ArcMap制圖在高中地理教學中的應用

毛坤

地圖作為一種特殊符號，具有同文字一樣傳遞信息的功能，直觀、形象、生動，更容易被學生接受。地圖是地理知識的重要載體，在地圖中，地理知識的表達更加全面與具體，地理教學離不開地圖，地圖對于地理教學有特殊的推動作用，在彰顯地理學科特點、培養學生空間想象力以及活躍課堂氛圍等方面起到極大作用［1］。著名的地圖與信息系統專家陳述彭院士認為：“定性描述是地理學的第一代語言，地圖是地理學的第二代語言，地理信息系統是地理學的第三代語言。”［2］GIS具有采集、編輯、綜合處理地理數據與地圖的存儲、管理和創建功能，以及強大的空間分析、地理制圖等功能，ArcGis作為其應用軟件之一，是一個統一的地理信息平臺，其桌面軟件DeskStop中的ArcMap、ArCcatalog、ArcToolbox的3種應用環境協調工作來完成數據管理、投影轉換、數據轉換、地圖編緝、地圖打印、拓撲處理、空間分析和三維建模等GIS系列任務［3］。ArcGis軟件在高中地理教學中的主要作用是制作教學所需的地圖，具體、形象演示地理知識，加強學生對教材理論知識的理解，增強教學深度，拓展知識廣度。本文借助ArcMap制圖技術，制作寧夏自然、人文地理有關的地圖，用于高中地理教學，既加強學生對故鄉的熟悉，又能理論聯系實際，將所學知識用于實踐，提升學生的區域認知水平及綜合分析能力，培養學生地理核心素養。

一、ArcMap的主要功能

1.地理數據的輸入與轉換

數據的輸入與轉換是將需要的原始數據或是經過處理好的數據輸入到ArcMap中并轉換為其便于處理的內部格式的過程。數據的輸入包括對空間數據和屬性數據這兩類數據的輸入，其中點、線、面這類帶有空間位置和幾何特性的要素為空間數據輸入，而文字、表格和其他非幾何數據的輸入為屬性數據輸入。數據的轉換主要是通過ArcToolbox這一強大的工具集進行內部矢量數據和柵格數據之間的轉換。

2.地理數據的編輯

數據的編輯是對已有的數據進行修改更新以及建立它們之間的聯系的過程，主要包括拓撲關系的建立、數據的投影變換、扭曲拉伸、裁剪、拼接和提取、以及坐標校正等。其中可以借助拓撲關系來編輯要素和檢驗數據質量。

3.地理數據的查詢

數據的查詢包括兩個方面功能：通過空間位置查屬性和通過屬性查空間位置，即“某個特定位置有什么”和“某個特定要素在哪里”。

4.地理數據的分析

空間數據的分析是其核心功能，它能夠通過對基礎數據的分析并疊加其影響來量化解決現實生活中與空間相關的實際問題，應用范圍很廣闊，其中包括柵格、矢量數據分析、三維分析。柵格數據分析包括生成高程柵格、坡度柵格、距離柵格、密度柵格、重分類、柵格計算等具體功能。矢量數據分析包括基于空間位置的查詢、緩沖區分析、疊加分析、提取分析、鄰域分析、空間統計等。三維分析包括創建柵格表面，對于表面積與體積、坡度、坡向、可視性分析、表面長度等一系列表面分析。

5.地理數據的表達與輸出

地理數據表達與輸出是指對地理數據經過處理、分析所得成果的可視化表達，ArcMap具有強大的地圖輸出功能，不僅可以輸出全要素地圖，也可根據自身需求輸出各種專題圖、統計圖等。

二、ArcMap制圖在高中地理教學中的應用意義

1.有助于學生直觀理解地理現象

在高中地理教學中，尤其是涉及區域教學內容時，教師可以指導學生收集某區域地理信息數據，利用ArcMap制圖技術，將原數據轉換成不同的地圖，實現地理信息數據可視化，便于學生直觀理解地理現象。例如，獲取某區域地形、氣溫、降水、光照時數、土地利用方式變化、人口數量及密度、城市化率、人均GDP等數據，制作成所需地圖，實現不同區域地理信息空間可視化。

2.有助于提高學生區域認知水平

在高中地理教學中，絕大部分地圖都來源于教材，能夠滿足教學所需，但在進行部分區域教學中或者進行一些案例教學時，所需一些專題地圖就可以利用ArcMap進行制作。學生在教師指導下學會識圖、讀圖、用圖，學會描述某一區域氣溫、降水、光照等空間分布特征，學會分析某一區域地理環境特征，有效提升學生區域定位能力和認知水平。

3.有助于提升教師專業制圖能力

利用ArcMap制圖，在獲取、查找地理數據的過程中，提高了教師獲取地理信息數據的能力；在整理和處理數據的過程中，增長了見識與專業知識；在制圖過程中，加深了教師對于ArcMap軟件的熟悉，提高了制圖技術水平；在教學過程中，提高了教師業務水平與能力。

三、ArcMap制圖在高中地理教學中的應用實例——以寧夏為例

1.利用ArcMap制作寧夏專題地圖

在地理空間數據云網站下載寧夏這一區域內DEM數字高程數據，在GLOBELAND 30中分別下載寧夏2000、2010、2020年土地利用數據，分別添加至ArcMap中，在ArcToolbox中經過數據管理工具中的柵格處理、投影與轉換，Spatial Analyst工具中的表面分析，屬性中的符號系統，布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等一系列操作后依次得出寧夏地形圖、坡度圖、坡向圖、山體陰影圖以及寧夏2000、2010、2020年土地利用方式示意圖（圖1～圖5）。

在ArcMap中導入河流、交通等原始數據，利用裁剪工具依次裁剪出寧夏境內河流、交通分布圖，利用屬性中的符號系統進行分級色彩設置，河流、交通都有不同級別，故顏色搭配也不一樣，地圖色彩要保證不同符號可以有效區分不同數據內容。在布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等后得出寧夏河流水系圖與交通圖（圖6、圖7）。

克里金插值也稱作空間局部插值法，或空間自協方差最佳插值法，它以變異函數理論和結構分析為基礎，在特定區域內對區域化變量進行無偏最優估計，被廣泛應用于土壤制圖領域，是一種非常重要的地統計學方法。利用克里金插值對降水量、氣溫、日照時數進行插值制圖，調用 “Geostatistical Analyst”模塊及應用“地統計向導”依次制作出寧夏降水分布圖、氣溫分布圖、日照時數分布圖（圖8～圖10）。

在寧夏統計年鑒中查找寧夏2020年各市縣人口密度、城市化率、人均GDP數據，連同寧夏各市縣經緯度坐標制作成Excel表格，添加至ArcMap中，分別在屬性中的符號系統進行分級色彩設置，布局視圖分別插入標題、比例尺、圖例、指北針等后得出寧夏人口密度、城市化率、人均GDP分布圖（圖11～圖13）。

2. ArcMap制圖在高中地理教學中的應用路徑

【學情分析】學生在學習高中地理必修內容后，已經學會如何分析某一區域情況及特征。達到核心素養下綜合思維、區域認知水平一、水平二。學習區域地理后，進一步加深對降水方面知識的理解與掌握，達到綜合思維、區域認知水平三。進入高三復習，面對高考，需要進一步提高學生的綜合思維和區域認知水平，即水平四，使得學生能夠對現實中地理事象，如自然環境的變化、區域發展、資源環境與國家安全問題等，運用要素綜合、時空綜合、地方綜合的分析思路，對其進行系統性、地域性的解釋。要達到水平四，這就需要教師設置不同情境的地理題項、材料分析等培養學生的綜合能力。對寧夏這一區域進行整體性分析，有利于提升學生的區域認知和綜合思維水平。

【教學目標】通過對圖形的解讀，分析出寧夏自然、社會經濟條件及特征，提高學生識圖、讀圖、用圖的能力；通過對區域整體性分析，培養學生區域認知、綜合思維水平，提高綜合分析的能力；通過對本地熟悉地理事象的選取，激發學生的學習興趣，培養學生的鄉土情感；通過學習，培養學生注意身邊地理現象的意識，懂得理論聯系實際，培養學生的地理情懷，提升學生的地理學科核心素養。

【教學過程】如表1所示。

【教學評價與反思】該教學案例設計主旨是以鄉土地理為主題，以寧夏這一區域為例進行教學，從地理位置、自然條件和社會經濟條件等方面進行教學和學習，所用方法是對圖的分析，在學習了區域部分知識后，學生對如何分析某一區域特征的思路和方法已經有所了解與掌握。通過課堂中學生對降水、氣溫、日照、河流、人口、城市、交通等分布圖的分析情況來看，學生基本會判讀和歸納分布特征，達到了教學目的。由于學生基礎差，對所學知識未形成系統性理解與掌握，當延伸一些產生或導致這些特征的原因和影響相關的問題時，就難以回答。所以大部分地圖都是逐圖分析，并解讀和延伸知識點，這樣一來，教師在設計與實施中都是主體，學生除了回答相關特征之外，更多的是聆聽、思考、做筆記，沒有發揮學生在課堂中的主體作用，這一點需要改進和重新設計實施，但是考慮到學情以及學生初步接觸到理論性強的知識，需以這種方式，引發學生認識和思考后，再實施以學生為主體的內容。同時，關于寧夏區域特征分析，必須以專題形式探究，才能達到較好的效果。

四、結語

綜上，利用ArcMap制圖用于高中地理教學，可以直觀生動地展示地理現象，激發學生學習興趣，有利于培養學生識圖、讀圖、用圖的能力，有利于提升教師制圖能力與水平。當前，由于利用ArcMap制圖要求高，需要大量精確矢量數據，但這些矢量數據需要花大量的錢來購買，所以利用ArcMap制圖的難度也大，加之制圖的耗時長，利用率低，使得利用ArcMap這一專業制圖軟件制圖的教師很少，造成ArcMap制圖在高中地理教學中的應用率低。相信隨著GIS的不斷完善與發展，這些問題都會得到解決，利用ArcMap制圖一定會受到廣大地理教師的喜歡。

參考文獻：

［1］ 時峰.地圖在地理教學中的應用［J］.中學地理教學參考（下半月），2015（5）：22-23.

［2］ 李佩武，周江，荊平.GIS技術及其在地理教學中的應用分析［J］.天津教育，2005（6）：52-53.

［3］ 楊花亭.淺談ArcMap地圖制圖技術與方法［J］.才智，2011（14）：326-328.