基于WebGIS的中学地理教学系统的设计与实现.pdf

中国建设教育 China Construction Education Aug 2009 Vol 8 No 8 2 0 0 9年8月 第8卷 第8期 一 引言 著名地理信息系统 简称GIS 专家陈述彭院士 认为 定性描述是地理学的第一代语言 地图是地 理学的第二代语言 地理信息系统是地理学的第三 代语言 在中学地理教学中 利用地图进行教学是 最重要的方法 可以说 没有地图就没有地理学 没 有地图也就无法进行地理教学 1 但传统的纸质地 图存在着内容陈旧 不能查询选择 维护困难等缺 陷 显然已不能适应现代中学地理教学的需要 改 变传统模式 寻找地理教学的新出路是中学地理教 学改革的必然要求 GIS作为地理学的第三代语言虽并非为地理教 学而设计 但它的很多功能非常适用于地理教学 2 实现了空间数据的可视化 可以对地图进行任意比 例放大和缩小 采用分层技术存储和显示数据 可 以按教学需求显示不同专题 叠置 统计 查询等分 析功能 可以提高学生分析问题能力 这些优点都 是纸质地图不可能具有的 因此GIS用于地理教学 是必然的趋势 WebGIS是利用Web来扩展和完善GIS的一项 技术 它不仅具有GIS的教育功能 更重要的是能 获取和共享网上大量的地理数据资源 并且具有很 好的时效性 因此将WebGIS应用于中学地理教学 必然会让地理教学模式焕然一新 目前GIS用于地 理教学的应用研究已经得到地理教育工作者的广 泛认同 但是WebGIS与地理教学的结合却少之又 少 本文拟借助于成熟的WebGIS服务平台ArcGIS Server 设计并研发一套基于WebGIS的中学地理教 学系统 以期实现对某个区域 市或县 的地理教学 标准化服务 并最大限度地减少地理教学的随意 性 资料收集与更新的重复性劳动 二 系统结构设计 系统采用三层WebGIS体系结构 这三层分别 是客户端浏览器 应用服务器和数据服务器 3 客户 端浏览器是B S模式 通过认证将不同的用户分开 赋予他们不同的用户权限 实现不同的操作 提高 了系统的安全性 数据管理设置成独立的服务器 便于数据库的维护和管理 保证了数据的安全性和 约束完整性 其结构如图1所示 1 开发平台 本系统选用C net语言和ESRI公司的ArcGIS Server作为开发平台 ArcGIS Server是ESRI公司的 WebGIS产品 是一个基于服务器的ArcObjects组 件函数库开发环境 它提供了创建和配置GIS应用 基于WebGIS的中学地理教学系统的设计与实现 韩旭丽 罗德安 北京建筑工程学院测绘与城市空间学院 北京100044 摘要 在分析WebGIS教育功能的基础上 结合ArcGIS Server和数据库技术 设计了一个基于 WebGIS的中学地理教学系统 文中对系统体系结构设计 功能模块设计和系统实现的关键技术等 内容进行了较为详细的论述 并通过实际的应用实践证明了所设计系统的合理性及可行性 关键词 WebGIS 地理教学 系统设计 中图分类号 G420 文献标识码 A 文章编号 1814 9723 2009 08 0023 03 收稿日期 2009 4 8 作者简介 韩旭丽 北京建筑工程学院教师 课程教学 23 中国建设教育韩旭丽 等 基于WebGIS的中学地理教学系统设计与实现2009年第8期 程序和服务的框架 并扩展了基于服务器的GIS处 理能力 包括先进的制图 地理处理 空间数据管理 和3D功能 是目前最成熟 功能最强大的WebGIS 产品 2 数据库设计 系统数据库包括基础地理信息数据库 专题地 理信息数据库 案例教学数据库三个空间数据库和 一个非空间数据库 基础地理信息数据库以初中地理为依托 主要 存储世界及分区 国家和地区的矢量地图 包括行 政区划 河流 湖泊 山脉 气候 自然带 矿藏 交通 线 工农业分布等教学中涉及到的所有要素内容 专题地理信息数据库以高中地理为依托 分地球运 动 大气运动 水循环 气候 人口 城市和工农业区 位等专题 案例教学数据库存储教学中出现的案例 分析地图 教学中需要的图片 描述地理运动或变 化的flash动画以及课后习题等存储在非空间数据 库中 在空间数据库中 中学地理要素会按照各自抽 象的形象以点 线 面的方式存储 设计的原则是直 观形象 易于理解 以山脉为例 本身是一个体状要 素 在本系统中被设计成线状要素 以准确的表示 山脉的走向和主山脊线的位置 尤其是大型山脉以 线来表示更具有优势 要素属性表设计原则是能满 足教学要求 进行必要的地理分析 以河流为例 设 计 是否为内流河 这一字段 类型为布尔型 可通 过它选择出内流河以观察其分布状况 三 系统功能模块设计 中学地理教学系统按功能的不同分为七个子 系统 如图2所示 基础教学子系统 管理各种基础数据 包括空 间数据和非空间数据 并依靠良好的用户界面 实 现系统的最基本功能 包括地图的放大缩小 漫游 查询 选择 量算 地图的全屏显示 链接等 系统所 有用户都有权限访问并实现这些操作 地球运动子系统 针对地球运动和大气运动 实现三维地球运动的场景模拟 辅助以动画演示来 帮助学生建立空间思维 同时提供三维信息和二维 信息的转换功能 过程演示子系统 地理学涉及到自然界和人类 社会中的诸多运动 演变过程和进程 可以通过代 码或展示相关的flash动画实现 地理分析子系统 实现WebGIS的对地理事物 的空间分析 统计分析和网络分析功能 其中空间 分析又包括缓冲区分析和叠置分析 教师专用子系统 只面向教师用户 实现对地 图的编辑 制作专题地图或者对感兴趣区域进行截 图 针对学生掌握的情况制作案例 习题或试题 同 时对教学中发现的问题通过留言板将信息反馈给 图1系统体系结构图 图2系统模块功能设计图 24 图4系统三维展示窗口 系统管理人员 维护管理子系统 系统管理员通过权限认证后 实现对系统数据的更新和维护 并接收反馈信息来 完善系统 系统帮助 提供详细的系统帮助文档和GIS的 相关理论知识 四 系统实现关键技术 1 空间数据管理技术 系统管理的地图是空间数据 因此在数据库和 应用服务器之间需要有中间件沟通两者 专门管理 空间数据 ArcGIS Server融入了ArcSDE空间数据 管理技术 能够直接通过SQL访问Oracle等大型数 据库 并且支持跨平台跨数据库和数据库的复制 大大提高了系统的效率和可伸缩性 2 三维GIS和时态GIS 中学地理包含诸多关于事物运动和演变的知 识 如地球运动 大气运动 城市化进程等 需要三 维GIS和时态GIS技术的支持来模拟三维场景 演 示动态过程 ArcGlobe和ArcScene是ArcGIS的3D 产品 可以实现三维显示 场景模拟和进程演示 应 用其相关控件可开发类似的应用程序 3 地图缓存技术 地图缓存是在不同比例尺下预先保存在客户 端的地图集合 每个比例尺对应一定详细程度和 分辨率的地图信息 在特定的网络条件下 这种机 制能在很大程度上减少地图显示时间从而提高效 率 地理教学中所需地图更新周期相对比较长 适 合使用缓存技术来优化系统性能 根据中学地理 教学的需要 10 12级地图缓存是合适的 系统利 用ArcGIS桌面产品ArcCatalog实现地图的分级别 缓存 五 系统实现情况简介 中学地理教学系统为中学教学服务 浏览界面 简单清晰 容易被中学生接受 而且不失美观 图3 是系统主界面截图 工具栏中为常用工具 在其右端 有下拉列表 根据需要选择工具条 视图窗口左侧为 图层列表 图例 查询结果和鹰眼四个窗口 截图内 容是世界气候类型分布图和其属性表 对象绘制工 具条可以对其进行编辑 制作专题地图 图4是系统 三维界面截图 实现了三维场景的虚拟漫游 六 结束语 根据上述的设计理念 我们为某市的中学地理 教学设计并实现了一套基于WebGIS的地理教学系 统 供该市的中学地理教学使用 该系统的应用极 大地降低了资料收集 更新的难度 维护了数据的 一致性 实现了全市统一的 标准化的地理教学服 务 当然 该系统的成功应用证明了本文提出的设 计方案的合理性及有效性 参考文献 1 窦静芝 初中地理图像程序教学的原则和教 学模式 J 中学地理教学参考 1999 07 2 张秀凤 将地理信息系统引入中学教育的方 法模式探讨 D 上海 华东师范大学 2005 3 颜辉武 吴涛 王方雄 网络地理信息系统 M 北京 测绘出版社 2007 下转第14页 图3系统主界面 中国建设教育韩旭丽 等 基于WebGIS的中学地理教学系统设计与实现2009年第8期 25 De s ign of Ge ogra phy Te a c hing Sys te m for Middle Sc hool Ba s e d on We bGIS HAN Xu li LUO De an Dept of Surveying and Mapping Beijing University of Civil Engineering and Architecture Beijing 100044 China Abs tra c t After analyzing the educational functions of WebGIS this paper designs a Geography Teaching System for Middle School based on ArcGIS Server and database technology The system architecture designs of functional modules and relative key technologies about the teaching system are discussed in the paper and a relative Geography Teaching System is developed to attest the feasibility and the rationality of the designed system Ke y w ords WebGIS Geography Teaching system design 司的原则是优质 高效 诚信 必须坚持质量第一 客户至上 诚实守信 服务为荣的信念 突出优质的 售后服务 完全彻底地解除客户的后顾之忧 达到 做一个工程树一个样板 的境界 通过秉承公司经营原则进行仿真经营实战 不 仅增进学生专业学习的兴趣 还可以帮助学生在进 入社会前模拟企业文化 进一步强化和企业文化对 接的专业文化 为提高高职生就业竞争力和为今后 创业打下扎实的基础 在专业文化的建设中 学校注重和企业文化对 接 注重企业文化的熏陶 培养出来的学生就能满 足施工单位 造价咨询单位 装饰公司对从业人员 的专业素质要求 参考文献 1 李玉萍 文化 道 M 北京 清华大学出版社 出版 2 张青 论大学中的专业文化建设 J 中国石油 大学学报社会科学版 2007 2 3 中国校园文化建设网 4 雷久相 试论高职校园文化和企业文化的互 动与融合 J 教育与职业 2006 9 5 杨国兰 论职业院校办学管理的企业意识 教 育与职业 2007 7 6 聂继德 高职英语类专业文化模式的构建与 强化 J 武汉船舶职业技术学院学报 2008 1 7 中价协 2002 第 015号 文件 The Com bina tion of the Profe s s iona l Culture a t Highe r Voc a tiona l Sc hools a nd the Corpora te Culture JI Ling li Wuxi Higher Vocational School of Tourism and Commerce Wuxi 214001 China Abs tra c t The best way of creating the atmosphere called learning by doing is to combine the professional culture at higher vocational schools with the corporate culture Creating a good culture for theeducation environment isvery important to improvethequality of personnel training and school effectiveness Drawing on the content of corporate culture this paper combines the construction techniques with the requirements of