地理空间大数据的获取与表达在地理教学中的应用
2024-06-06杨雨欣徐非儿李发源
杨雨欣 徐非儿 李发源
摘 要：近年来，随着互联网技术的快速发展，以人口热力数据、夜间灯光数据、POI（Point of Interest）数据等为代表的地理空间大数据得以不断丰富和完善。如何采集数据、分析数据并在教学中运用数据成为新时代对专业教师提出的新要求。本文选取“服务业区位因素”一课，以南京市菜鸟驿站的POI数据为基础，具体说明如何收集数据、处理数据并用ArcGIS软件将数据可视化，为教师在地理教学中充分利用数据丰富地理课程资源提供参考。
關键词：POI数据；可视化表达；服务业区位因素
中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1005-5207（2024）06-0018-05
《普通教育高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》实施建议中强调地理课程资源是实现高中地理课程目标的重要保障，应不断加强数字化地理课程资源建设［1］。根据国际权威机构Statista的统计，2020年全球数据产生量达到47ZB［2］。大数据资源存在于生活的方方面面，内容丰富，表现形式多样。在数字化时代背景下，大数据意味着巨量信息资源，为教育领域带来了希望和挑战，海量数据包含着丰富的地理课程资源，这就要求教师根据教学活动的需要进行有效筛选，利用现有大数据资源平台充分挖掘大数据与高中地理课程相契合的资源，并将大数据资源开发成果应用于地理教学中。
对于教育教学而言，数据的采集不是目的，分析和利用数据指导教学，产生增值才是根本［3］。现实世界中的数据超过80%与地理位置有关，地理空间大数据具有数据量大、覆盖范围广、更新及时、精度更高等优点，将数据所代表的地理表象通过ArcGIS、Google Earth等软件进行可视化表达能够弥补教材中案例陈旧、地图数据滞后且显示效果不够直观等问题。随着电子地图与基于位置服务的快速发展，以POI数据为代表的地理空间数据逐渐应用到地理教学中。本文收集南京市菜鸟驿站的POI数据，并用ArcGIS软件对其进行可视化处理，制作符合教学需要的地理图像，以此来探究服务业区位因素。
一、POI数据的获取及可视化表达
1.POI数据获取
POI的全称是“Point of Interest”，通常被称为“兴趣点”或“信息点”，是地理信息系统中常用的地理术语。POI数据是一种代表着地理实体且含有空间位置及属性信息的点状空间数据，包含各类商业设施、住宅、生活设施、公共文化设施、政府事业单位等工作场所，也可以是用户停留点或移动轨迹点的集合。
POI数据有多种获取方式，可以在中国科学院地理科学与资源研究所的数据服务平台获取，也可以借助ArcGIS的插件工具Simple GIS进行POI数据的下载，最常见的是利用“八爪鱼”等专业爬虫工具获取或者通过各网站开放的API接口检索，如果需要准确经纬度坐标且数据量不大，也可以借助各在线地图开放平台（百度地图、高德地图等）的坐标拾取器拾取“兴趣点”的经纬度。当然，还有更为直接的方法便是借助微信公众号搜索与获取。
本文借助专业爬虫工具，通过百度地图开放的API接口，爬取南京市菜鸟驿站POI数据。2023年南京市菜鸟驿站POI数据共有1 427条，每条POI数据包括唯一ID、名称、类型、地址、经度、纬度等15个属性（图1）。
2.POI数据可视化表达
将爬取的数据经过清洗、整理，删除重复点、无效点和错误点后，保存在Excel工作簿中。接着，将POI数据导入ArcGIS软件中进行可视化表达，点击文件—添加数据—添加XY数据，在弹出的对话框中选择.xlsx格式的菜鸟驿站信息表，“X字段”指定为经度，“Y字段”指定为纬度，坐标系指定为“GCS_WGS_1984”，最后点击“确定”，采集的菜鸟驿站数据就以点数据的形式呈现在图层中（图2）。
在POI数据获取和可视化表达的基础上，可以运用ArcGIS软件中的核密度分析功能优化图片，制作更为直观的南京市菜鸟驿站核密度分布图，也可以运用图层渲染、图层叠加等功能制作符合教学需要的各类专题图，最后将其运用在教学中（图3）。
二、教学设计
1.课标要求及教学目标
（1）课标要求
结合实例，说明工业、农业、服务业的区位因素。
（2）教学目标
①结合图文资料，说出服务业的分类，并能够归纳服务业的含义。②阅读南京市菜鸟驿站分布图，说出南京市菜鸟驿站分布的特点（区域认知）。③阅读南京市菜鸟驿站与各因素的叠加图，通过小组合作等方式，分析菜鸟驿站分布的影响因素及其原因（综合思维、地理实践力、区域认知）。④通过分析南京市菜鸟驿站分布的影响因素，认识服务业与地理环境的关系，形成因地制宜的观念（人地协调观）。
2.教学设计与实施
（1）课前考察
教师布置课前考察任务：①以地理小组为单位，观察身边菜鸟驿站的分布情况；②思考菜鸟驿站经营模式的特点；③通过互联网查阅资料、访谈等形式，搜集菜鸟驿站的相关信息。
设计意图：学生亲身参与地理实践考察，带着问题进入生活情境，获取菜鸟驿站的相关信息，获得对乡土环境的直观感知，提升乡土情感，激发学习主动性和积极性，培养学生地理实践力。
（2）课堂教学
①创设情境
【教师活动】播放菜鸟驿站的相关视频，进行课堂导入，引导学生边看视频边思考物流业是否属于服务业。
【学生活动】自主思考物流业是属于服务业，并说出服务业可以分为生活性服务业、生产性服务业和公共服务业，进一步总结出服务业的含义。
【设计意图】通过播放视频，引入情境——菜鸟驿站，不仅能够激发学生学习兴趣，还能够引出接下来的教学内容——服务业的含义及分类。
②发现问题
【教师活动】教师提供资料包（包括南京市政区图、南京市菜鸟驿站分布图、南京市菜鸟驿站核密度分布图、南京市人口密度分布图、南京市GDP分布图、南京市道路分布图、南京市土地利用类型图、南京市城市用地类型图、南京市地势图）。
【学生活动】阅读资料包中的图片，小组合作在南京市政区图上画出南京市菜鸟驿站可能的分布位置，并说出自己的依据。
【教师活动】展示多要素叠置分析图（图4），引出南京市菜鸟驿站实际分布图（图5）。
【学生活动】比较自己的猜测结果与南京市菜鸟驿站的实际分布存在的差异，并总结南京市菜鸟驿站的分布规律：主要分布在四大主城区，即鼓楼区、玄武区、秦淮区和建邺区，此外，在浦口区东南部也分布较多。
【提出问题】南京市菜鸟驿站为什么会呈现这样的分布规律？这与人口密度、GDP分布、道路分布及用地类型存在怎样的关联？
【设计意图】通过比较学生猜测结果和现实中南京市菜鸟驿站的分布，引导学生发现南京市菜鸟驿站分布的影响因素。
③解决问题
【学生活动】将学生分为四个小组，分别为人口密度组、GDP组、交通组、用地类型组。结合所给图片，小组合作探究南京市菜鸟驿站的分布与这四个要素间的关联。
人口密度组：探究人口密度对菜鸟驿站分布的影响。
【学生活动】通过分析南京市人口密度与菜鸟驿站分布图的关系，发现人口密度高的地区，菜鸟驿站分布也相对较多（图6），如鼓楼区、玄武区、秦淮区和建邺区。
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【师生共同总结】人口密度是区域人口规模的重要指标，菜鸟驿站的布局一定程度上依赖于人口的富集。“人口”既是“劳动者”，也是“消费者”，“消费者”越多网上购物越多，对于快递点的需求也就越大。因此，菜鸟驿站具有较强的人口依赖性。由此可见，人口密度与菜鸟驿站的分布具有一致性，人口分布也是影响南京市菜鸟驿站分布的重要因素。
GDP组：探究GDP分布对菜鸟驿站分布的影响。
【学生活动】通过分析南京市菜鸟驿站与GDP分布的关系，发现菜鸟驿站的分布与区域的经济状况基本呈正相关（图7），即该区域的GDP越高，分布的站点数越多。如鼓楼区、玄武区、秦淮区和建邺区的GDP较高，菜鸟驿站也分布较多。
【师生共同总结】用GDP代表各地经济发展水平，经济发展水平高的区域，平均消费水平高，人们的网络购物多，所产生的物流包裹也更多，菜鸟驿站也自然而然向此地聚集。由此可见，经济发展水平是影响南京市菜鸟驿站分布的重要因素。
交通组：探究道路分布对菜鸟驿站分布的影响。
【学生活动】通过分析南京市菜鸟驿站与道路分布的关系，发现菜鸟驿站越多的区域道路网越密集（图8）。如鼓楼区、玄武区、秦淮区和建邺区的道路网密集，人流量大，菜鸟驿站也分布较多。
【师生共同总结】路网通达性水平对区域物流的发展至关重要。道路连接性好、交通便捷程度高可以缩减快递运输的路程与花费的时间，大大提高快递运输效率。由此可见，交通是影响南京市菜鸟驿站分布的重要因素。
用地类型组：探究土地利用类型和城市用地类型对菜鸟驿站分布的影响。
【学生活动】学生通过分析南京市菜鸟驿站与土地利用类型分布的关系，发现菜鸟驿站多分布在建设用地区域，在耕地、林地等地分布较少（图9），推测是由于建设用地人口分布较多。学生进一步结合南京市城市用地类型图（图10），发现菜鸟驿站向城市的居住用地聚集，进一步验证菜鸟驿站主要分布在居民集中的地方。
【师生共同总结】建设用地包括住宅用地、商服用地、工业用地等。在经济、交通及人口等方面，建设用地面积都明显高于其他用地类型，建设用地的人口网络购物需求也高于其他用地类型，能进一步促进快递物流的发展，从而吸引了菜鸟驿站的分布。菜鸟驿站向城市的居住用地聚集，主要是由于居民区人口密度大，商贸经济活动繁荣，区域经济发展水平高，居民可支配收入高，对网购的需求大，由此产生的快递量大，促进快递行业的发展，进而吸引菜鸟驿站的布局。由此可见，土地利用类型是影响南京市菜鸟驿站分布的重要因素。
【过渡】结合课前考察结果，思考：除了人口密度、GDP、道路及用地类型这四个影响因素外，南京市菜鸟驿站的分布还受哪些因素的影响？
【教师活动】展示菜鸟驿站和某软件公司的招聘信息，引导学生进行对比。
【学生活动】自主思考总结出：菜鸟驿站员工薪资较低、学历要求较低、工作任务以体力劳动为主。总的来说，菜鸟驿站对劳动力的数量有一定要求而对其素质要求较低，进一步归纳劳动力也是影响菜鸟驿站分布的重要因素之一。
【教师活动】展示学生课前收集到的新闻资料“浙江省邮政管理局向浙江驿智网络科技有限公司（菜鸟驿站）颁发了全国首张开办服务站经营快递业务许可证”。
【学生活动】总结归纳政策也是重要的影响因素。
④总结与评价
课堂总结：师生共同总结本节课通过为菜鸟驿站选址，发现影响菜鸟驿站分布的因素包括：人口、经济、交通、用地类型等，在区位选择时要遵循因地制宜的原则。进一步总结服务业区位的选择往往不是由单一因素决定，而是受多种因素共同影响，地理要素之间往往是相互影响、相互联系、相互制约的关系。
教学评价：有效的学习离不开适度、全面的评价。传统纸笔测验过于强调知识的记忆，忽视学生解决问题的能力以及核心素养的评估，表现性评价可弥补该缺点。新课改要求挣脱传统评价的枷锁，将表现性评价融入地理教学中，侧重于评价学生在解决问题时的表现［4］。
（3）课后探究
以地理小组为单位，在生活性服务业或者公共服务业中选择一个案例，通过查阅资料、实地考察等方法，分析其分布的影响因素。
设计意图：一方面能够巩固所学知识、检查学习效果。另一方面，学生在实践探究的过程中能够提升乡土情感，培养地理实践力。此外，能够进一步树立因地制宜的观念。
三、结语
开放性的大数据平台为地理教学提供了丰富多样、与时俱进的资源，并将地理空间大数据转化为符合教学需要的各类图像，如三维地图、专题图以及等高线图等，能够更直观地呈现地理事物分布特征和地理要素间的相互关系［5］。
在数字化时代为了有效、优质地利用大数据，教师需要优选大数据，并将大数据可视化应用于教学中，将抽象的知识具象化，一方面，提高学生的学习兴趣，促进学生对于知识的理解，另一方面，丰富地理课程资源，促进大数据和教育的深度融合，有效提高大数据在地理教学中的应用价值，推动地理教学的发展和变革。大数据既是资源也是工具，教师只有将大数据与实际教学需要相结合，才能真正辅助课堂教学，提高课堂质效。
参考文献：
［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.
［2］ 中共中央 国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见［EB/OL］.（2020-04-09）［2024-04-02］.https：//www.gov.cn/zhengce/2020-04/09/content_5500622.htm.
［3］ 楊剑武.“互联网+大数据”引领教与学的变革［J］.中学地理教学参考，2016（23）：18-20.
［4］ 王盼，郜彗，赵娱冰，等.指向深度学习的高中地理表现性评价探究——以“构造地貌的形成”为例［J］.地理教育，2024（1）：17-20.
［5］ 童燕.基于大数据可视化视角的地理教学探索［J］.地理教育，2022（3）：59-62.
