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)劃國家級實驗教學(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、時空關(guān)系及其相關(guān)性，強調(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。[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，但中學(xué)生知識儲備量少，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和時空跨度大的地理現(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，它在計算機系統(tǒng)的支持下，采集、存儲、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，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。隨著地理新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實行，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，為地理課程的實施提供便捷可行的平臺，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。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，該平臺提供數(shù)據(jù)圖層服務(wù)、智能制圖服務(wù)和應(yīng)用程序服務(wù)，教師可以在線免費訪問全球范圍內(nèi)高質(zhì)量的地理數(shù)據(jù)圖庫，輕松實現(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)計數(shù)據(jù)和反映地球自然災(zāi)害的觀測數(shù)據(jù)等。[6]教師可以對這些數(shù)據(jù)重復(fù)使用、任意組合來展示地理事物的時空特征，例如展示臺風(fēng)路徑的變化、新冠疫情的發(fā)展趨勢和各國人口數(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方面。首先如圖1所示，在制作地圖時，該平臺會自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并推薦最優(yōu)的可視化方式，幫助師生簡易、直觀、快速地配置圖層符號，不需要師生具有專業(yè)的制圖知識和軟件技能。[6]其次，教師可以通過添加“點、線、面”圖層符號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)了隨時隨地展示、查詢和分析Web地圖或場景中的數(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)勢特點

ArcGIS Online云平臺(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世界動態(tài)地圖集會以適當(dāng)?shù)念l率更新，具有一定的時效性和權(quán)威性，教師可以隨時選取合適的教學(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“全球場景”或者“局部場景”用仿真的方式模擬地理情景，增強學(xué)生對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)建課程資源群組實現(xiàn)教師間的交流研討、學(xué)生間的互動探究，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)航等工具頁面簡單，操作難度低，利用這些工具把地理實踐活動穿插在地理教學(xué)之中，讓學(xué)生在人機交互的過程中實現(xiàn)理論知識的遷移應(yīng)用，進(jìn)而鍛煉學(xué)生的綜合思維和地理實踐力。

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：“改變課程實施過程中過于強調(diào)接受學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識能力、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。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)生在地理課堂活動中的主體性，以小組討論的形式實現(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)生獲取知識的渠道，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式由“被動式接受”為“主動探究”。本文基于新課改的內(nèi)容和ArcGIS Online的優(yōu)勢服務(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，其知識的綜合性、復(fù)雜性和多元性對學(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，其獨特的地形條件對其氣候、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，對教材中獨立的、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景將抽象內(nèi)容形象化，將難點內(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)的主動性和趣味性。[9]案例的制作分為三步：首先從ArcGIS Online世界動態(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豐富地理課堂活動，鍛煉學(xué)生的地理實踐能力；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從三維立體場景到二維平面地圖多角度地開展地理讀圖活動，學(xué)生對澳大利亞的地理環(huán)境特征也有一定的認(rèn)識，但學(xué)生的記憶容量是有限的，對于眾多地理知識只是處于短時記憶的狀態(tài)，若想達(dá)到長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“測量”、“底圖庫”等工具插件豐富應(yīng)用程序的功能(如圖7)。相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)版地圖，Web應(yīng)用程序上的地圖可操作性強，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)在新時代下的產(chǎn)物，它實現(xiàn)了GIS在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸和發(fā)展，推動了地理信息技術(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、直觀地展示地理事物的空間性、區(qū)域性和綜合性等特點，激發(fā)學(xué)生探究地理知識的興趣，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“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代下的地理教學(xué)活動面向信息化的開展。作為教師要響應(yīng)新課改的號召，積極面對網(wǎng)絡(luò)化教育帶來的機遇與挑戰(zhàn)，從實際出發(fā)，因地制宜，充分挖掘Web GIS的教育價值，將Web GIS與地理教學(xué)有機地結(jié)合在一起，以發(fā)揮Web GIS在教育領(lǐng)域的最大優(yōu)勢。