基于GIS的高中地理综合思维培养路径探析——以“浙江省自然灾害探究”为例.pdf

地理信息技术452023 年 第 14 期中学教学主要使用GIS软件中地理数据的输入与管理、空间分析、可视化表达三大功能。1利用GIS软件可以将纸质地图、野外数据、遥感影像、文本等各类地理数据通过数字化或人工录入的手段转化为GIS软件可以处理的格式，并存储在专门的地理数据库，便于运用和迭代整合。中学教学主要用到空间分析功能的地形分析、缓冲区分析、图层叠加分析、最短路径分析等功能，并且通过设置相应参数，以形象、美观的方式表达。本文选择ArcGIS软件进行研究。综合思维具有全面、系统、动态三大特性。全面是指不遗漏任何一个要素，系统是指要正确认识到各要素的属性和彼此之间的联系，动态强调的是发展与演变。综合思维具体包括要素综合、时空综合、地方综合3个维度。2在中学地理教学中，要自然地综合不同地理要素，不同的时间、空间以及不同尺度，并非易事。而GIS软件对分析地理要素的形成、分布与其综合影响，有着独到的优势。一、ArcGIS软件与综合思维的适切性分析利用ArcGIS软件中的一些常规功能，可以高效地存储、管理各种地理数据，综合各要素进行可视化表达，能高效地培养学生的综合思维。ArcGIS软件与综合思维培养的适切性具体体现在以下3个方面（见图1）。?图1 ArcGIS软件与综合思维的适切性1.数据管理在高中地理教学过程中，综合思维的培养涉及不同属性、不同尺度、不同区域的地理数据。收集整理海量的地理数据是一项庞大的工程。利用ArcGIS软件建立专业的地理数据库（Geodatabase），可以便捷、有层次地管理相关的栅格数据与矢量数据，可以按地理属性或者区域空间进行整理分类，方便今后数据的迭代和筛选，可以极大地提高地理数据管理的效率。2.空间分析ArcGIS软件的空间分析功能尤为强大，在高中地理教学实践的过程中，可以用ArcGIS软件的各个工具从地理数据库中筛选相应的图层数据或者添加属性数据，进行地形、气温、降水、商业中心的辐射范围、人口密度等诸多主题的空间分析，让学生清楚地观察到各罗高斌1 许佳禄2（1.浙江省临安中学,浙江 杭州 311300;2.杭州市余杭高级中学,浙江 杭州 311100）摘要：GIS在综合思维培养方面有独特优势，利用其强大的数据管理、空间分析与可视化功能，可以呈现不同尺度区域、不同地理要素的特征及演变过程，引导学生综合分析区域要素之间的联系、变化以及比较区域之间的差异。在“浙江省自然灾害的探究”教学中结合ArcGIS软件，分析浙江自然灾害的主要类型、空间分布和造成的损失，可以更好地培养学生的综合思维。关键词：ArcGIS；综合思维；自然灾害中图分类号：G633.55基于 GI S的高中地理综合思维基于 GI S的高中地理综合思维培养路径探析培养路径探析以“浙江省自然灾害探究”为例以“浙江省自然灾害探究”为例地理信息技术462023 年 第 14 期个地理要素的空间分布以及彼此之间的空间联系。此外，除了静态空间分析外，ArcGIS还可以叠加同一区域中不同时间段的要素图层，进行动态分析，如城市土地利用的变化。3.可视化表达在ArcGIS软件中，除了利用ArcMap进行二维表达，还可利用ArcGlobe、ArcScene进行三维可视化建模，如火山区的情况。这些可视化表达可以在一定程度上弥补学生难以外出实地考察的遗憾，还可以在更大的空间范围、更长的时间尺度下全面地探究地理现象和地理事物。二、基于ArcGIS软件培养综合思维的路径探析在探究“浙江省自然灾害的探究”活动中，笔者尝试使用ArcGIS辅助教学，培养学生的综合思维，具体过程如下。1.拟定任务主题库（见表 1）表1 任务主题库探究维度考察方向探究具体问题要素综合中心要素：地形问题1：浙江省地形特征以及对自然灾害空间分布的影响中心要素：气候问题2：浙江省气候时空分布特征及其对自然灾害的影响中心要素：地质问题3：浙江省地质构造空间差异及其对自然灾害的影响中心要素：河流问题4：浙江省河流水文特征及其与相应自然灾害的关系中心要素：人口问题5：人口城市空间分布与灾害所造成的损失程度的关系各要素综合问题6：浙江省的自然与人文环境对自然灾害的类型、空间分布以及灾害所造成的损失程度有何影响时空综合土地利用类型问题7：一些典型地区土地利用类型的变化与自然灾害所造成的损失程度有无相关性地方综合不同尺度区域问题8：从全省尺度分析，自然灾害空间分布与损失程度的差异，并提出相应的防治对策任务主题库将综合思维各维度的考查方向进行了细化处理，以便引导学生深入探究相应的问题，在整体的框架下促进学生的深度思考，让学生在深度思考之后综合分析各要素与自然灾害的关系。32.创建探究数据库地理探究数据库是储存管理各类与浙江自然灾害相关的地理数据的数据库，为后续空间分析提供必要的数据。为提高数据库的实用性，可按照空间尺度与地理属性二类分类标准将数据库中的数据分类入库。需特别强调的是，数据库的搭建并非一劳永逸，需要结合探究问题链不断迭代优化地理数据库的内容。本教学的数据库创建如下。(1)建立数据库目录(1)建立数据库目录在搜集地理数据之前，先初步搭建地理数据目录，具体步骤如下。建立名为“浙江省自然灾害探究”的文件夹。打开ArcGIS软件中的ArcMap，启动ArcCatalog，连接到“浙江省自然灾害探究”文件夹，接着直接在ArcCatalog的目录下，在“浙江省自然灾害探究”文件夹中建立两个地理数据库，分别命名为“基础地理信息”“分析后的地理数据”，两个数据库分别用来存储原始基础地理数据与空间分析后的地理数据（见图2）。图2 地理数据库的目录初步搭建的地理数据库目录结构不宜过于繁琐，如有需要可在后续整理与分析地理数据的过程中再灵活调整。(2)基础数据入库(2)基础数据入库在搭建好地理数据库目录后，便要获取浙江省相关的基础地理数据，具体包括浙江省的行政区划图、地形图、水系图、土地利用图、人口密度图等，数据类型有矢量数据和栅格数据，相关数据可分别从“地理空间数据云”“中科院地理资源所资源环境科学数据中心”“国家统计年鉴”中获得。这些数据包括栅格数据与矢量数据，其中部分栅格与矢量数据需利用ArcGIS软件进行裁剪处理再进行后续分析，建议将栅格数据与矢量数据直接放入Geodatabase数据库中，此外还有一些Excel数据，可直接放入“浙江省自然灾害探究”文件夹中。3.基于 ArcGIS 的综合分析(1)探究问题一要素综合(1)探究问题一要素综合问题1、2要求学生从气候与地形的角度，分析浙江各地常见的自然灾害有哪些，需要用ArcGIS生成浙江省分层设色地形图、浙江省地形坡度图、浙江省年降水量图（见图3、图4、图5）。地理信息技术472023 年 第 14 期图3 浙江省分层设色地形图图4 浙江省地形坡度图图5 浙江省年降水量图（2022年）问题3、4要求学生从河流和地质构造的角度，分析浙江各地常见的自然灾害有哪些，需要用ArcGIS生成浙江省河流分布图、浙江省地质构造图（见图6、图7）。图6 浙江省河流分布图图7 浙江省地质构造图在以上问题的探究过程中，学生需要在已有的知识基础上，综合浙江省地形、坡度、年降水量、河流分布、地质构造等要素，推断浙江哪些自然灾害较为常见，自然灾害的空间分布有何特点。问题5、6在问题1、2、3、4的基础上，需要从ArcGIS数据库中调取要素，生成浙江省行政区划、人口分布与土地利用图（见图8、图9、图10）。综合这些地理要素分析受自然灾害影响，浙江省哪些地区损失较严重。图8 浙江省行政区划图地理信息技术482023 年 第 14 期图9 浙江省人口密度图图10 浙江省土地利用类型图在以上问题探究过程中，先综合自然地理要素，再综合行政区划、人口密度和土地利用状况等人文地理要素，层层递进，让学生逐步生成影响浙江自然灾害时空分布的地理分析框架。(2)探究问题二时空综合(2)探究问题二时空综合传统的静态地图往往只能呈现某一时空尺度，不能通过灵活地放大或缩小尺度来分析地理事物。为了能更贴近学生的生活经验，将空间尺度缩小到杭州，利用ArcGIS分别提取2010年与2020年杭州市的土地利用类型图（见图11），并在课堂上用ArcGIS放大两幅不同时间的土地利用类型图，让学生观察预测。设计的具体的问题链如下。与2010年相比，2020年杭州土地利用类型发生了哪些变化？土地利用类型的变化，会对杭州自然灾害的分布、造成的损失带来什么影响？为了减弱自然灾害的影响，该如何综合各地理要素，科学地实施土地规划？通过问题链，待学生给出相应的预测结果后，再拿出杭州自然灾害的真实案例，进行比较分析，并利用ArcGIS软件逐步叠加不同要素图层，灵活调整空间尺度。学生普遍可以综合各地理要素，从自然地理环境特征与人口密度图推导出浙江省较为常见的自然灾害、自然灾害的空间分布有何特点、各地受灾程度有何差异。利用ArcGIS软件呈现杭州市土地利用变化图，学生们可以在课堂上比较高效地推出相应的结论。(3)探究问题三地方综合(3)探究问题三地方综合ArcGIS软件可对同一区域中不同时间段的要素图层进行叠加，或对同一时间段不同空间尺度的要素图层进行叠加，这样更有利于学生通过不同时空尺度动态分析地理事物的变化趋势。利用ArcGIS分别提取20042017年浙江省滑坡分布数据和2003年浙江省主要滑坡（隐患）统计数据（见图12、表2），并利用ArcGIS软件在课堂上展示同一时间不同区域的滑坡分图11 2010年与2020年杭州市土地利用类型图地理信息技术492023 年 第 14 期布情况，找出比较典型的数据进行对比分析，分析不同规模的自然灾害对不同区域造成的损失，从而培养学生综合思维，使学生能正确看待自然灾害所带来的影响。图12 浙江省滑坡分布图（20042017年）表2 浙江省主要滑坡（隐患）统计表（2003年）地区规模（万立方米）受威胁人数（人）杭州152.52552宁波208.53804温州4027944湖州2.451绍兴4177.57929金华130.21991衢州307.41419舟山2780台州414.37213丽水1524.918168设计的具体的问题链如下。据图12和表，描述浙江省滑坡的空间分布特点，并分析原因。温州地区的滑坡规模比绍兴小得多，但两区受威胁人数相差不大，请分析原因。丽水地区的滑坡规模比绍兴小，但受威胁人数却比绍兴多，请分析原因。结合浙江省滑坡空间分布特点，选取温州、绍兴、丽水等典型地区进行比较分析，并利用ArcGIS软件展示不同空间的滑坡规模以及受威胁人数，让学生在对比分析中整合地理要素，再综合分析得出不同区域的自然灾害受自然地理和人文地理要素影响的结论。三、基于ArcGIS软件培养综合思维的优势分析本案例中，利用ArcGIS软件的数据管理、空间分析和可视化表达等功能可有效地克服静态地图尺度与要素的单一的缺点，能方便灵活、直观形象地叠加不同的地理要素，引导学生综合分析地形、气候、地质、河流、人口和土地利用类型等要素之间的关系，强化区域认知，培养学生全面思考问题的能力，提升综合思维能力。本文参考相关研究，4从以下三方面展开分析。1.运用 ArcGIS 软件叠加分析功能，培养地理要素综合思维能力教师设计教学活动时，通过设置真实问题情境，利用ArcGIS软件进行演示操作，有效地叠加要素，分析探讨不同要素的特征，使学生直观地观察各个地理要素的特征，进而综合分析地理要素。分析单个要素特征对自然灾害产生的影响后，可以拓展系统分析和解决问题的方法，延伸到其他要素对自然灾害的影响，最后构建要素与要素、要素与灾害之间的关联性，从而培养学生的地理要素综合思维能力。2.运用 ArcGIS 软件电子地图功能，培养地理时空综合思维能力ArcGIS空间分析功能可以对相关地理数据进行处理，获取不同要素、不同时空、不同区域的地理数据，从而更好地辅助分析自然地理环境在时空分布上的变化及其带来的影响。本案例利用ArcGIS先后获取浙江省地形、气候、地质、河流、行政、人口、土地利用类型等要素，彰显了电子地图功能的强大，开阔了学生的视野，让学生直接体会了抽象的地理现象。此外，结合杭州近二十年的土地利用类型变化图，从动态和发展的视角分析地理问题，构建时空尺度关联的认识，培养学生的时空综合思维素养。3.运用 ArcGIS 软件空间定位功能，培养地理地方综合思维能力ArcGIS软件具有明显的区域性特征，借助ArcGIS软件空间定位功能既可以加深学生对该区域的认知，还能够展示不同区域的地理环境特征，反映不同区域的地理要素在时空上的变化特征。本案例利用ArcGIS软件对各要素进行数据管理和空间分析，得出浙江省滑坡空间分布图，让学生通过对比分析不同区域间的地理环境特征差异，深入理解区域间的差异性对滑坡造成的影响，从而培养学生的综合思维素养。参考文献：1 周成虎,裴韬.地理信息系统空间分析原理M.北京:科学出版社,2011.2 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准(2017年版)S.北京:人民教育出版社,2018.3 王敏,张玉玲.建构野外考察“四库”,提升中学教师地理实践力以梵净山考察为例J.中学地理教学参考,2021(07):73-77.4 领领.基于GIS培养高中生地理综合思维能力的案例设计研究以人教版地理必修2为例D.呼和浩特:内蒙古师范大学,2022.（责任编校：周思爽）