基于Web的地理实验教学绘图工具的设计与使用——以气温变化观测实验为例

华东师范大学（200062） 李虹霖 苏小兵 李治洪

基于Web的地理实验教学绘图工具的设计与使用
——以气温变化观测实验为例

华东师范大学（200062） 李虹霖 苏小兵 李治洪

一、引言

随着网络和信息技术的发展，传统的教学手段和教学方法发生了改变，教学的信息化和网络化已逐渐成为一种趋势。将网络和信息技术运用于地理教学中，不仅可以为学生提供丰富的学习资源，提高学习效率，同时有助于培养学生对信息的获取、处理和运用的能力。

二、目标和特色

中学地理教材中，包含了许多的地理实验，通过实验的方式来组织学生进行学习，有利于加深学生对知识的理解和记忆，同时能培养学生的动手能力。

在地理实验课中，其中有许多需要用到图表绘制工具，如气象观测、人口与城市发展等。因此，我们设计并开发了基于Web的地理实验教学绘图工具。该工具采用HTML5标准和技术，用户只需安装有浏览器，在联网的条件下便可使用。对于有一定Web开发基础的老师或学生，还可以通过简单的开发接口，非常方便地将该工具集成到自己的应用里。

三、功能详解

该绘图工具设计了三种绘制模式，即：全自动绘制模式、半手动模式和全手动模式。学生可以根据自己的需求选择合适的绘制模式绘图。其中，全自动绘制模式具有动画效果，鼠标移动或单击事件可控制数值标注、图形要素等的显示和隐藏，趣味性的增加有利于增强中学生学习的兴趣。

地理实验教学绘图工具的三种模式各有侧重，老师在教学过程中或学生在实验过程中，根据实验内容的具体要求，可以采用不同的绘制模式。比如，采用全自动模式，可以很快得到最终图形化结果，发现数据分布的规律；采用全手动模式，学生可以体验原始手工图表绘制的过程，从而对根据数据手绘图表有一个完整的感性认识。

1. 全自动模式

全自动模式下，根据数据自动绘图，操作简单、迅速。可以实现线状图、柱形图、条形图、堆积柱形图、面积图、饼图等类型图表绘制（图1）。

图1 全自动模式柱状图

2. 半手动模式

在半手动模式下，设计了绘制点、绘制线、绘制文本、绘制坐标系、擦除、撤销、重做、清空面板等工具，用户可以使用这些工具进行相应的操作来绘制想要的图形。选择该模式后，绘图区即一个空的画板，用户可以选择画板下方的绘图工具绘图。下面以上海市某天气温变化图绘制的全过程介绍半手动模式下的绘图方法。

（1）绘制坐标系

选择绘制坐标系工具（左下角第四个图标），在画板上左下角单击，便以单击点为坐标原点，时刻为横轴，气温值为纵轴，生成坐标系（图2）。坐标系横轴标注的是时刻值，其中纵轴标注是根据气温数值的范围自动计算出来的。

图2 绘制坐标系

（2）绘制点

选择绘制点工具（第一个图标），在相应的位置单击，绘制点。绘制点时，鼠标变成十字丝光标，在鼠标移动过程中，以十字丝中心为交点，分别向X轴和Y轴引出垂线，从而方便学生准确绘制点的位置。点击鼠标，便在当前位置生成一个点（图3）。

图3 绘制点

（3）绘制线

选择绘制线工具（第二个图标），从第一个点开始，在各点的中心位置单击鼠标，连接各点生成折线段，在最后一点双击鼠标，完成折线的绘制（图4）。

图4 绘制线

（4）文字标注

标题等信息可以通过绘制文本工具（第三个图标）来完成。在需要添加文本的位置单击，会出现一个输入框，在其中输入需要添加的文本内容，输入完毕后，在输入框以外的任意区域单击，完成文本绘制（图5）。

图5 绘制文本

（5）其它工具介绍

此外，用户可以使用橡皮擦工具（第五个图标），在需要擦除的地方单击，便可以将该处的图形擦掉。使用撤销工具（第六个图标）可以撤销前一次的绘图操作。使用重做工具（第七个图标）恢复前一次的撤销操作。使用清除工具（最后一个图标）清空整个画板。最后完成的结果如图6所示。

图6 半手动模式绘制结果

3. 全手动模式

全手动模式与半手动模式功能相似。它与半手动模式不同之处在于，它没有自动绘制坐标系工具，用户需要通过绘制点、线、文本的操作来手动绘制坐标系。

四、在气温变化观测实验中的应用

地理实验教学绘图工具适用于所有绘图实验，具有通用性。目前，许多中学都建有自己的气象观测小台站。本文以全自动模式在气温观测实验系统中绘制气温变化图为例，介绍地理实验教学绘图工具在地理实验教学中的应用。

本示例中的气温观测数据放在网络上的一个数据库中，观测数据每隔一定间隔（如15分钟）采集一次。我们可以选择自己感兴趣的地点、时间的数据，绘制气温变化图，运用气温变化图，描述、分析各地区的气温变化特征，认识气温的季节变化与地区差异。

这里，我们通过网络向数据库中读取某一天24小时，以每小时为单位的气温观测数据，然后根据数据绘制图表，并将图表进行分析，最后生成实验报告。

1. 感性认识

用户根据自己对分析地区的了解或亲身体验，写下对当地某一天气温变化的感性描述，完成描述后，提交按钮将描述内容提交到系统，以便后面实验报告的形成（图7）。

图7 感性认识

2. 选择数据

通过系统提供的地图和日历表，用户可以从数据库服务器提取某地、某日的气温数据。用户可以根据需求选取多组数据，如选取不同地点相同日期或相同地点不同日期等数据，来分析同一时期不同地方的气温差异或同一地区不同时期的气温差异等现象（图8）。

3. 绘制图表

选取数据后，用户可以根据自己的需要，从三种绘图模式中选择一种，以提取的数据为数据源，绘制气温变化图。图9是选择上海2012年5月4日的气温观测数据，全自动模式绘制气温变化图的结果。

4. 分析与结论

根据气温变化图对相关地区、相应季节的气温情况及变化规律进行分析，将分析所得的结论填写在结论文本区（图10），提交到系统中，以形成实验报告。

图8 选择数据

图9 全自动绘图模式

图10 分析与结论