基于大数据可视化视角的地理教学探索

童燕

摘 要：信息技术的发展使得大数据在高中地理教学中的运用愈加广泛。教学实践表明：大数据可视化对高中地理教学的课前预习摸底、学情把握，课堂高效教学，课后延伸探究、提升学科素养等起到了很强的辅助作用。大数据可视化在助力高中地理教学的同时也对一线教师提出了新的挑战，教师只有将大数据技术与实际教学相结合才能使其真正助力地理教学。

关键词：大数据;可视化;地理教学

中图分类号：G633.55        文献标识码：A        文章编号：1005-5207（2022）03-0059-04

随着大数据技术体系的日趋成熟，大数据技术已广泛应用到各行业领域，如教育行业。2019年末的疫情使得大数据技术在教育行业快速发展，网络课程、网络教学让一线教师更直观地感受到了大数据技术的辅助教学功能。与此同时，地理学科在大数据的影响下也发生了深刻变革[1]，利用大数据辅助地理教学已成为一种学科教学趋势。

常见的大数据可视化工具有线上可视化平台（如百度迁徙平台、百度热力图等可直接在原有平台上进行可视化操作）和线下可视化工具（如Excel可视化表达、Google Earth可视化表达等，将有关数据导入进行相关数据的可视化表达）。[2]大数据可视化对高中地理课堂的课前预习摸底、课堂教学融合、课后延伸探究起到了很强的辅助作用，从而提高了教学效率，激发了学生的学习兴趣并提升学习能力。

一、課前预习摸底， 精准了解学情

传统的教学模式将教师的“教”与学生的“学”禁锢在课堂有限的40或45分钟里，不仅限制了学生的自主学习，还不利于教师了解学情。教师了解学生的最主要方式是通过课堂反馈、课后练习以及考试成绩，而仅通过课堂教学实施了解学生实际情况不利于课堂的高效教学，因课堂教学效率有赖教师的临场应变能力与积累的教学经验。虽然教师也会布置课堂预习作业，但课堂时间受限于学生个体差异导致教师很难进行预习摸底，纯粹看学生的自主能力和自觉性。受限于教学环境，教师对于预习情况往往也缺乏统计，只是在其心中有大概印象，事倍功半。大数据教学是一种意识，更是一种思维方式，可以改变教学生态。[3]大数据技术的出现让信息的传递更加便捷高效，让教师可以更全面地掌握学生的实际情况。

教师可通过网络教学云平台发布课前预习任务，利用平台便捷、高效的优势对学生预习答题情况进行统计。通过数据可视化准确掌握学生的课前预习状况（预习提交情况、预习成绩分布等）;接收学生预习过程中的反馈信息;辅助教师精准了解学生实际情况，为课堂重难点的顺利展开奠定坚实基础（图1）。大数据可视化技术还可扩大样本数据，将行政班的课前预习情况扩大至自己的所有教学班，乃至整个年级。对比分析为优化调整各班的具体课堂教学计划提供有力依据，从而保障课堂教学工作顺利开展，进一步实现因材施教。对于个体，大数据可视化还可寻找不同学生的预习薄弱点，教师课堂可展开个性化提问，提升教学的针对性和有效性。

课前预习数据可视化工具往往为线上可视化平台。现今，平台选择多样，操作简单高效，如学科网、课后网、钉钉等，但对学校硬件设施及学生学习设备配套要求较高。

二、课堂教学融合，提升教学效率

数据图像比简单数据罗列更引人注目。由于学科的自身特点，高中地理教学在课堂中往往会借助案例教学进行数据呈现。对于数据化案例，数字的直接呈现很难引起大部分学生的注意力。在表现地理要素间的相互关系、地理事物的空间分布、地理现象的演变过程等方面，地理图像具有显著优势。[4]通过大数据可视化将数据转化为数据图，甚至三维地图，可以让学生更直观地感受到数据所要表达的信息。通过数据资源设计地理教学过程也有利于教师操作实施、辅助课堂教学、提高教学效率。[5]如湘教版高中地理“人口迁移”中，以“疫情与人口迁移”为案例进行教学，完成“理解人口迁移的方向和影响因素”教学目标。

材料：“九省通衢”的武汉经济崛起迅速，2019年中国各大城市流动人口数量排名中武汉位居第15名。据统计年鉴显示，“净流入人口从2009年的74.45万增至2015年的230万，至2019年常住流动人口数量达287万人。”武汉作为人口流入地区，流入人口中省内其他地区占较高比重，省外流入人口主要来自河南和湖南等。研究发现疫情早期国内病例数与湖北人口流出量的相关系数为0.821，与湖北病例相关系数达0.991 8。[6]

传统的课堂教学处理往往是通过材料展示，教师引导学生得出答案（武汉地理位置优越、交通便利、经济发展迅速、城市吸引力大。春节返乡是这次疫情大规模传播的重要影响因素），教师以讲授式或启发式教学为主，缺乏对学生地理实践力和区域认知等核心素养的培养。文字材料的呈现对于活跃课堂氛围的作用不大，很难给学生视觉冲击，难以让学生思考分析，层层深入。

若运用基于大数据可视化的课堂教学处理，则能取得较好的教学效果，具体操作流程如下：第一步，以大数据可视化为手段创设真实情境，给予学生充分的思考探究空间。第二步，发现并提出问题，引导学生从情境的现实问题中挖掘出可探究的教学问题。第三步，问题生成后，引导学生合作探究，寻找解决问题的方法。第四步，师生对活动进行归纳总结，提出意见和建议。

【情境创设】在上述文字材料的基础上，基于大数据可视化处理后得出武汉2020年1月22日迁出主要目的地示意图（数据来源：百度迁徙，图略）与截至2020年1月27日全国疫情空间分布图（显示各省区疫情等级分布，其中浙江、广东、河南、湖南、重庆等地疫情人数超100人，图略）。

【提出问题】引导学生阅读文字材料和图像信息，提出自己想探究的1～2个问题，教师在广泛收集学生提出的问题的基础上，确认与本节课教学主题相吻合的2个问题：①分析武汉疫情快速传播至全国各地的原因。②与武汉不相邻的浙江和广东为什么疫情会如此严重？

【问题探究】关联问题探究，逐一突破。问题1：两图对比，再辅以全国交通网图，引导学生小组合作探究，形成文字描述，组内达成共识并派代表发言陈述，分享探究成果。活动过程中教师要引导学生区分人口迁移与人口流动。我国春运期间相当部分人口流动与人口迁移有关。问题2：深入探究分析与武汉不相邻的浙江和广东为何疫情会如此严重（辅以武汉作为新一线城市，与一线城市和其他新一线城市的经济互动往来资料），进而引出影响人口迁移的因素与人口迁移的方向，延伸问题为人口迁移的时空特点，得出活动结论。

【归纳提升】对活动进行归纳总结。这次疫情大规模传播的重要影响因素是春节返乡。具体而言，可分为以下四点：①周边省份务工流——武汉是华中地区最大的城市，对周边省份辐射力强;②大学生——武汉是华中地区的科教中心;③商务客——武汉交通便利，是商贸物流发达的工商业城市;④旅客（武汉出游、武汉中转）等。区分人口迁移与人口流动。深入分析与武汉不相邻的浙江和广东疫情如此严重的主要原因与商务客（浙商、粤商）密切相关，得出影响人口迁移的因素中，起主导作用的往往是经济因素。进一步归纳引出人口迁移的主要因素：自然因素（气候、土壤、水、矿产资源）、人文因素（经济、政治、军事、文化等）。在特定的时空，任何一种因素都有可能占主导。通过对两个问题的探究学习，学生对地理思维及地理过程的发生和发展有了进一步体验。学生能够描述人口迁移的时空特点及其影响因素。

上述教学活动，通过大数据可视化的技术处理，让武汉地理位置、人口迁移、疫情分布等信息，直观地展示在学生面前，学生可直接从大数据可视化图中获取关键信息，并将枯燥的陈述性知识转换为有趣的地理问题，培养了学生获取地理信息和主动学习的能力并激发其学习兴趣，符合《普通高中地理课程标准（2017年版）》提出的地理核心素养要求。

三、课后延伸探究，提升学科素养

地理课堂实例往往是全国乃至世界的典型案例，学生学习相应知识之后可对身边的事物加以佐证或预测。大数据可视化可帮助学生探究身边的地理现象，切实增强学生的地理实践力和区域认知等学科素养。如学习了“疫情与人口迁移”之后，教师为学生提供全国各省市“疫情小区”分布情况相关数据，供学生学习处理。全国各省市“疫情小区”分布数据来源于腾讯看点“疫情小区”查询平台，通过“八爪鱼”（一款网络数据采集小软件）爬取，截至2020年2月10日共7 900条（图2）。

大数据可视化可选择带有地图图表的可视化软件（如BDP），将经纬网填充到相关地图中即可，也可启动常用软件Excel的三维地图可视化插件（2016以上版本开始运行）进行可视化处理。这里以Excel三维地图可视化为例，介绍疫情小区大数据可视化表达。

1.启动Excel三维地图可视化插件

首次使用需手动开启。点击“文件”→“选项”，在窗口处点击“加载项”，选择“com加载项”，勾选“Microsoft Power Map for Excel”选项即可。

2.创建三维地图与添加数据

点击“插入”→“三维地图”→“打开三维地图”。选择数据表格中所有需要进行可视化处理的数据，点击“插入”→“三维地图”→“将选定数据添加到三维地图”。

3.可视化疫情小區数据

将数据添加到三维地图后默认的是柱状图显示，可以手动更改其他显示方式进行多种方式的可视化处理，如气泡图、热力图等。可视化处理中点击顶部的“平面地图”标签还可实现平面地图与三维地图之间的相互转换，以及通过“二维图表”按钮，显示二维图表与三维地图的叠加效果等（图3）。对于自己所需的图表和操作过程可通过捕获屏幕和创建视频进行保存分享。

Excel是最常见的软件之一，技术门槛较低，仅需要提供各疫情小区的经纬度等信息，Excel三维地图就可将上千条数据转化为可视化的专题地图，学生通过简单学习即可掌握。疫情小区数据可视化处理操作与百度疫情实时大数据可进行对比检验。通过课后实践操作可让学生检验结果，提高学生分析实际地理现象的能力，进一步提升地理思维，增强地理实践力。

四、问题与挑战

大数据可视化助力高中地理教学可体现在课堂的各方面。课前，可帮助教师对学生的实际情况有更全面、准确的了解。课中，可帮助教师有的放矢地将课堂还于学生，培养其地理学习能力。课后，可帮助学生延伸拓展，激发其地理学习兴趣。随着信息技术的飞速发展，越来越多的数据被挖掘和利用，大数据技术为地理教学添上了翅膀，但同时也带来了挑战。

大数据技术在地理教学应用中存在一些问题。第一，数据获取不易，信息大爆炸时代，数据之大、类别之多，让人眼花缭乱，如何在数据大海中筛选出自己的教学所需，非常考验教师的数据敏感性。数据即信息，信息即商机，这导致了数据共享和数据爬取的难度。第二，对获取数据的科学性难以验证。现今，各类平台都在获取所需数据，教师主要从文献资料和网络爬取获得与教学相关的数据，但这些数据（尤其是网络数据）的准确度无法保证。第三，大数据的处理比较复杂。从数据到所需的可视化图，处理软件和方式多种多样，要求教师学会利用数据资源，掌握一定数据处理软件与数据处理网络平台的操作技能，变数据为教学工具。第四，数据的更新速度快。信息时代数据日新月异，尤其对于时事地理等方面，要求教师不断更新数据库。第五，大数据技术应用于地理教学对学校硬件设施和学生的学习设备配备有一定要求，教学成本较高。在网络处理数据与分析过程中，无法保证学生的学习状态、控制学生使用网络的时间以及避免学生借机上网等情况出现。

因此，在大数据技术飞速发展的今天，一线教师应具备数据意识和数据洞察能力，利用各种数据提升自己的教学能力。尽可能从文献资料和政府网站等公信力较大的平台获取数据信息，保证其可靠性。在教学的同时，教师要不断提高自身的信息技术素养，充分发挥大数据技术的优势。但教师应清醒地认识到，课堂教学取决于教师自身，转变课堂教学指的是转变教师的教学思想，而不是单纯地使用大数据技术。大数据技术是工具和手段，教师只有将技术与自身教学实践结合才能真正助力课堂教学，提高课堂效率，提升学生能力。

参考文献：

[1] 马振刚，李黎黎，许学工.自然地理学的大数据研究[J].地理与地理信息科学，2015，31（3）：54-58.

[2] 窦同宇，黄海波.大数据可视化表达与地理教学运用[J].中学地理教学参考（上半月），2020（8）：50-51.

[3] 黄勤雁.后疫情时代混合式教学模式的构建[J].中学地理教学参考（上半月），2020（7）：32-33.

[4] 段玉山.中学地理课程标准与教材研究[M].北京：高等教育出版社，2016.

[5] 王永福，何萍.浅议大数据在中学地理教学评价中的应用[J].地理教育，2020（5）：11-14.

[6] 杜偲偲.研究：各地新冠疫情与武汉人口迁徙高度相关[EB/OL].（2020-2-14）[2021-9-30].https：//www.caixin.com/2020-02-14/101515295.html.

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