Web GIS在中学地理教学的应用——以ArcGIS Online为例

郭 暄 夏浩铭 秦耀辰 李佳琪 闫卫阳 付品德 宋宏权

(1.河南大学地理与环境学院，河南 开封 475000；2.河南大学环境与规划国家级实验教学示范中心，河南 开封 475000；3.美国Esri公司，加利福尼亚州 雷德兰兹 92373)

地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境关系的科学，注重宏观的空间概念，关注空间格局、时空关系及其相关性，强调人与自然环境的相互关系，这是其他学科不具备的特点。[1]中学地理课程内容涉及土壤地理学、气象学、经济地理学和城市地理学等方面的知识，但中学生知识储备量少，生活阅历浅，仅靠教材中的文字和图像很难理解抽象的地理知识和时空跨度大的地理现象。地理信息技术是地理学与现代信息技术结合的产物，它在计算机系统的支持下，采集、存储、管理、处理、分析和显示空间信息。[2]将地理信息技术应用在地理教学中可引导学生从地理学的视角学习知识，使教材和课堂得到延伸，有着传统教学手段无可比拟的优势。随着地理新课程标准的颁布和实行，地理信息技术在中学地理教学中的相关教学内容及其应用相继得到重视，同时也要求学生能够使用地理信息技术分析地理问题。[3]因此，在地理教学中，教师要根据实际情况选择合适的地理信息技术，创造性利用地理信息技术达到丰富课程内容、改革教学手段并培养学生地理核心素养的目标。

Web GIS通过数字交互环境增强地理事物的可视化，打破传统教学模式和教学手段的禁锢，拓展了地理教学的深度和广度，为地理信息技术在地理教学的应用开辟了新方向。[4]因此有必要在地理教学中引入Web GIS，突破传统地理信息技术的局限性，为地理课程的实施提供便捷可行的平台，使地理教学具备网络化教学和地理信息技术辅助教学的双重优势。本文主要以美国Esri公司的ArcGIS Online为例来探讨Web GIS在地理教学中的应用。

一、ArcGIS Online介绍

ArcGIS Online(www.arcgisonline.com)是美国Esri公司建设的基于云的地图和数据分析平台，该平台提供数据图层服务、智能制图服务和应用程序服务，教师可以在线免费访问全球范围内高质量的地理数据图库，轻松实现地图的制作、共享和协助，以满足日常教学需求。[5]

1.ArcGIS Online的服务功能

(1)数据图层服务。ArcGIS Online提供的世界动态地图集涵盖了多种类型的地图数据，其中包括反映翔实地物信息的影像地图、反映多种空间尺度的边界和位置数据、新冠肺炎疫情统计数据和反映地球自然灾害的观测数据等。[6]教师可以对这些数据重复使用、任意组合来展示地理事物的时空特征，例如展示台风路径的变化、新冠疫情的发展趋势和各国人口数量的空间分布等。

(2)智能地图服务。ArcGIS Online的智能地图可以在线制作二维地图和三维场景，其主要服务功能体现在智能制图、地图注释和地理空间分析三个方面。首先如图1所示，在制作地图时，该平台会自动进行数据分析并推荐最优的可视化方式，帮助师生简易、直观、快速地配置图层符号，不需要师生具有专业的制图知识和软件技能。[6]其次，教师可以通过添加“点、线、面”图层符号突出显示地图上某一要素，也可以通过“设置弹出窗口”展示地图要素的具体信息，帮助学生更深刻、更快速地理解地图内容。最后，ArcGIS Online还提供一系列即用型地理空间分析工具来丰富地图的功能与用途，例如，学生可以利用“测量”工具获取某一地理位置的经纬度坐标，也可以利用“创建缓冲区”工具计算某一城市的辐射范围，等等。

图1 智能地图服务在制作人口密度图中的应用

(3)应用程序服务。ArcGIS Online应用程序实现了随时随地展示、查询和分析Web地图或场景中的数据图层，师生不需要任何编程基础就可以制作。该云平台提供了多种类型的应用程序模板供师生选择使用，主要包括“故事地图”、“展示地图”、“收集和编辑数据”和“比较地图和图层”等模板。

2.ArcGIS Online的优势特点

ArcGIS Online云平台(www.arcgisonline.com)集数据图层、智能地图和应用程序服务于一身，其自主性、交互性的特点与新课改背景下的地理教学相契合。

(1)自主性。ArcGIS Online世界动态地图集会以适当的频率更新，具有一定的时效性和权威性，教师可以随时选取合适的教学素材，将其应用到不同的专题教学中。ArcGIS Online智能地图服务支持地图与数据图表、文字和视频等资源的结合，教师建立“全球场景”或者“局部场景”用仿真的方式模拟地理情景，增强学生对地理空间的视觉感受，帮助学生理解教材中呆板的地理图表和抽象的地理概念，提高学生学习的积极性和主动性。

(2)交互性。ArcGIS Online支持在线共享数据、地图和应用程序，教师可以创建课程资源群组实现教师间的交流研讨、学生间的互动探究，也可以将地图或应用程序共享给所有人，他人在已联网设备的浏览器中输入地图或应用程序的URL就可查看、操作地图。ArcGIS Online的智能制图、空间分析和定位导航等工具页面简单，操作难度低，利用这些工具把地理实践活动穿插在地理教学之中，让学生在人机交互的过程中实现理论知识的迁移应用，进而锻炼学生的综合思维和地理实践力。

二、ArcGIS Online在地理教学中的应用

1.应用模式构建

新课改中提到：“改变课程实施过程中过于强调接受学习的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识能力、分析和解决问题的能力以及交流的能力。”[2]从课程资源来看，新课改提倡教师要突破教材的束缚，有创造性地使用教材，利用多元化的教学资源传授地理知识。从教学方式来看，依托信息技术的地理教学应以学生为中心，在教师的指导下，通过“自主、探究、合作”为特征的教学方法树立学生在地理课堂活动中的主体性，以小组讨论的形式实现学习成员间的合作交流和智慧共享。[7]从学习方式来看，应拓展学生获取知识的渠道，增强学生自主学习的意识，转变学生学习方式由“被动式接受”为“主动探究”。本文基于新课改的内容和ArcGIS Online的优势服务功能，构建ArcGIS Online在地理教学中的应用模式(如图2)。

图2 ArcGIS Online在地理教学中的应用模式

2.案例应用：澳大利亚

“澳大利亚”作为世界区域地理的一节课，其知识的综合性、复杂性和多元性对学生来说是难以消化的[8]，本案例按照ArcGIS Online在地理教学中的应用模式，将“澳大利亚”教学内容与ArcGIS Online的服务结合起来，为学生创造出信息化、开放性的地理学习环境。

(1)课前准备。澳大利亚地处南半球，其独特的地形条件对其气候、人口和城市的分布产生着一定的影响，但初中生地理空间能力和综合思维能力较弱，对教材中独立的、静态的地图难以产生空间关系上的联想。因此，本案例通过二维地图和三维场景将抽象内容形象化，将难点内容通俗化，将陌生情境熟悉化，降低学生学习的难度，提高学生学习的主动性和趣味性。[9]案例的制作分为三步：首先从ArcGIS Online世界动态地图集中获取世界经纬网数据以及澳大利亚的国家分区、地形、降水、气温和人口等地理数据，然后通过智能地图服务制作展示澳大利亚地理环境特征的二维地图和三维场景，并基于“比较地图和图层”模板将二维地图制作成同步展示澳大利亚的地形与城市、人口分布的应用程序，最后将制作完成的Web地图和应用程序共享至班级群组。

(2)课堂应用。ArcGIS Online在地理课堂的具体应用(如表1)中，教师注重并利用该平台丰富地理课堂活动，锻炼学生的地理实践能力；采用多元化的教学方式帮助学生建立地理事物的空间概念，引导学生学会分析区域地理的方法，培养学生的地理空间素养、区域认知素养和人地协调观念。

表1 ArcGIS Online在地理课堂的应用

图7 “澳大利亚”应用程序主页面

(3)课后巩固。基于ArcGIS Online从三维立体场景到二维平面地图多角度地开展地理读图活动，学生对澳大利亚的地理环境特征也有一定的认识，但学生的记忆容量是有限的，对于众多地理知识只是处于短时记忆的状态，若想达到长期记忆还需在课后进行复习。课后教师搜集澳大利亚其他地理数据丰富地图内容，基于“展示地图”应用程序模板将地图制作成应用程序，并在该应用程序中添加“测量”、“底图库”等工具插件丰富应用程序的功能(如图7)。相对于传统的纸质版地图，Web应用程序上的地图可操作性强，可以让学生在类似游戏的氛围中进行复习，有能力的学生也可以通过更换底图和数据图层继续探索澳大利亚。

三、结语

Web GIS是地理信息技术在新时代下的产物，它实现了GIS在互联网上的延伸和发展，推动了地理信息技术和互联网技术在教育领域的应用普及。以ArcGIS Online为例，一方面其云平台地理数据库为地理教学提供丰富多样的素材，可以生动、直观地展示地理事物的空间性、区域性和综合性等特点，激发学生探究地理知识的兴趣，提高学生在信息环境下的学习能力；另一方面，以其作为地理教学手段的技术支撑，改革传统的地理教学模式，推动“互联网+教育”时代下的地理教学活动面向信息化的开展。作为教师要响应新课改的号召，积极面对网络化教育带来的机遇与挑战，从实际出发，因地制宜，充分挖掘Web GIS的教育价值，将Web GIS与地理教学有机地结合在一起，以发挥Web GIS在教育领域的最大优势。