基于EXCEL的地理教學信息分析和可視化表達

董建勛

（江蘇省鎮江中學, 江蘇 鎮江 212017）

基于EXCEL的地理教學信息分析和可視化表達

董建勛

（江蘇省鎮江中學, 江蘇 鎮江 212017）

收集、整理和分析地理信息，并將其應用到學習過程中；運用有效手段表達地理探究的見解和體會，這是新課程改革的要求。指導學生應用信息技術將地理信息進行處理和可視化表達是提高教學有效性的關鍵。指導學生將信息技術與地理探究活動的有效整合是突破這一關鍵的有效措施。

地理教學；地理信息；信息技術；EXCEL

一、問題的提出

在地理教學中，以圖形、圖像和地圖等直觀形式呈現教學內容，可充分激發學生的學習興趣，調動學生的注意力，提高教學質量。然而，現行教材中大量的教學內容卻是以數字、表格等形式呈現，即使有部分直觀圖表，也存在數據過時、形式陳舊或遠離學生的生活體驗等問題。課程改革要求我們在教學中重視過程和方法，要求學生“通過多種途徑、運用多種手段收集地理信息，嘗試運用所學的地理知識和技能對地理信息進行整理、分析，并把地理信息運用于地理學習過程”；“嘗試從學習和生活中發現地理問題，提出探究方案，與他人合作開展調查研究，提出解決問題的對策”；“運用適當的方法和手段，表達、交流、反思自己地理學習和探究的體會、見解和成果”。筆者認為有意識地指導學生應用信息技術將收集的地理信息進行適當的處理并轉化為圖表、地圖等直觀形式，就能更有效地應用這些信息；學生也能借此有效表達、交流和反思自己地理學習和探究的體會、見解和成果。現行的高中信息技術應用課程標準規定了學生必須初步掌握信息處理的基本方法和以電子表格為核心的信息處理軟件。筆者針對教材中出現和地理調查中的常見數據，探討應用最廣泛的電子表格軟件Excel的數據處理和可視化圖表的自制方案。

二、基于Excel的地理數據處理

Excel是Microsoft Office的重要組件，可以完成復雜的數據運算，進行數據的分析和預測，并具備強大的圖表功能，中學信息技術課程標準也要求學生初步掌握Excel的基本應用。以下便是筆者在教學實踐中應用Excel，指導學生對地理數據進行適當的處理，實現信息處理整合于地理教學的過程的途徑。

1.由數字到圖像，變無形為有形

應用Excel強大的圖表向導，可以將生硬的表格數據轉化為直觀圖表展現出來，如新課標魯教版必修二表1-3-3，世界人口垂直分布趨勢。我們可以在Excel中輸入其中數據（圖1），應用圖表工具繪制出“復合條餅圖”，將其底圖更改為地形實景即可（圖2）。

圖1 在Excel中輸入表格數據

圖2 Excel生成的統計復合條餅圖

2.由數字到曲線，變無序為有序

應用Excel對地理數據進行分析處理，有助于凸現表面上紛繁復雜的地理數據背后隱藏的地理規律。如新課標魯教版必修一表1-1-1太陽系中主要行星物理性質比較，其中的公轉周期、與太陽的距離等就有深層次的規律性。我們將這些數據輸入Excel，統一單位（圖3），插入“XY散點圖”，選定B1:C10數據區域，按照向導提示，即可得到散點圖（圖4）。

圖3 將行星物理性質數據填入Excel

圖4 Excel圖表向導得到的散點圖

圖5 Excel給出的趨勢曲線及其解析式

下一步就是關鍵的數據分析了，首先在任一“散點”上單擊鼠標右鍵，在彈出的上下文菜單中選擇“添加趨勢線”，由于散點分布接近冪函數分布，從而在彈出的對話框中試選擇“乘冪”趨勢預測/回歸類型，確定完成，即得到Excel繪出的趨勢線（圖5），可以看出曲線與散點擬合很好。用鼠標右鍵單擊趨勢線，選擇“趨勢線”格式，在趨勢線格式對話框中選擇“選項”選擇卡，鉤選“顯示公式”選項，Excel便立刻在散點圖上給出趨勢曲線的解析式，如圖5右上角所示，即：

其含義為，行星公轉周期的平方與其和太陽的距離的立方成正比。這就是著名的開普勒行星運動第三定律。丹麥天文學家第谷畢生觀測才收集到這些數據，德國天文學家開普勒終其一生，處理了這些數據，才得到了這個定律。而這兩代人的努力，我們應用信息技術，只需要片刻時間就能完成。這樣的探究學習過程，學生既能在信息處理過程中不斷有驚喜發現，進一步激發學習的興趣和探究的熱情，更能逐步鍛煉出一種適應現代社會探索學習的能力，這對于其終生發展十分有利。

3.由數字到專題地圖，突顯地理學科特色

專題地圖是著重表示一種或數種自然要素或社會經濟現象的地圖，在地理問題的研究中有著廣泛的應用。我們可以應用Excel生成統計圖表后，用如下方法Diy專題地圖：

(1)在Excel生成的圖表中應用地圖作為底圖。如研究人口隨緯度的分布情況時，按表6在Excel中輸入統計數據。選擇“插入—>圖表”菜單，在彈出對話框中左側“圖表類型”列表框中選擇“條形圖”，點擊右側的“子圖表”框中的“簇狀條形圖”項，點擊“完成”按鈕即可得條形統計圖。在“繪圖區”雙擊鼠標左鍵，在彈出的對話框中點擊“填充效果”按鈕，彈出對話框中選擇“圖片”選項卡，點擊“選擇圖片”按鈕，在彈出的 “選擇圖片”對話框中選擇世界地形圖，這時展現在你眼前的就是在世界地形底圖上呈現出的各緯度段人口的分布情況統計圖。給出了不同緯度的海陸分布、地形等相關要素，為我們綜合分析不同緯度人口的分布提供了背景資料。

圖6 人口隨緯度的分布情況

圖7 最終生成的人口隨緯度的分布圖

(2)把Excel生成的圖表打散，將需要的統計圖元粘貼到地理底圖的相應位置。如在研究人口分布與海陸位置的關系時，我們可以在Excel中輸入相關數據：

大洲歐洲亞洲非洲北美南美大洋洲世界沿海面積48．7% 26．9% 19．4% 38．5% 26．8% 44．2% 30．1%沿海人口54．9% 47．3% 54．1% 51．3% 62．8% 94．3% 50．3%

選擇“插入→圖表”菜單，在“圖表類型”列表框中選擇“柱狀圖”，點擊右側的“子圖表”框中的“族狀柱狀圖”項，點擊“完成”按鈕，經過美化后，得到的統計圖如圖8所示。

圖8 經過美化后Excel生成的族狀柱狀圖

將該圖復制，粘貼到Microsoft Powerpoint的幻燈片中去，對其執行兩次的“取消組合”操作，將各大洲的統計柱分別粘貼到世界大洲大洋輪廓底圖的相應大洲位置，即可得到十分專業的專題地圖，如圖9所示。這樣的專題地圖，有助于指導學生從海岸線的曲折程度、大陸面積以及氣候等方面探究各大洲沿海地區面積的比重和人口集中程度不同的原因。

圖9 世界人口各大洲沿海地區人口比重

三、基于EXCEL的地理數據可視化表達

1.風向玫瑰圖

風向因素在探究氣候特征和工業區位因素中不可忽視，風向玫瑰圖能直觀地表現出各個方向的風向頻率分布，是表達一個地區風向分布的有效手段。引導學生收集當地風向與工業布局的相關信息，并進行適當處理進而繪制出相應的風向玫瑰圖是探究學習的關鍵。學生通過訪問當地氣象臺（站）獲得一年的氣象信息，應用Excel強大的數據處理功能計算出每種風向的頻率（%），如下表所示。

風向N NNE NE NEE E EES ES SSE S SSW SW SWW W WWN WN WNN無風春3．3 10．0 7．8 7．8 4．4 2．2 10．0 13．3 6．7 3．3 2．2 2．2 1．1 1．1 3．3 8．9 12．2夏3．2 4．3 5．4 5．4 3．2 2．2 16．1 22．6 6．5 4．3 3．2 1．1 3．2 2．2 4．3 4．3 8．6秋4．6 13．6 10．2 5．7 3．4 2．3 6．8 14．8 5．7 3．4 1．1 0．0 1．1 1．1 4．6 4．6 17．1冬7．5 14．9 10．6 9．6 4．3 2．1 4．3 6．4 5．3 3．2 1．1 0．0 1．1 3．2 10．6 7．5 8．5全年4．7 10．7 8．5 7．1 3．8 2．2 9．3 14．3 6．0 3．6 1．9 0．8 1．6 1．9 5．8 6．3 11．5風頻（%）

選定風向和冬季風頻數據行（無風列不選），選擇“插入→圖表”菜單，在彈出對話框中左側的“圖表類型”列表中選擇“雷達圖”，在右側的“子圖表類型”中選擇“填充雷達圖”，點擊“完成”按鈕即可得到冬季的風向玫瑰圖，如圖10所示，同樣，我們可以完成該地區任何季節以及全年的風向玫瑰圖。

同樣的思路，我們在Excel中填寫各月平均氣溫和降水量的數據，選擇“自定義類型”選項卡，在“圖表類型”列表框中選擇“兩軸線-柱狀”，即可得氣溫降水統計圖，還可適當優化（圖11）。

圖10 Excel生成的全年風向玫瑰圖

圖11 經過適當優化設計后的氣溫降水統計圖

2.人口金字塔圖

人口金字塔圖可以直觀地反映出人口年齡結構和性別比例，是指導學生探究人口增長的有效工具。指導學生應用Excel計算出各年齡段男女人口比重，如下表（由于作圖需要將女性人口比重設為負值）所示。

選擇表中的所有數據，插入條形圖，選擇“子圖表”框中的“簇狀條形圖”項，即可得人口金字塔圖的雛形，如圖12所示。其缺憾在于同一年齡段的統計條是相互錯開的。在任意統計條上雙擊，在彈出的“數據系列格式”對話框上選擇“選項”選項卡，將其中的“重疊比例”設為100，“分類間距”設為0，在下方的預覽框中，即可看到錯位現象已消失了。將鼠標移到任一縱軸坐標刻度標注上（此時會顯示“分類軸”字樣的系統提示），雙擊鼠標左鍵，在彈出的“坐標軸格式”對話框中選擇圖案選項卡，設定右下方的 “刻度線標簽”為“圖外方式”，這時的金字塔圖，就很完善了，如圖13所示。

圖12 Excel生成的人口金字塔圖雛形

圖13 最終生成的成型的人口金字塔圖

四、討論

新的課程改革要求我們注重開發身邊的課程資源，學習對生活有用的地理。指導學生通過調查等手段可以獲取豐富的可用于探究活動的信息，指導學生應用Excel等信息處理工具對這些信息進行有效地整理，應用軟件的圖表功能，我們就能繪制出直觀地統計圖表甚至專題地圖，這樣的教學呈現，直觀地體現了相關地理要素之間的聯系，提高了學生探究地理問題的效率。這樣的地理信息的處理過程，體現了科學研究中的去粗存精，突出重點等精神。這樣的研究方法，也為學生終生發展打下了良好的基礎。近年來，不少教師提出用GIS軟件甚至矢量圖軟件Illustrator等制作地理圖表的思路。這對于教師制作高質量的圖表十分有效。但Excel不僅具有數據處理與圖表制作的強大功能，且應用更加普遍。在課堂教學中，師生共同處理地理信息、分析地理問題、探究地理規律，地理學習更加有效。

（責任編校：周維國）