汪 超 張海峰

（1. 青海師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 青海 西寧 810008; 2. 安徽省安慶市第十中學(xué), 安徽 安慶 246001;3. 高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院, 青海 西寧 810008）

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和教師地理信息技術(shù)能力的提高，基于微信公眾號(hào)、谷歌地球、在線街景地圖、百度人口熱力圖、百度遷徙數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)、短視頻、微博等與生活息息相關(guān)的各種大數(shù)據(jù)資源不斷被運(yùn)用到中學(xué)地理教學(xué)中。近年來，隨著教師ArcGIS軟件操作技能的提高以及學(xué)校多媒體教學(xué)設(shè)備的完善，通過ArcGIS軟件將多源大數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空可視化教學(xué)已成為一種趨勢(shì)。在具體的課堂教學(xué)過程中，教師通過操作ArcGIS軟件或者直接展示各種大數(shù)據(jù)資源平臺(tái)的內(nèi)容，例如，基于百度大數(shù)據(jù)平臺(tái)的熱力圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察并發(fā)現(xiàn)地理問題，總結(jié)地理規(guī)律。很多地理事物在空間可視化表達(dá)中一目了然，有效提高了課堂教學(xué)效率。

地理空間大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、內(nèi)容豐富、處理速度快的特點(diǎn)，其能夠從時(shí)空角度描述和解釋人地系統(tǒng)，并在更大尺度和更深層次上挖掘出有效空間信息，從而較大程度地體現(xiàn)地理信息的服務(wù)價(jià)值。POI興趣點(diǎn)本身就是一類比較完善的地理空間大數(shù)據(jù)，以POI興趣點(diǎn)為主要代表的地理空間大數(shù)據(jù)目前在人文地理學(xué)相關(guān)問題研究中被廣泛運(yùn)用，尤其是在城市研究上，POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)的興起帶來了巨大的革新與機(jī)遇。POI興趣點(diǎn)為研究城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)、劃分城市功能區(qū)、分析城市間相互作用、總結(jié)城市空間發(fā)展規(guī)律及趨勢(shì)等方面提供了新的研究視角，越來越多的學(xué)者關(guān)注其在城市研究中的應(yīng)用。[1]在教學(xué)中，教師借助ArcGIS軟件將POI興趣點(diǎn)等地理空間大數(shù)據(jù)運(yùn)用在高中地理教學(xué)中，充分體現(xiàn)了《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）關(guān)于“利用地理信息技術(shù)，營造直觀、實(shí)時(shí)、生動(dòng)的地理教學(xué)環(huán)境”的理念。[2]

一、POI數(shù)據(jù)介紹

POI數(shù)據(jù)是一種代表著地理實(shí)體且含有空間位置及屬性信息的點(diǎn)狀空間數(shù)據(jù)，例如，政府事業(yè)單位等工作場(chǎng)所、商業(yè)設(shè)施、生活設(shè)施、公共文化設(shè)施、住宅及其他各類城市設(shè)施等，也可以是用戶停留的點(diǎn)或移動(dòng)軌跡點(diǎn)。POI數(shù)據(jù)主要通過網(wǎng)站開放的API接口檢索、網(wǎng)絡(luò)爬蟲或特定的采集軟件獲取，主要包括電子導(dǎo)航地圖POI數(shù)據(jù)（高德、百度和騰訊地圖）、LBS簽到POI數(shù)據(jù)（論壇、微博和大眾點(diǎn)評(píng)）、手機(jī)信令POI數(shù)據(jù)（移動(dòng)、聯(lián)通和電信公司）等。主要應(yīng)用于探討城市設(shè)施空間格局、城市設(shè)施可達(dá)性、城區(qū)職住關(guān)系、城市功能區(qū)劃分、業(yè)態(tài)集聚分析、城市中心區(qū)或邊界識(shí)別、興趣點(diǎn)推薦（選址匹配的最優(yōu)解問題）等領(lǐng)域。目前對(duì)POI數(shù)據(jù)研究的方法主要包括基于核密度分析、聚類分析等空間分析方法以及基于空間自相關(guān)分析、多元回歸分析等統(tǒng)計(jì)分析方法兩大類。

本文通過Python編程，借助高德地圖開放的API接口，爬取成都市、重慶市、蘭州市和西寧市的全類型POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)（見表1），通過Python編程在安居客網(wǎng)站爬取2021年3月份西寧市主城區(qū)全部類型房?jī)r(jià)數(shù)據(jù)（見表2）。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“清洗”，刪除重復(fù)、無效和錯(cuò)誤的點(diǎn)后，將POI興趣點(diǎn)導(dǎo)入ArcGIS軟件中進(jìn)行可視化表達(dá)，結(jié)合百度街景地圖和Google Earth影像圖，探究POI數(shù)據(jù)及其他大數(shù)據(jù)在“城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)”一課中的應(yīng)用。

表1 Python爬取的高德地圖POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)

表2 Python爬取的安居客房?jī)r(jià)數(shù)據(jù)

二、課標(biāo)內(nèi)容要求和教學(xué)目標(biāo)

新課標(biāo)內(nèi)容要求：“2.2結(jié)合實(shí)例，解釋城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，說明合理利用城鄉(xiāng)空間的意義”。結(jié)合學(xué)生所在城市西寧市，輔以西寧市POI興趣點(diǎn)、百度街景地圖、2005-2019年Google Earth影像圖及其他資料，使用相關(guān)地理信息技術(shù)探究西寧市城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。

教學(xué)目標(biāo)：通過展示在線百度街景地圖對(duì)西寧市進(jìn)行功能分區(qū)；借助Google Earth展示西寧市2005-2019年城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)變化，了解城市地域結(jié)構(gòu)的形成過程；分別將西寧市住宅、商業(yè)、工業(yè)的POI興趣點(diǎn)與房?jī)r(jià)（房?jī)r(jià)POI數(shù)據(jù)已在ArcGIS中生成插值面）疊加，探究房?jī)r(jià)的影響因素，然后展示圖片、視頻等資料，了解可能影響房?jī)r(jià)的其他因素；通過讀圖，分析各類土地利用的付租能力與各功能區(qū)布局的關(guān)系。

三、教學(xué)重點(diǎn)

總結(jié)城市住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等功能區(qū)的空間分布特征；分析房?jī)r(jià)的影響因素；理解各類土地利用的付租能力與各功能區(qū)布局的關(guān)系（地租曲線理論）。

四、教學(xué)應(yīng)用

1.課前準(zhǔn)備

收集西寧市地圖、衛(wèi)星影像圖、西寧市歷年總體規(guī)劃圖；了解自己所知道的小區(qū)、重要商場(chǎng)、工業(yè)園區(qū)的位置及周邊交通等環(huán)境；登錄安居客網(wǎng)站了解從商業(yè)中心到郊區(qū)的房?jī)r(jià)變化。

2.新課導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境

教師將成都市、重慶市、蘭州市的全類型POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中，展示三個(gè)城市的外部形態(tài)，學(xué)生比較三個(gè)城市外部形態(tài)的差異。成都市的外部形態(tài)為團(tuán)塊狀，蘭州市的外部形態(tài)為條帶狀，重慶市的外部形態(tài)為組團(tuán)狀。影響不同地區(qū)城市外部形態(tài)的因素有所差異（見表3）：團(tuán)塊狀形態(tài)的城市主要分布在平原地區(qū)，受地形影響；條帶狀形態(tài)的城市主要分布在河谷和鐵路線地區(qū)，受地形、水系和交通線因素影響較大，西寧市形態(tài)也屬于條帶狀；組團(tuán)狀形態(tài)的城市主要分布在河流交匯處和丘陵山區(qū)，受地形和水系影響較大。

表3 不同地區(qū)的城市外部形態(tài)及影響因素

教師提問：城市外部形態(tài)主要有3種，那么城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？

3.教師示范，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)

教師課前布置作業(yè)，讓學(xué)生確定自己所了解的小區(qū)、重要商場(chǎng)和工業(yè)園區(qū)的名單，在地圖上分別找到其位置并總結(jié)周邊環(huán)境。教師通過示范百度街景地圖，帶領(lǐng)學(xué)生一起尋找住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等功能區(qū)及其空間分布特征。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察西寧市歷年總體規(guī)劃圖，探究城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成和影響因素。

教師親自示范百度街景地圖如何使用，讓學(xué)生對(duì)城市內(nèi)部功能區(qū)劃分有直觀的了解，感受各功能區(qū)的空間位置特征，了解城市地域結(jié)構(gòu)的變化。學(xué)生自己操作和截圖，也為下一環(huán)節(jié)的小組合作探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

4.小組合作，協(xié)作加工

探究一：功能區(qū)劃分和空間分布特征

將全班學(xué)生分成3組，分別是住宅區(qū)組、商業(yè)區(qū)組和工業(yè)區(qū)組。以POI興趣點(diǎn)為基礎(chǔ)，依托百度街景地圖，每個(gè)小組對(duì)所分配功能區(qū)的功能和空間分布特點(diǎn)進(jìn)行討論。

學(xué)生通過各功能區(qū)POI興趣點(diǎn)的名稱，在百度街景地圖中搜索地址，并對(duì)各功能區(qū)外部環(huán)境截圖，將截圖放到小組PPT中并做簡(jiǎn)要說明（見圖1）。通過10分鐘左右的小組協(xié)作探究，成員共同整理出要匯報(bào)的內(nèi)容，每個(gè)小組派代表在全班進(jìn)行匯報(bào)。

圖1 小組PPT截圖

探究二：城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成和變化

教師展示西寧市歷年總體規(guī)劃圖，并補(bǔ)充Google Earth影像中西寧市2005-2019年城市空間結(jié)構(gòu)變化對(duì)比圖（見圖2），總結(jié)城市地域結(jié)構(gòu)的變化。然后按照之前的分組，繼續(xù)探究城市地域結(jié)構(gòu)形成的影響因素：經(jīng)濟(jì)因素組、自然因素組、社會(huì)因素組。經(jīng)濟(jì)因素方面，教師分別提供西寧市住宅、商業(yè)、工業(yè)的POI興趣點(diǎn)與房?jī)r(jià)疊加圖（見圖3、圖4、圖5）。

圖2 Google Earth影像中西寧市2005-2019年城市空間結(jié)構(gòu)變化對(duì)比圖

圖3 住宅區(qū)與地價(jià)分布

圖4 商業(yè)區(qū)與地價(jià)分布

圖5 工業(yè)區(qū)與地價(jià)分布

學(xué)生通過房?jī)r(jià)疊加圖，以及自己在網(wǎng)上搜索的圖片、視頻資料，總結(jié)影響城市地域結(jié)構(gòu)的因素，通過10分鐘左右的小組探究，成員共同整理出要匯報(bào)的影響因素內(nèi)容，每個(gè)小組派代表進(jìn)行匯報(bào)。

5.匯報(bào)交流，主動(dòng)發(fā)展

(1)功能區(qū)劃分和空間分布特征

小組代表分別把探究整理出的功能區(qū)空間分布特征相關(guān)內(nèi)容在全班匯報(bào)（見表4），教師列出要點(diǎn)，其他組可以就匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，通過主動(dòng)匯報(bào)交流，學(xué)生獲得發(fā)展。

表4 學(xué)生自主探究匯報(bào)內(nèi)容

(2)城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成和變化

城市地域結(jié)構(gòu)包括同心圓模式、扇形模式、多核心模式。根據(jù)《西寧市城市總體規(guī)劃2001-2020》以及Google Earth影像中西寧市2005-2019年城市空間結(jié)構(gòu)變化對(duì)比圖可以發(fā)現(xiàn)，西寧市地域結(jié)構(gòu)從原來的以城東舊城為中心的單核心模式，逐步向多中心、組團(tuán)式發(fā)展模式演進(jìn)。原來城市“十”字型中心位置的大十字百貨商圈繼續(xù)承擔(dān)金融商貿(mào)、商業(yè)零售功能。而在海湖路以東至南川河以西區(qū)域，重點(diǎn)布局了文教科研、行政辦公、休閑娛樂等場(chǎng)所，形成新的城市中心，城市向多中心發(fā)展。

通過西寧市住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)的POI興趣點(diǎn)與房?jī)r(jià)疊加圖，總結(jié)房?jī)r(jià)與各功能區(qū)空間分布的關(guān)系。西寧市房?jī)r(jià)最高的區(qū)域在城西區(qū)，主要包括虎臺(tái)街道東北部、萬達(dá)新區(qū)東北部、興海路街道北部，房?jī)r(jià)基本呈現(xiàn)出由以上三個(gè)街道向四周遞減、由城區(qū)向城市外圍遞減的態(tài)勢(shì)。影響地租高低的因素主要包括以下幾方面。

第一，經(jīng)濟(jì)因素（最主要）：距離市中心遠(yuǎn)近、交通便捷程度。從房?jī)r(jià)趨勢(shì)上可以發(fā)現(xiàn)高值區(qū)域面積最大的區(qū)域主要集中在力盟-新華百貨、城中大十字百貨附近，它們接近城市的幾何中心，不僅是西寧市兩大發(fā)展核心，也是人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)重心，距離商業(yè)中心越近，土地租金越高；同時(shí)交通也是影響房?jī)r(jià)的一個(gè)重要因素，這兩個(gè)地區(qū)交通通達(dá)度高，土地租金也高。

第二，環(huán)境因素：通過圖3-圖5中的地價(jià)分布可以發(fā)現(xiàn)，海湖新區(qū)房?jī)r(jià)最高值并不在萬達(dá)廣場(chǎng)位置，而是在萬達(dá)廣場(chǎng)東北部的海虹壹號(hào)、中房-薩爾斯堡一帶。結(jié)合百度地圖可以知道：海湖新區(qū)高值區(qū)域及次值區(qū)域均沿湟水河分布；中房-薩爾斯堡附近有西郊樂園、海湖濕地公園分布。西寧本身位于西北高原內(nèi)陸地區(qū)，冬季草木凋零，優(yōu)美的環(huán)境成為該區(qū)域房?jī)r(jià)較高的主要因素。

第三，社會(huì)因素：包括收入水平、歷史、種族、宗教、行政、社會(huì)知名度等。例如，城東區(qū)是西寧市的傳統(tǒng)中心，也是回族和藏族人口的聚居區(qū)。曾經(jīng)西寧長(zhǎng)期的單中心、放射狀空間格局，使得人流、物流和交通流過于集中在軸線交匯處的老城中心，住房、廠房建設(shè)“見縫插針”式發(fā)展，使城市建設(shè)密度過大。房屋和人口的高度密集，導(dǎo)致環(huán)境惡化、交通擁擠、建設(shè)用地緊張、城市綠化率低等一系列城市問題，因此，這里的房?jī)r(jià)相對(duì)較低。

住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)是城市3個(gè)主要功能區(qū)，城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)因素是影響城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)形成的最主要因素。通過學(xué)生探究和總結(jié)匯報(bào)，驗(yàn)證了地租曲線的正確性（PPT展示“各類土地利用付租能力隨距離遞減示意圖”）：商業(yè)多分布在房?jī)r(jià)較高的區(qū)域，工廠多分布在遠(yuǎn)離城市中心的外圍且地價(jià)相對(duì)較低的地區(qū)，城市內(nèi)部每塊土地被用于哪種活動(dòng)取決于各種活動(dòng)能夠付出的租金高低。但是，除了經(jīng)濟(jì)因素，社會(huì)和環(huán)境等因素的優(yōu)劣也會(huì)影響城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的變化。