融入ArcGIS的高中地理自然灾害教学路径探索

摘 要：教育数字化背景下，推动GIS技术与地理课堂的深度融合是数字化赋能地理教育的现实途径。本文通过分析ArcGIS软件与高中地理自然灾害教学的适切性，明确了ArcGIS融入灾害教学的综合性原则、数据可靠性原则、主体性与实践性原则。在此基础上，以洪涝灾害为例，运用ArcGIS设计灾害探究活动，构建融入ArcGIS的高中地理自然灾害教学的路径和方法。实践表明，融入ArcGIS的灾害探究活动能激发学生的学习热情，充分发挥学生的主体作用，有效培育数字技能和核心素养。

关键词：教育数字化；ArcGIS；高中地理；自然灾害

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1005-5207（2024）10-0042-05

教育数字化是教育领域的一场系统性变革，是教育适应数字时代发展的必然要求。2022年，全国教育工作会议明确提出国家教育数字化战略行动，提倡以数据资源为关键要素，推动数字技术与教育要素深度融合［1］。

地理信息系统（GIS）作为地理学科最重要的数字技术之一，是推动地理教育数字化转型的重要载体［2］。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在课程内容、教学与评价建议等模块对地理课堂中GIS的学习和使用提出了现实要求［3］。可见，GIS是辅助教师教学的有力手段，是地理课程内容的必要组成部分，更是学生应掌握的数字技能。然而，实际地理教学中仍存在教师不熟悉GIS软件具体功能、找不到教学内容与GIS的耦合点等现实问题［4］。本文选用ArcGIS软件，探索ArcGIS与高中地理自然灾害教学的有效融合路径，以期为数字化赋能地理教育提供参考。

一、ArcGIS与高中地理自然灾害教学的适切性

自然灾害是高中地理的重要教学内容，其重难点在于认识自然灾害的特点、危害与成因，了解自然灾害的分布规律及防灾减灾措施。在传统的高中地理教学中，学生要理解种类繁多、成因各异的自然灾害并非易事。而以ArcGIS为代表的GIS软件对分析自然灾害的形成、分布及其防治有独到的优势。

ArcGIS由Esri公司开发，是世界上广泛使用的GIS软件。在强大的地理数据管理、空间分析、3D可视化、应用程序开发和地图制作等功能的基础上，针对传统高中地理自然灾害教学中的重难点，ArcGIS可以通过创造可视化情境增强学生对灾害的具身认知，通过空间分析和图层叠合引导学生分析致灾孕灾的地理要素，通过专题制图展现灾害的空间分布规律。因此，ArcGIS与高中地理自然灾害教学有很好的适切性，其适用于高中地理自然灾害教学的功能如表1所示。

二、ArcGIS融入高中地理自然灾害教学的原则

1.综合性原则

自然灾害是在自然与人文因素的综合作用下形成的自然现象，对自然灾害成因的分析应当注重“要素综合”。致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力在灾害形成过程中缺一不可［5］。因此，在使用ArcGIS辅助高中地理自然灾害教学时也应注重这4个方面，运用图层叠合功能展示影响自然灾害的各个要素，引导学生逐一分析其对灾害风险的影响，培养学生的综合思维。

2.数据可靠性原则

教师使用ArcGIS软件展示自然灾害专题图时，应保证数据的时效性与准确性。尤其是涉及国界的相关数据，需从政府官方网站获取。对于行政边界等矢量数据，教师可通过访问全国地理信息资源目录服务系统（www.webmap.cn）获得。对于遥感影像、DEM等栅格数据，教师可通过访问地理空间数据云网站（www.gscloud.cn）获得。在教学过程中，教师也要引导学生认识到数据的可靠性和维护国家领土安全的重要性。

3.主体性与实践性原则

ArcGIS融入高中地理自然灾害教学旨在鼓励学生积极主动掌握GIS的基本知识，了解软件的简单操作方式，增强学生对地理数据的搜集和分析能力，培养解决地理问题所必备的数字技能。由于GIS知识较为抽象，软件操作存在一定困难，教师需在课前向学生介绍ArcGIS软件的功能应用。在教学过程中，教师应给予学生主动操作ArcGIS的机会，并引导学生解决地理问题。若学校硬件条件允许，且学生对软件操作表现出较高热情，教师还可传输给学生必要的地理数据，引导学生积极主动地进行空间分析，培养地理实践力。

三、ArcGIS融入高中地理自然灾害教学的路径

1.确定教学内容，设定情境任务

本节课的教学内容选自人教版高中地理必修1第六章第一节“洪涝灾害”。由于教材中使用的案例发生时间较为久远，本节课以2023年7月19日杭州市主城区洪涝灾害为教学情境，围绕致灾因子、孕灾环境、承灾体、防灾减灾能力和灾害综合风险，构建洪涝灾害探究活动的情境任务库（表2），引导学生分析洪涝灾害涉及的各个地理要素。

2.空间分析和专题制图

降水量等各个地理要素的空间分析和专题图制作是教学准备的主要工作，相关数据主要从地理空间数据云、全国地理信息资源目录服务系统、杭州市气象局和杭州市统计局网站获得。运用ArcGIS制作各地理要素的专题图，所用数据和空间分析方法如表3所示。

3.基于ArcGIS的洪涝灾害探究

（1）任务一：识灾情

教学导入：播放杭州市主城区2023年7月19日发生洪涝灾害的视频，创设真实情境，增强学生对灾情、灾损的直观感受。提出核心问题：杭州市主城区严重的洪涝灾害与其地理环境有何关系？

基于ArcGIS的探究：教师打开“杭州市主城区概况图.mxd”文件（图1）。分别展示各个图层和所有图层叠加起来的效果，使学生理解叠置分析的原理，直观展现自然地理环境。学生通过比例尺缩放、图层选取等功能，熟悉ArcGIS的基本操作，描述杭州市的绝对位置和相对位置，从气候、地形、水文等角度推测杭州市洪涝灾害风险大的原因。

（2）任务二：探灾由

教师讲授：洪涝灾害的形成首先要考虑致灾因子——降水量。雨水落到地面后，经过填洼、植物截留等过程，形成径流注入河网，当来水量过大时，水位则会上涨，形成洪水。因此，以降水量为代表的致灾因子和以洼地、植被、河网为代表的孕灾环境是灾害形成的必要条件。那么，这些地理要素有怎样的空间分布特征？对杭州市主城区的洪涝灾害有什么影响？

基于ArcGIS的探究：教师为学生提供原始数据，引导学生运用克里金插值、水文分析、波段函数和线密度分析工具，生成降水量、洼地深度、植被覆盖度和河网密度的专题图，引导学生分析杭州市主城区洪涝灾害的致灾因子和孕灾环境（图2），概括降水量、洼地深度、植被覆盖度和河网密度的空间分布特征，思考这些地理要素对洪涝灾害风险的影响：洪涝灾害高风险区与较多的降水量、较大的洼地深度、较低的植被覆盖度和较高的河网密度密切相关。

教师承接：分析自然灾害风险时，不应忽略承灾体的影响。此外，面对自然灾害，人类并非无能为力，对于自然灾害的研究，还应考虑人类的防灾减灾能力。以道路和人均GDP表示承灾体，以排涝能力和避难场所密度表示防灾减灾能力，这些涉及洪涝灾害的地理要素有怎样的空间分布特征？对杭州市主城区的洪涝灾害有何影响？

基于ArcGIS的探究：教师为学生提供原始数据，引导学生运用线密度分析、字段计算器、矢量字段赋值和核密度分析工具，生成道路密度、人均GDP、管网排涝能力和避难场所密度的专题图，引导学生分析杭州市主城区洪涝灾害的承灾体和防灾减灾能力（图3）。学生概括这些地理要素的空间分布特征，思考其对洪涝灾害风险的影响：洪涝灾害高风险区与较高的道路密度、较高的人均GDP、较低的排涝能力和较低的避难场所密度密切相关。

（3）任务三：寻减灾

教师承接：自然灾害受多个自然和人文因素的共同影响，从单一角度考虑自然灾害的成因显然不妥。应如何综合表示杭州市各地的洪涝灾害风险大小？GIS技术又应如何助力防灾减灾工作？

基于ArcGIS的探究：教师使用栅格计算器功能，将各个指标进行加权叠合，形成杭州市主城区洪涝灾害的综合风险评估图（图4）。学生观察演示，理解栅格计算器的原理。概括洪涝灾害的风险主要呈现以上城区、拱墅区等老城区为中心向外辐射、风险逐渐降低的特点。根据结果图，学生可以确定汛期防洪工作的重点地区，理解GIS技术基础之上的洪涝灾害综合风险评估对于防灾减灾工作的意义。

四、总结与反思

本节课利用ArcGIS引导学生分析杭州市主城区洪涝灾害涉及的地理因素与空间分布格局，教学过程中学生表现出较高的探究热情，积极运用软件展开分析，主动建构洪涝灾害相关知识。通过本次课例的实践，笔者对融合ArcGIS的高中地理自然灾害教学有以下感悟。第一，教师运用ArcGIS创设自然灾害的真实情境，能够增强学生的直观感受，激发学生的探究兴趣；第二，学生亲自使用ArcGIS，逐一分析自然灾害涉及的地理要素，可有效培养综合思维；第三，学生在核心问题的驱动下运用ArcGIS实现地理数据可视化，可有效培养数字技能，增强信息素养。

关于将ArcGIS融入高中地理自然灾害教学有以下反思。第一，做好教学准备工作。教师需要提前下载地理数据，熟悉ArcGIS空间分析和专题制图的基本操作，能够及时解决学生在软件操作过程中出现的问题；第二，尊重学生的主体地位。ArcGIS的引入不在于其技术本身，而在于引导学生亲自使用软件分析地理问题，实现人机互动；第三，为学生提供“脚手架”。部分学生面对新技术的引入会产生畏难情绪，教师应积极提供情感、技术和方法上的支持。

教育数字化转型的时代背景下，地理教师应提高教育信息化水平，创建数字技术支撑下的高效课堂［7］。本研究旨在分享ArcGIS与高中地理自然灾害教学的耦合点。未来的研究可扩大覆盖面，丰富教学案例，将地理课堂与以ArcGIS为代表的数字技术深度融合，构建数字化赋能地理教育的新生态。

参考文献：

［1］ 袁振国.教育数字化转型：转什么，怎么转［J］.华东师范大学学报（教育科学版），2023，41（3）：1-11.

［2］ 王俊生.GIS在地理探究学习中的应用价值与路径——以“维护国家海洋权益”为例［J］.地理教育，2024（3）：21-24.

［3］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［4］ 杨可辛，董雯.TPACK框架下GeoScene Online与地理教学融合的实践［J］.地理教育，2024（3）：10-14.

［5］ 张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用［M］.北京：北京师范大学出版社，2007.

［6］ 雷享勇，陈燕，潘骁骏，等.杭州市主城区暴雨内涝灾害风险区划［J］.杭州师范大学学报（自然科学版），2019，18（1）：105-112.

［7］ 鄢银银，孙群，闫明智.PBL与GIS深度融合创建高效地理课堂的探究［J］.地理教育，2023（3）：50-53，57.