基于Web的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具的設(shè)計(jì)與使用
——以氣溫變化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)為例

華東師范大學(xué)（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

基于Web的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具的設(shè)計(jì)與使用
——以氣溫變化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)為例

華東師范大學(xué)（200062） 李虹霖 蘇小兵 李治洪

一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)手段和教學(xué)方法發(fā)生了改變，教學(xué)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化已逐漸成為一種趨勢(shì)。將網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)運(yùn)用于地理教學(xué)中，不僅可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)習(xí)效率，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的獲取、處理和運(yùn)用的能力。

二、目標(biāo)和特色

中學(xué)地理教材中，包含了許多的地理實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

在地理實(shí)驗(yàn)課中，其中有許多需要用到圖表繪制工具，如氣象觀測(cè)、人口與城市發(fā)展等。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)并開發(fā)了基于Web的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具。該工具采用HTML5標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，用戶只需安裝有瀏覽器，在聯(lián)網(wǎng)的條件下便可使用。對(duì)于有一定Web開發(fā)基礎(chǔ)的老師或?qū)W生，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的開發(fā)接口，非常方便地將該工具集成到自己的應(yīng)用里。

三、功能詳解

該繪圖工具設(shè)計(jì)了三種繪制模式，即：全自動(dòng)繪制模式、半手動(dòng)模式和全手動(dòng)模式。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求選擇合適的繪制模式繪圖。其中，全自動(dòng)繪制模式具有動(dòng)畫效果，鼠標(biāo)移動(dòng)或單擊事件可控制數(shù)值標(biāo)注、圖形要素等的顯示和隱藏，趣味性的增加有利于增強(qiáng)中學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具的三種模式各有側(cè)重，老師在教學(xué)過(guò)程中或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的具體要求，可以采用不同的繪制模式。比如，采用全自動(dòng)模式，可以很快得到最終圖形化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布的規(guī)律；采用全手動(dòng)模式，學(xué)生可以體驗(yàn)原始手工圖表繪制的過(guò)程，從而對(duì)根據(jù)數(shù)據(jù)手繪圖表有一個(gè)完整的感性認(rèn)識(shí)。

1. 全自動(dòng)模式

全自動(dòng)模式下，根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪圖，操作簡(jiǎn)單、迅速?？梢詫?shí)現(xiàn)線狀圖、柱形圖、條形圖、堆積柱形圖、面積圖、餅圖等類型圖表繪制（圖1）。

圖1 全自動(dòng)模式柱狀圖

2. 半手動(dòng)模式

在半手動(dòng)模式下，設(shè)計(jì)了繪制點(diǎn)、繪制線、繪制文本、繪制坐標(biāo)系、擦除、撤銷、重做、清空面板等工具，用戶可以使用這些工具進(jìn)行相應(yīng)的操作來(lái)繪制想要的圖形。選擇該模式后，繪圖區(qū)即一個(gè)空的畫板，用戶可以選擇畫板下方的繪圖工具繪圖。下面以上海市某天氣溫變化圖繪制的全過(guò)程介紹半手動(dòng)模式下的繪圖方法。

（1）繪制坐標(biāo)系

選擇繪制坐標(biāo)系工具（左下角第四個(gè)圖標(biāo)），在畫板上左下角單擊，便以單擊點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，時(shí)刻為橫軸，氣溫值為縱軸，生成坐標(biāo)系（圖2）。坐標(biāo)系橫軸標(biāo)注的是時(shí)刻值，其中縱軸標(biāo)注是根據(jù)氣溫?cái)?shù)值的范圍自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的。

圖2 繪制坐標(biāo)系

（2）繪制點(diǎn)

選擇繪制點(diǎn)工具（第一個(gè)圖標(biāo)），在相應(yīng)的位置單擊，繪制點(diǎn)。繪制點(diǎn)時(shí)，鼠標(biāo)變成十字絲光標(biāo)，在鼠標(biāo)移動(dòng)過(guò)程中，以十字絲中心為交點(diǎn)，分別向X軸和Y軸引出垂線，從而方便學(xué)生準(zhǔn)確繪制點(diǎn)的位置。點(diǎn)擊鼠標(biāo)，便在當(dāng)前位置生成一個(gè)點(diǎn)（圖3）。

圖3 繪制點(diǎn)

（3）繪制線

選擇繪制線工具（第二個(gè)圖標(biāo)），從第一個(gè)點(diǎn)開始，在各點(diǎn)的中心位置單擊鼠標(biāo)，連接各點(diǎn)生成折線段，在最后一點(diǎn)雙擊鼠標(biāo)，完成折線的繪制（圖4）。

圖4 繪制線

（4）文字標(biāo)注

標(biāo)題等信息可以通過(guò)繪制文本工具（第三個(gè)圖標(biāo)）來(lái)完成。在需要添加文本的位置單擊，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)輸入框，在其中輸入需要添加的文本內(nèi)容，輸入完畢后，在輸入框以外的任意區(qū)域單擊，完成文本繪制（圖5）。

圖5 繪制文本

（5）其它工具介紹

此外，用戶可以使用橡皮擦工具（第五個(gè)圖標(biāo)），在需要擦除的地方單擊，便可以將該處的圖形擦掉。使用撤銷工具（第六個(gè)圖標(biāo)）可以撤銷前一次的繪圖操作。使用重做工具（第七個(gè)圖標(biāo)）恢復(fù)前一次的撤銷操作。使用清除工具（最后一個(gè)圖標(biāo)）清空整個(gè)畫板。最后完成的結(jié)果如圖6所示。

圖6 半手動(dòng)模式繪制結(jié)果

3. 全手動(dòng)模式

全手動(dòng)模式與半手動(dòng)模式功能相似。它與半手動(dòng)模式不同之處在于，它沒有自動(dòng)繪制坐標(biāo)系工具，用戶需要通過(guò)繪制點(diǎn)、線、文本的操作來(lái)手動(dòng)繪制坐標(biāo)系。

四、在氣溫變化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具適用于所有繪圖實(shí)驗(yàn)，具有通用性。目前，許多中學(xué)都建有自己的氣象觀測(cè)小臺(tái)站。本文以全自動(dòng)模式在氣溫觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中繪制氣溫變化圖為例，介紹地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)繪圖工具在地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

本示例中的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，觀測(cè)數(shù)據(jù)每隔一定間隔（如15分鐘）采集一次。我們可以選擇自己感興趣的地點(diǎn)、時(shí)間的數(shù)據(jù)，繪制氣溫變化圖，運(yùn)用氣溫變化圖，描述、分析各地區(qū)的氣溫變化特征，認(rèn)識(shí)氣溫的季節(jié)變化與地區(qū)差異。

這里，我們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取某一天24小時(shí)，以每小時(shí)為單位的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)繪制圖表，并將圖表進(jìn)行分析，最后生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

1. 感性認(rèn)識(shí)

用戶根據(jù)自己對(duì)分析地區(qū)的了解或親身體驗(yàn)，寫下對(duì)當(dāng)?shù)啬骋惶鞖鉁刈兓母行悦枋?，完成描述后，提交按鈕將描述內(nèi)容提交到系統(tǒng)，以便后面實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形成（圖7）。

圖7 感性認(rèn)識(shí)

2. 選擇數(shù)據(jù)

通過(guò)系統(tǒng)提供的地圖和日歷表，用戶可以從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提取某地、某日的氣溫?cái)?shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)需求選取多組數(shù)據(jù)，如選取不同地點(diǎn)相同日期或相同地點(diǎn)不同日期等數(shù)據(jù)，來(lái)分析同一時(shí)期不同地方的氣溫差異或同一地區(qū)不同時(shí)期的氣溫差異等現(xiàn)象（圖8）。

3. 繪制圖表

選取數(shù)據(jù)后，用戶可以根據(jù)自己的需要，從三種繪圖模式中選擇一種，以提取的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，繪制氣溫變化圖。圖9是選擇上海2012年5月4日的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，全自動(dòng)模式繪制氣溫變化圖的結(jié)果。

4. 分析與結(jié)論

根據(jù)氣溫變化圖對(duì)相關(guān)地區(qū)、相應(yīng)季節(jié)的氣溫情況及變化規(guī)律進(jìn)行分析，將分析所得的結(jié)論填寫在結(jié)論文本區(qū)（圖10），提交到系統(tǒng)中，以形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

圖8 選擇數(shù)據(jù)

圖9 全自動(dòng)繪圖模式

圖10 分析與結(jié)論