基于GIS的地理教学辅助系统及其实例

华东师范大学地理学系（200062） 查志江 段玉山 王家伟

华东师范大学地理系与上海恺擎软件开发有限公司共同开发了“地理信息系统（GIS）教学平台”，该平台包括：“基于GIS的地理教学辅助系统”、“GIS研究性学习系统”、“遥感空间信息教学实验系统”、“GPS实验教学系统”。 “地理信息系统（GIS）教学平台”采用完全自主知识产权的组件GIS底层平台为技术内核，不依赖昂贵的商业GIS软件，有利于软件的大规模推广。本文主要介绍针对教师的“基于GIS的地理教学辅助系统”及其在实际地理教学中的应用。

一、“基于GIS的地理教学辅助系统”主要功能

1．GIS基本功能

该软件涵盖GIS商业软件大多数功能，可以满足地理教师的上课操作。这些功能包括：GIS地图基本操作（放大、缩小、漫游、地图量算、比例尺控制等）、鹰眼视图、图层控制、图形负载量控制、图形数据的查询、专题图制作、空间分析（空间关系查询、缓冲区分析、空间叠置分析、网络分析等）。

2．教学辅助功能

“基于GIS的地理教学辅助系统”定位是辅助中学教师地理教学，教学数据丰富、教学案例简单易懂是软件最大的特点。

软件附带大量的地理底图、地形图和专题图，满足地理教师在进行地图知识、中国地理、世界地理和高中地理课件整合时的地图需求。教师可以借助专题地图丰富多样的表现形式以及简便的GIS操作方式，实现地理信息数据的查询、统计分析和结果的直观显示。该软件还包括了一些高级的GIS空间查询、空间分析功能，教师可利用其教授一些其他教学方法无法呈现的特定知识点，如通过缓冲区分析表达某一地理要素的属性影响范围，包括污染源的有害范围、集水区范围、经济辐射区域等。

软件根据教学大纲提供大量的预先制作的教学案例。教师教学过程中通过案例向导可以快速加载对应的地图数据以及完成空间分析和专题制图等操作，有一定计算机基础的教师还可灵活地改变案例中默认的专题地图设置以及空间分析的参数设置，以此通过简便的GIS操作方式，利用专题地图丰富多样的表现形式和GIS强大的空间分析能力，辅助教师的地理教学。

二、“地理信息系统教学辅助平台”主要界面

软件主界面分为标题栏、菜单栏、工具栏、工作空间、图例、状态栏和地图显示面板（图1）。其中工作空间为软件不同于其他商业软件的最大特点。GIS工作空间主要包括三部分：数据、专题地图、案例。

图1 “地理信息系统教学辅助平台”主界面

1．数据

数据页显示可以加载的图层或者表格数据项，双击数据项或者拖拽图层数据项到地图显示面板均可以加载显示此数据。数据项包含以下五种数据类型：点图层数据、线图层数据、面图层数据、栅格图层数据、表格数据。

2．专题地图

专题地图主要分为预置专题地图和自定义专题地图，预置专题地图是系统自带，用户可以将当前地图面板中显示的内容保存到自定义专题地图里面。在此说明一下，保存在自定义专题图里的地图，每一个地图是以该地图最后一次保存的为准，与其它地图没有影响。在工具栏点击可以新建一个地图。

3．案例

案例页存储所有可以加载的教学案例，下文将详细阐述具体案例。

三、“地理信息系统教学辅助平台”GIS工作空间案例详细介绍

GIS工作空间面板第三页为案例面板（图2），案例面板上方窗口1可以根据自己需要显示GIS操作说明或问题思考与教学提示等。窗口1下方有三个按钮，单击可以在窗口1中显示GIS操作说明，单击显示问题思考，单击打开当前案例的详细操作说明文档。右下方窗口2显示当前添加图层，窗口2右方按钮为案例每个步骤所需进行的GIS操作，如表示加载数据，表示设置当前专题地图，表示设置图层标注，表示进行条件查询等。这些GIS操作都有系统默认参数设置，方便对平台不熟悉的教师操作。窗口2下方显示当前所进行GIS操作步骤数，单击为关闭当前案例，单击表示下一步，单击表示返回上一步。

图2 案例面板界面

本文所选取的教学案例为“地震与板块”，该案例设计参照地理课程标准必修地理1中的“自然环境中的物质运动和能量交换”，与地理教材相关内容略有不同，可以互为补充，作为地理教师的教学参考。

【步骤1】

在案例面板中选择“地震与板块”这一案例。进入案例，单击窗口2右边加载按钮，加载全球板块分布图；单击设置标注按钮，添加板块名称。所得结果如图3所示。

图3 板块分布图

教学提示：加载板块图，我们可以发现加载的板块图与课本所学六大板块并不完全相同，这是因为使用地图数据中的板块划分更为详细，每一个大的板块都分为许多小的亚板块。从这张板块图中，教师可以引导学生认识到板块内部不一定是稳定的，板块内部同样有地壳的相互运动，也可以发生地震与火山。板块边界主要有三种：生长边界，即两个相互分离的板块之间的边界；消亡边界，两个相互挤压的板块之间的边界；守恒性边界，两个相互剪切滑动的板块之间的边界。地震最有可能发生在消亡边界。通过步骤2，我们可以观察地震分布与板块之间的关系。

思考与提问：是不是六大板块内部就没有地壳运动了呢？我国东部沿海位于哪个板块？

【步骤2】

图4 地震板块分布图

教学提示：地图中每个点代表一次地震，我们发现这五年当中，地震发生的次数非常的频繁。世界上有两大地震带——环太平洋地震带、地中海—喜马拉雅地震带，世界上约95%的地震分布在这两大地震带上。将地震分布图与步骤1加载的板块图进行叠加，可以看出地震与板块分布的规律，地震大多数分布在板块边界处尤其是消亡边界，世界两大地震带均分布在板块消亡边界附近。

一般说来，3级以下地震人感觉不到，称为微震；5级以上的地震会造成不同程度的破坏，称为破坏性地震，绝大部分地震人类感觉不到。

思考与提问：地震每年发生次数这么多，我们怎么都不知道？地震分布有什么规律？为什么？

【步骤3】

图5 地震板块世界行政区分布图

图6 我国地震分布与板块图

教学提示：加载世界行政图，通过世界行政图与板块图的叠加可以看到中国及世界一些主要国家与板块的位置关系。我国东部沿海位于太平洋板块与亚欧板块交界处，西南边界位于亚欧板块与印度洋板块的交界处。因此我国东部沿海与西南边界都是地震多发地带。可以观察世界上其他一些地震多发国如日本、秘鲁。

思考与提问：我国位于哪些板块的交界处？我国地震频繁的原因？你还能找出其他地震频发的国家吗？

【步骤4】

图7 震源深度小于70千米且震级大于7的地震

教学提示：地震的破坏程度也称为烈度，烈度与地震等级及震源深度密切相关，相同情况下，震级越大，震源深度越浅，地震破坏程度也越严重。此处学生容易混淆震级和烈度两个概念，震级反映地震的大小，只跟地震释放的能量多少有关，而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。烈度不仅跟震级相关，同时还跟震源深度、距离震中的远近、地震波通过的介质条件、房屋结构、地震发生时间等多种因素相关。震源深度<70公里为浅源地震，相同情况下会造成更大的破坏。

思考与提问：是否地震就一定会对人类造成严重破坏？影响地震破坏程度的因素有哪些？（除了上述两个因素还有建筑物抗震、地震时间等）用所学解释唐山地震烈度大的原因（震级大、震源深度浅、夜晚、房屋多砖瓦结构）。