和綜合思維能力較弱，對(duì)教材中獨(dú)立的、靜態(tài)的地圖難以產(chǎn)生空間關(guān)系上的聯(lián)想。因此，本案例通過二維地圖和三維場(chǎng)景將抽象內(nèi)容形象化，將難點(diǎn)內(nèi)容通俗化，將陌生情境熟悉化，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和趣味性。[9]案例的制作分為三步：首先從ArcGIS Online世界動(dòng)態(tài)地圖集中獲取世界經(jīng)緯網(wǎng)數(shù)據(jù)以及澳大利亞的國家分區(qū)、地形、降水、氣溫和人口等地理數(shù)據(jù)，然后通過智能地圖服務(wù)制作展示澳大利亞地理環(huán)境特征的二維地圖和三維場(chǎng)景，并基于“比較地圖和圖層”模板將二維地圖制作成同步展示澳大利亞的地形與城市、人口分布的應(yīng)用程序，最后將制作完成的Web地圖和應(yīng)用程序共享至班級(jí)群組。

(2)課堂應(yīng)用。ArcGIS Online在地理課堂的具體應(yīng)用(如表1)中，教師注重并利用該平臺(tái)豐富地理課堂活動(dòng)，鍛煉學(xué)生的地理實(shí)踐能力；采用多元化的教學(xué)方式幫助學(xué)生建立地理事物的空間概念，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析區(qū)域地理的方法，培養(yǎng)學(xué)生的地理空間素養(yǎng)、區(qū)域認(rèn)知素養(yǎng)和人地協(xié)調(diào)觀念。

表1 ArcGIS Online在地理課堂的應(yīng)用

圖7 “澳大利亞”應(yīng)用程序主頁面

(3)課后鞏固?；贏rcGIS Online從三維立體場(chǎng)景到二維平面地圖多角度地開展地理讀圖活動(dòng)，學(xué)生對(duì)澳大利亞的地理環(huán)境特征也有一定的認(rèn)識(shí)，但學(xué)生的記憶容量是有限的，對(duì)于眾多地理知識(shí)只是處于短時(shí)記憶的狀態(tài)，若想達(dá)到長(zhǎng)期記憶還需在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)。課后教師搜集澳大利亞其他地理數(shù)據(jù)豐富地圖內(nèi)容，基于“展示地圖”應(yīng)用程序模板將地圖制作成應(yīng)用程序，并在該應(yīng)用程序中添加“測(cè)量”、“底圖庫”等工具插件豐富應(yīng)用程序的功能(如圖7)。相對(duì)于傳統(tǒng)的紙質(zhì)版地圖，Web應(yīng)用程序上的地圖可操作性強(qiáng)，可以讓學(xué)生在類似游戲的氛圍中進(jìn)行復(fù)習(xí)，有能力的學(xué)生也可以通過更換底圖和數(shù)據(jù)圖層繼續(xù)探索澳大利亞。

三、結(jié)語

Web GIS是地理信息技術(shù)在新時(shí)代下的產(chǎn)物，它實(shí)現(xiàn)了GIS在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸和發(fā)展，推動(dòng)了地理信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用普及。以ArcGIS Online為例，一方面其云平臺(tái)地理數(shù)據(jù)庫為地理教學(xué)提供豐富多樣的素材，可以生動(dòng)、直觀地展示地理事物的空間性、區(qū)域性和綜合性等特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生探究地理知識(shí)的興趣，提高學(xué)生在信息環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力；另一方面，以其作為地理教學(xué)手段的技術(shù)支撐，改革傳統(tǒng)的地理教學(xué)模式，推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代下的地理教學(xué)活動(dòng)面向信息化的開展。作為教師要響應(yīng)新課改的號(hào)召，積極面對(duì)網(wǎng)絡(luò)化教育帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，充分挖掘Web GIS的教育價(jià)值，將Web GIS與地理教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，以發(fā)揮Web GIS在教育領(lǐng)域的最大優(yōu)勢(shì)。