GIS制图技术在初中地理课堂教学中的应用实践*

周泽甬

（宁波市春晓中学，浙江 宁波 315000）

2022版初中地理新课标中提出积极运用地理工具是初中地理课程的一项重要内容，能够阅读和提取地图上的地理信息，并利用地理信息说明和分析地理事物和现象，养成在生活中使用数字地图的习惯，感悟信息技术的发展给生活带来的便利是其中最新的学业要求［1］。正确编制并使用符合课程标准要求和学生认知发展规律的教学用图，是培养学生分析、解决问题能力的重要前提之一。

在日常教学中，可供教师选择的图表资源主要有两大来源：一是教材提供的图表，二是互联网搜索所得。然而这两种获取途径在实际运用中都有着较大的局限性：教材用图权威，但可供选择的数量和种类过少，难以满足不同类型的授课需求；互联网搜索的图表则存在内容冗杂、准确度存疑与清晰度过低等问题。因此，掌握并熟练运用信息技术来编制教学所需的地图，是有效解决教学过程中图表资源不足的突破口。

一、GIS制图技术在教学中的作用

地理信息技术（Geographic Information System）被誉为地理学习的第三代语言，正是因其体现了对数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的强大功能。在地理学习过程中，GIS技术能更加高效地帮助学习者完成对地理信息的处理，这正是提高学生区域认知、综合思维的有效途径。GIS制图技术在初中地理教学中发挥了重要作用，可概括为以下三点：其一，GIS制图技术可以通过获取的数据，将复杂的地理概念图像化，除了常见的二维图像，还能以三维的形式呈现，帮助学生在学习过程中更直观地理解抽象的概念和知识。其二，GIS软件制作的地图美观、视觉冲击力强，教师可按照教学内容的需求，对地图进行加工和处理，通过制图放大所要表达的信息点，这更容易激发学生的学习兴趣，从而达到更好的教学效果。其三，如今社会各行各业日新月异的发展，都与信息化变革有着不可分割的联系。许多传统的自然、人文学科纷纷引入了信息科学的研究手段和方法，从而推动学科的发展。作为21世纪社会主义的建设者和接班人，青少年学生也应加强利用地理信息技术获取知识并分析、解决问题的能力培养。

二、GIS制图的常用软件介绍

随着信息技术的发展，有越来越多的软件应用可以在制图中发挥重要的作用。表1是笔者对常用制图软件的梳理。

除表1所述桌面端软件外，手机移动端的App也能为地理学科的教学带来助力。地理学科强调综合性和实践性，加之“双减”政策背景下研学活动得到支持，地理学科教师可以组织学生参与研学活动，这些移动端App因其使用便捷灵活的特点，在户外研学实践过程中可以发挥重要的作用，为研学者提供丰富的图像信息支持。

表1 GIS制图的常用软件

三、GIS制图技术的教学应用示例

1.示例1：“降低学生认知负荷”——ArcGIS软件在人文地理教学中的应用

（1）教学设计思路

2021年以来，国家陆续公布了第七次全国人口普查的系列数据，大多数数据都是以表格和数字的形式呈现，如普查公报（第三号）地区人口情况［2］（表2）。若直接将其作为课堂教学材料呈现，大量的信息会对学生的阅读和理解产生干扰，势必会增加学生的认知负荷。教师应在备课过程中巧用制图表达，帮助学生通过视觉影像来构建心理模型，减少其外在认知负荷［3］。

表2 各地区人口数据

（2）教学过程

【制图过程】选择采用ArcGIS软件来制作第七次全国人口普查的人口分布图。打开安装好的ArcGIS软件—加载数据“行政区划-省界_区.shp”“国界线”（制全国地图时切记不能遗漏南海九段线）—在“省界_区.shp”文件属性表中连接到“各省份人口数据.xls”（将表2数据输入进Excel表格中）—在属性中设置不同字段的分类色值—最后导出地图，并在PS中美化地图（图略）。

【教师导入】仔细观察我国的人口分布图，通过地图的色彩和明暗度的变化，找到我国人口最多的几个省份并尝试概括出我国的人口分布特点。

【学生思考】结合地图，观察并找出人口最多的（颜色最深）几个省份，并概括出总体分布特点（色块整体的明暗程度）。

【教师提问】结合地区人口变化示意图，找出人口增长/减少比重最大的数个省份；你认为导致这种变化的主要原因是人口自然增长还是人口迁移，并尝试分析其动因。

【学生思考】结合地图，通过颜色的深浅程度和饱和度的差异，找出人口变化较多的数个省份（广东/东三省），并结合已有的知识尝试分析变化原因（自然环境、社会经济状况等）。

（3）教学建议

通过制图将复杂的信息和数据转化为形象的地图，减少学生的外在认知负荷，锻炼地图判读和空间思维能力。学生对地图进行了初步的空间分析之后，还需引导其对人口、资源、环境与经济发展等问题进行综合分析，促进综合思维的锻炼。

不同的数据和信息适用于不同的制图表现。普查公报发布了我国人口数量、结构、分布等多方面情况，其中人口三率、性别构成等数据更适合以统计图的形式呈现，这类制图可以在Excel中轻松实现［4］。最需要利用到GIS软件制图的是第三号公报地区人口情况类数据，原公报中只有一组数字，选择采用ArcGIS软件来制作这一张第七次全国人口普查的人口分布图，可以充分展现人口的空间属性特点。

2.示例 2：“人—图交互”——Surfer软件在乡土地理教学中的应用

（1）教学设计思路

家乡是养育我们成长成才的一方土地，是记忆深处最美丽的地方。一名具有良好文化修养、全面发展的学生，应当具有社会责任和国家认同感，这就要求加强乡土地理教学，引导学生加深对家乡自然环境和社会生活特点的认知。

对于一线教师而言，乡土地理教学的现实困境在于找到清晰准确的教学用图。范围越小的区域，相应的地图资源就越稀缺，而制图技艺的掌握则会让这些难题迎刃而解。下面以“溯源甬江”这一乡土教学内容为例，浅论Surfer软件制图的优点和在教学中的应用。

（2）教学过程

【制图过程】操作步骤简述如下：打开Surfer软件—新建“等值线图”—加载奉化江源头地区的DEM数据文件（提前在Global Mapper软件中转换为grd格式文件）—加载成功后在“属性管理器”中设置分层设色—调整经纬网格式、设置图例和注记等—导出地图—后期美化—最终成图（图1）。

图1 奉化江源头地区等高线地形图、三维地形示意图、壶潭村平面图

【教师导入】研学小分队云端探索宁波四明山区内小流域的开发治理，领略新农村建设成果，感受乡村振兴变化。通过经纬度定位该地区的位置，熟悉奉化江的流向。

【学生思考】通过判读经纬度，在宁波地形图上找到奉化江源头的地理位置；并在奉化江源头段等高线地形图（图1）上大致勾勒出奉化江上游的河道位置。

【教师提问】接下来利用等高线地形图和三维地形示意图，进行等高线地形图的判读训练（分组进行）。

【学生活动】学生A在平面地形图上找到山脊、山谷、鞍部等部位。学生B操作Surfer软件，在三维地形图上也找到相应位置。两人相互印证（有电子白板的教室还可进行交互操作）。

【教师提问】壶潭村是奉化江源头的一个小村落，近年来，因地制宜发展特色产业，助推乡村振兴。结合平面图（图1右上），运用所学知识分析壶潭村振兴的主要原因。

【学生思考】结合地图描述该村落的自然环境特点，并思考自然和人文要素（图中信息）间的关联，分析乡村振兴的主要原因。

【课堂总结】本节课通过地图判读、交互体验和案例分析，深化了学生对于区域认知的理解。将GIS制图技术应用于乡土地理教学，通过描述地理位置、分析自然环境、概括农村发展特色，引导学生在学习过程中逐渐具备区域认知和综合思维的意识。

（3）教学建议

Surfer软件非常适合制作等值线地图，用户可以自由选择样式，对等高线赋予各个层级渐变的填充色值，制成分层设色地形，还可以生成三维地形图，立体地呈现案例地区的地形特征。由于加载的DEM（数字高程模型）数据自带空间属性，也保证了地图表达的准确性和科学性。更为关键的是，Surfer软件较ArcGIS软件更为轻量化、易操作，可作为课堂教学时的动态地图展示以及“人—图交互”的一款可视化工具。

3.示例 3：“立体成像”——LSV软件在时事热点教学中的应用

（1）教学设计思路

采用时事热点为背景，将理论与实际相结合是宁波中考命题的一项重要原则。在日常教学中，融入时事热点的实景教学有利于调动学生的学习积极性。

本节课采用LSV软件，课堂展示热点区域——北京冬奥会的三个主要赛区的遥感影像图，并引导学生使用软件专业的空间定位、地形测量、等高线分析等实时交互操作，分析冬奥会赛区选址的有利条件。

（2）教学过程

【制图过程】利用LSV软件制作北京冬奥会赛区分布示意图（图2），在线进行延庆赛区和张家口赛区雪上项目场地的地形分析（图3、图4）。

图2 北京冬奥会赛区分布示意图

图3 国家高山滑雪中心（延庆）地形分析

图4 国家越野滑雪中心（张家口）地形分析

【教师导入】第24届冬季奥运会在北京市和河北省张家口市成功举办。分析北京申冬奥成功的气候条件，并思考冬奥会为何不选址在温度更低的哈尔滨。

【学生思考】结合北京冬奥会三个赛区的地理位置，分析其气候特点，并思考冬奥会举办地的气候条件既要符合降雪和存雪的条件，又不能温度过低影响运动员发挥。

【教师提问】此次冬奥会为什么由两个城市联合承办？分析张家口赛区、延庆赛区开展雪上项目的有利自然条件。

【学生思考】结合冬奥会比赛项目特点，思考北京冬奥会建设三个赛区的原因；结合LSV的地形测量和分析功能，分析延庆赛区和张家口赛区承办冬奥会雪上项目的有利条件。

【课堂总结】本节课引导学生对冬奥会比赛项目有整体的认知，辩证地思考冰上项目和雪上项目承办场馆建设的异同点，在结合气候条件的基础之上，综合分析张家口和延庆赛区的承办优势（地形、积雪厚度等）。

（3）教学建议

LSV（图新地球）软件是一款国产专业的三维数字地球桌面软件，无需安装且即开即用。在网络环境良好的教室中可作为日常工具辅助地理课堂教学，利用三维地图可以更好地呈现和讲解涉及时空概念的时事热点事件。

随着时代发展，信息技术的应用和普及，GIS技术也已逐渐融入日常生活。对于中学地理教师而言，学习丰富的GIS制图软件，可以为初中地理教学提供强有力的制图保障和空间分析支持。在教学中运用GIS制图技术设计符合学生认知规律的教学用图，通过降低学生对地图认知负荷、“人—图交互”等方式呈现并开展案例教学，可以充分调动学生的学习热情，帮助学生构建更完备的图表分析能力。