ArcMap制图在高中地理教学中的应用

毛坤

地图作为一种特殊符号，具有同文字一样传递信息的功能，直观、形象、生动，更容易被学生接受。地图是地理知识的重要载体，在地图中，地理知识的表达更加全面与具体，地理教学离不开地图，地图对于地理教学有特殊的推动作用，在彰显地理学科特点、培养学生空间想象力以及活跃课堂氛围等方面起到极大作用［1］。著名的地图与信息系统专家陈述彭院士认为：“定性描述是地理学的第一代语言，地图是地理学的第二代语言，地理信息系统是地理学的第三代语言。”［2］GIS具有采集、编辑、综合处理地理数据与地图的存储、管理和创建功能，以及强大的空间分析、地理制图等功能，ArcGis作为其应用软件之一，是一个统一的地理信息平台，其桌面软件DeskStop中的ArcMap、ArCcatalog、ArcToolbox的3种应用环境协调工作来完成数据管理、投影转换、数据转换、地图编缉、地图打印、拓扑处理、空间分析和三维建模等GIS系列任务［3］。ArcGis软件在高中地理教学中的主要作用是制作教学所需的地图，具体、形象演示地理知识，加强学生对教材理论知识的理解，增强教学深度，拓展知识广度。本文借助ArcMap制图技术，制作宁夏自然、人文地理有关的地图，用于高中地理教学，既加强学生对故乡的熟悉，又能理论联系实际，将所学知识用于实践，提升学生的区域认知水平及综合分析能力，培养学生地理核心素养。

一、ArcMap的主要功能

1.地理数据的输入与转换

数据的输入与转换是将需要的原始数据或是经过处理好的数据输入到ArcMap中并转换为其便于处理的内部格式的过程。数据的输入包括对空间数据和属性数据这两类数据的输入，其中点、线、面这类带有空间位置和几何特性的要素为空间数据输入，而文字、表格和其他非几何数据的输入为属性数据输入。数据的转换主要是通过ArcToolbox这一强大的工具集进行内部矢量数据和栅格数据之间的转换。

2.地理数据的编辑

数据的编辑是对已有的数据进行修改更新以及建立它们之间的联系的过程，主要包括拓扑关系的建立、数据的投影变换、扭曲拉伸、裁剪、拼接和提取、以及坐标校正等。其中可以借助拓扑关系来编辑要素和检验数据质量。

3.地理数据的查询

数据的查询包括两个方面功能：通过空间位置查属性和通过属性查空间位置，即“某个特定位置有什么”和“某个特定要素在哪里”。

4.地理数据的分析

空间数据的分析是其核心功能，它能够通过对基础数据的分析并叠加其影响来量化解决现实生活中与空间相关的实际问题，应用范围很广阔，其中包括栅格、矢量数据分析、三维分析。栅格数据分析包括生成高程栅格、坡度栅格、距离栅格、密度栅格、重分类、栅格计算等具体功能。矢量数据分析包括基于空间位置的查询、缓冲区分析、叠加分析、提取分析、邻域分析、空间统计等。三维分析包括创建栅格表面，对于表面积与体积、坡度、坡向、可视性分析、表面长度等一系列表面分析。

5.地理数据的表达与输出

地理数据表达与输出是指对地理数据经过处理、分析所得成果的可视化表达，ArcMap具有强大的地图输出功能，不仅可以输出全要素地图，也可根据自身需求输出各种专题图、统计图等。

二、ArcMap制图在高中地理教学中的应用意义

1.有助于学生直观理解地理现象

在高中地理教学中，尤其是涉及区域教学内容时，教师可以指导学生收集某区域地理信息数据，利用ArcMap制图技术，将原数据转换成不同的地图，实现地理信息数据可视化，便于学生直观理解地理现象。例如，获取某区域地形、气温、降水、光照时数、土地利用方式变化、人口数量及密度、城市化率、人均GDP等数据，制作成所需地图，实现不同区域地理信息空间可视化。

2.有助于提高学生区域认知水平

在高中地理教学中，绝大部分地图都来源于教材，能够满足教学所需，但在进行部分区域教学中或者进行一些案例教学时，所需一些专题地图就可以利用ArcMap进行制作。学生在教师指导下学会识图、读图、用图，学会描述某一区域气温、降水、光照等空间分布特征，学会分析某一区域地理环境特征，有效提升学生区域定位能力和认知水平。

3.有助于提升教师专业制图能力

利用ArcMap制图，在获取、查找地理数据的过程中，提高了教师获取地理信息数据的能力；在整理和处理数据的过程中，增长了见识与专业知识；在制图过程中，加深了教师对于ArcMap软件的熟悉，提高了制图技术水平；在教学过程中，提高了教师业务水平与能力。

三、ArcMap制图在高中地理教学中的应用实例——以宁夏为例

1.利用ArcMap制作宁夏专题地图

在地理空间数据云网站下载宁夏这一区域内DEM数字高程数据，在GLOBELAND 30中分别下载宁夏2000、2010、2020年土地利用数据，分别添加至ArcMap中，在ArcToolbox中经过数据管理工具中的栅格处理、投影与转换，Spatial Analyst工具中的表面分析，属性中的符号系统，布局视图分别插入标题、比例尺、图例、指北针等一系列操作后依次得出宁夏地形图、坡度图、坡向图、山体阴影图以及宁夏2000、2010、2020年土地利用方式示意图（图1～图5）。

在ArcMap中导入河流、交通等原始数据，利用裁剪工具依次裁剪出宁夏境内河流、交通分布图，利用属性中的符号系统进行分级色彩设置，河流、交通都有不同级别，故颜色搭配也不一样，地图色彩要保证不同符号可以有效区分不同数据内容。在布局视图分别插入标题、比例尺、图例、指北针等后得出宁夏河流水系图与交通图（图6、图7）。

克里金插值也称作空间局部插值法，或空间自协方差最佳插值法，它以變异函数理论和结构分析为基础，在特定区域内对区域化变量进行无偏最优估计，被广泛应用于土壤制图领域，是一种非常重要的地统计学方法。利用克里金插值对降水量、气温、日照时数进行插值制图，调用 “Geostatistical Analyst”模块及应用“地统计向导”依次制作出宁夏降水分布图、气温分布图、日照时数分布图（图8～图10）。

在宁夏统计年鉴中查找宁夏2020年各市县人口密度、城市化率、人均GDP数据，连同宁夏各市县经纬度坐标制作成Excel表格，添加至ArcMap中，分别在属性中的符号系统进行分级色彩设置，布局视图分别插入标题、比例尺、图例、指北针等后得出宁夏人口密度、城市化率、人均GDP分布图（图11～图13）。

2. ArcMap制圖在高中地理教学中的应用路径

【学情分析】学生在学习高中地理必修内容后，已经学会如何分析某一区域情况及特征。达到核心素养下综合思维、区域认知水平一、水平二。学习区域地理后，进一步加深对降水方面知识的理解与掌握，达到综合思维、区域认知水平三。进入高三复习，面对高考，需要进一步提高学生的综合思维和区域认知水平，即水平四，使得学生能够对现实中地理事象，如自然环境的变化、区域发展、资源环境与国家安全问题等，运用要素综合、时空综合、地方综合的分析思路，对其进行系统性、地域性的解释。要达到水平四，这就需要教师设置不同情境的地理题项、材料分析等培养学生的综合能力。对宁夏这一区域进行整体性分析，有利于提升学生的区域认知和综合思维水平。

【教学目标】通过对图形的解读，分析出宁夏自然、社会经济条件及特征，提高学生识图、读图、用图的能力；通过对区域整体性分析，培养学生区域认知、综合思维水平，提高综合分析的能力；通过对本地熟悉地理事象的选取，激发学生的学习兴趣，培养学生的乡土情感；通过学习，培养学生注意身边地理现象的意识，懂得理论联系实际，培养学生的地理情怀，提升学生的地理学科核心素养。

【教学过程】如表1所示。

【教学评价与反思】该教学案例设计主旨是以乡土地理为主题，以宁夏这一区域为例进行教学，从地理位置、自然条件和社会经济条件等方面进行教学和学习，所用方法是对图的分析，在学习了区域部分知识后，学生对如何分析某一区域特征的思路和方法已经有所了解与掌握。通过课堂中学生对降水、气温、日照、河流、人口、城市、交通等分布图的分析情况来看，学生基本会判读和归纳分布特征，达到了教学目的。由于学生基础差，对所学知识未形成系统性理解与掌握，当延伸一些产生或导致这些特征的原因和影响相关的问题时，就难以回答。所以大部分地图都是逐图分析，并解读和延伸知识点，这样一来，教师在设计与实施中都是主体，学生除了回答相关特征之外，更多的是聆听、思考、做笔记，没有发挥学生在课堂中的主体作用，这一点需要改进和重新设计实施，但是考虑到学情以及学生初步接触到理论性强的知识，需以这种方式，引发学生认识和思考后，再实施以学生为主体的内容。同时，关于宁夏区域特征分析，必须以专题形式探究，才能达到较好的效果。

四、结语

综上，利用ArcMap制图用于高中地理教学，可以直观生动地展示地理现象，激发学生学习兴趣，有利于培养学生识图、读图、用图的能力，有利于提升教师制图能力与水平。当前，由于利用ArcMap制图要求高，需要大量精确矢量数据，但这些矢量数据需要花大量的钱来购买，所以利用ArcMap制图的难度也大，加之制图的耗时长，利用率低，使得利用ArcMap这一专业制图软件制图的教师很少，造成ArcMap制图在高中地理教学中的应用率低。相信随着GIS的不断完善与发展，这些问题都会得到解决，利用ArcMap制图一定会受到广大地理教师的喜欢。

参考文献：

［1］ 时峰.地图在地理教学中的应用［J］.中学地理教学参考（下半月），2015（5）：22-23.

［2］ 李佩武，周江，荆平.GIS技术及其在地理教学中的应用分析［J］.天津教育，2005（6）：52-53.

［3］ 杨花亭.浅谈ArcMap地图制图技术与方法［J］.才智，2011（14）：326-328.