地理信息技术在乡土地理教学资源开发中的应用-初中-地理-论文

地理信息技术在乡土地理教学资源开发中的应用代华玉西安滨河学校摘要：乡土地理教学时常常面临教学资源匮乏，缺乏相应的专题地图，而地理信息技术通过收集、存储、管理和分析地理空间数据，生成地图、空间可视化及模拟，从而提供地理信息的技术手段。随这信息技术的发展，地理信息技术在教育领域得到了广泛应用，对于地理教学而言，它为地理教学提供了丰富多样的教学资源和工具，有效地提升了学生的学习效果和兴趣，本文将从乡土地理教学的需求出发，探讨地理信息技术在乡土地理教学中的应用及其意义。关键词：地理信息技术；乡土地理教学；专题地图制作；资源开发在《义务教育地理课程标准》（2022年版），将乡土地理作为重要的教学内容，新课标明确要求乡土地理教学要进行野外考察并利用图文资料，描述家乡典型的自然与人文地理事物和现象，归纳家乡地理环境的特点，举例说明其形成过程及原因。而乡土地理教学时，往往因缺乏更为准确的、全面的乡土地理教学资源，从而大大降低了教学效果，使得学生对乡土地理的认识停留在感性层面，无法形成学科素养，也没不能更好将所学知识运用于解释生活中的现象。基于以上情况，笔者尝试通过运用地理信息技术开发关于乡土地理课程资源，通过获取公开的地理信息数据，使用制图软件制作与乡土地理主题教学有关的专题地图，有效的弥补了乡土地理资源不足的困境。乡土地理教学资源基于学生的生活经验，乡土地理教学选题范围应该以县域为宜，县域内往往有自己独特的地形、气候、人口分布、城镇等地理要素，同时应该聚焦该县域内某突出的地理问题，通过探究这个问题将各地理要素串联起来，通过解决问题，掌握乡土地理，培养学生核心素养。笔者以“探究秦巴山区-岚皋县地质灾害多发”为例，陕西省岚皋县位于我国大巴山脉北侧，属于汉江流域，自然生态环境良好好，是南水北调水源地之一。由于县域内多山地，交通不便，经济发展一直受限，属于我国秦巴贫困连片区的一个贫困县，同时一些不合理的人类活动又造成了严重的滑坡、泥石流等地质灾害。本研究想借助地理信息技术，开发乡土地理教学资源，通过主题探究，让学生认识到家乡的生态环境建设与经济发展之间的联系。通过收集整理资料发现，岚皋县多发地质灾害的原因是：一是自然地理环境较为脆弱，易发生地质灾害，二是人类活动加剧了地质灾害发生的频率。岚皋县地质灾害多发的后果是严重威胁了当地人民群众的生命财产安全，制约了经济发展。在教学过程中要引导学生去思考如何治理及可持续发展问题。教学目标教学资源通过阅读自然地理专题地图，总结家乡自然环境的特征地理位置图、地形图、坡度图、水文图、气温降水资料图、中国气候分布图、植被覆盖率图通过阅读家乡地质灾害分布图，以及人文地理专题地图，探究地质灾害分布特点及产生原因地质灾害分布图、人口分布图、交通道路图、遥感影像图为家乡经济发展献策，寻找某农作物适合种植区调研该农作物生长习性、地理信息空间分析为完成本次乡土地理教学课题，需要大量的专题地图，可以通过地理信息技术获取相关数据，制作专题地图，同时可以通过地理信息技术空间分析方法，突破教学难点。二、地理信息技术应用途径中学地理课程标准中明确界定了地理信息技术是通过现代网络技术、计算机科学技术、虚拟技术等搜集、统整、处理与应用空间信息的地理信息技术的总称。为完成本次乡土地理的主题问题探究，先确定所需专题地图，通过国家公开的地理信息网站获取地理信息，然后用专业的地理制图软件，制作各类专题地图，最后通过地理空间技术分析的方法，分析关键性问题，帮助学生构建地理学科核心素养。地理信息数据获取在开发教学资源中地理信息的获取十分重要，要用到区划矢量、水体矢量、道路数据、地形高程数据DEM等，要获得规范科学的数据可以通过在各类国家公开的地理信息网站获取，在下载和使用数据时需要注意国家地理信息安全，标注好地理信息数据来源。地理数据网站获取方法优势劣势国家基础地理信息库注册登录后，选择申请数据，可免费下载到各种比例尺各类型地图，包括县级的行政区划、水体、降水与气温、道路等矢量数据权威可靠、科学规范要素齐全采用条带图幅形式，还需要在GIS软件中进行裁剪、拼接加工天地图登录后选择数据并申请，免费下载全国行政区划矢量数据，可以从在线地图中提取详细的水体、道路等要素科学规范、无需裁剪在线地图信息详细格式单一，需要用GIS软件进行转转格式标准地图服务系统登录网站，直接点击下载国家标准地图，具有审图号，并且可以编辑专题地图中科院资源环境科学数据平台注册登录后，可以申请下载水系流域、世界地图矢量、自然资源、森林覆盖率、气候区划等数据种类丰富，权威可靠只提供部分数据免费下载，且免费用户每天只能下载一次地理空间数据云注册登录后，可以免费下载全国范围内的30米分辨率的高程数据权威可靠，覆盖面大需要再GIS软件中进行镶嵌、裁剪等获得自己需要的图中国气象数据网登录后注册，建议注册教育科研实名注册用户，可以下载多种气象数据，包括地面监测资料，高空气象资料、卫星气象资料等。数据齐全，时效性强部分气象数据不完全公开，数据需要审核表1：地理信息数据获取途径（二）地理信息专业软件介绍专题地图制作需要用到地理信息技术软件GIS和AdobeIlluatrator（简称AI），常用的GIS软件有ArcMap、QGIS、SuperMap、Surfer、GlobalMapper等，其中ArcMap是主要的制图软件平台，具有强大的地图制作、空间分析、空间数据处理等，QGIS操作简单，灵活，界面清晰，学习方便。中学教师可以根据自己需要选择合适的制图软件进行学习运用。软件功能ArcMapArcMap是一个用户桌面组件，具有强大的地图制作，空间分析，空间数据建库等功能。可用于数据输入、编辑、查询、分析等等功能的应用程序，具有基于地图的所有功能，实现如地图制图、地图编辑、地图分析等功能。ArcMap包含一个复杂的专业制图和编辑系统，它既是一个面向对象的编辑器，又是一个数据表生成器。QGIS是一个自由软件的桌面GIS软件。它提供数据的显示、编辑和分析功能。SurferSurfer软件，是一款以画三维图的软件。该软件具有强大的插值功能和绘制图件能力，可用来处理XYZ数据.GlobalMappeGlobalMapper是一款地图绘制软件，还可以对地图作编辑、转换、打印、记录\t"/item/global%20mapper/_blank"GPS及利用数据的GIS(\t"/item/global%20mapper/_blank"地理信息系统)功能表2部分地理信息技术软件功能介绍三、专题地图制作（一）数据获取登录中科院资源环境科学数据平台：/lds.aspx。首先注册，然后选择自己所需要的数据，申请并下载，部分数据下载时需要申请，高精度数据需要付费。县域范围比例尺较大，数据精度要求较高。为实现本次乡土地理教学，申请获取了与岚皋县有关的地形高程DEM（12.5米）、中国2022县级行政区划数据、2020年道路数据、陕西省地质灾害点空间分布数据、地质岩层断层线空间分布数据、陕西省植被覆盖度数据等。（二）制图方法和步骤1.利用GlobalMappe与Surfer制作等高线地形图。ArcMap虽然功能强大，但并不能很快生成教学所用的等高线图，而运用GlobalMappe（以下简称GM）与Surfer则十分方便。首先运行GM,打开数据“岚皋DEM”点击‘工具’中的‘设置’，调整投影为WGS84。再点击‘文件’中的‘输出’选择‘输出海拔栅格’再选择‘surferGrid’输出，即将数据转换位Surfer可以识别数据。再打开Surfer，点击‘等值线’，打开数据。这时就可以自动生成的等高线，但是等高线还比较粗糙，达不到教学所需。可以通过调整等高线的排列与平滑程度。单击“网格/滤波”，弹出“数字滤波正在进行中”对话框，选中“Gaussian”（高斯滤波），输入“传递次数”设为“5”（根据自己的需要输入相应的数字），进行滤波操作，让等高线更为精准。图1GM软件界面与Sufer软件界面同时还需要对等高线数值调整，双击“对象管理器”中的等值线，弹出“等值线属性”，单击“等级”，弹出相应的对话框，选择“水平”，弹出“等值线等级”对话框，输入相应的数字，笔者输入“最小”设为0，“最大”设为1200，“间距”设为100，单击确定。再单击“常规”，勾上“平滑等值线”、“数量”设为高，平滑等值线。然后再点击‘基底’，打开‘岚皋县的行政轮廓’数据，将两个数据进行合并操作，从而得到一副准确的等高线地形图。也可以选择为等高线填充着色，制作出分层设色地形图。或是选择‘3D’曲面图，制作立体地形模型，通过以上操作，可以获得多种地形图。岚皋县分层设色地形图岚皋县分层设色地形图岚皋县等高线地形图岚皋城关镇立体地形图图2.各类地形图2.利用ArcMap制作分层设色地形图。ArcMap具有强大的地理数据库、地理数据分析、地理数据处理、地理数据表达功能，也可快速制作等高线，但等高线效果不如上述方法，但可以制作科学准确的分层设色地形图，并可以作为底图，加载其他地理要素数据，从而实现分析功能。打开ArcMap，链接‘岚皋县地理数据文件夹’，建立‘个人地理数据库’将‘岚皋县DEM’拖动到‘内容列表’即可显示，即可调整高程色带制作初步的分层设色地形图，同时可将Surfer制作的等高线加载进来（如图）。图3ArcMap软件操作界面3.利用ArcMap制作其他专题地图。其他专题地图制作方法类似于地形图，下载地理数据，然后加载‘岚皋县的行政区划线和面’数据，利用ArcMap‘工具箱’中的‘掩膜提取工具’获得岚皋县相关数据，再用图层叠加的办法，分析各地理要素。共制多副专题地图，极大的丰富了乡土地理教学资源。专题地图制图方法地理位置图ArcMap定义投影，裁剪行政区，水系图利用sufer获取流域水系图或者利用河流水网数据，用ArcMap对不同级别的河流进行裁剪与合并道路图用ArcMap掩膜裁剪交通道路网。地质灾害分布ArcMap定义投影，掩膜裁剪。图4岚皋县各类专题地图四、地理信息技术空间分析1.多值提取至点气温降水图的制作中学阶段学生可以通过阅读气温降水图分析某地的气候特点，气温降水资料可以直接去中国气象网上下载，但是没有精确到某个点的气温降水，这时可以通过地理信息技术处理。首先，在中科院资源环境科学数据平台上获取中国多年每月气温-降水数据，格式为矢量格式，用ArcMap打开，设置投影为WGS84。同时建立点元素，点的经纬度坐标设置为岚皋县的经纬度。然后点击工具箱，搜素“多值提取到点”，经过数据分析处理，该点元素获得多年平均的每月气温-降水数值，然后选择讲点元素属性表导出，用Excel处理，生成需要的气温曲线和降水柱状图，如图所示。图5多值提取至点与气温降水图2.缓冲区分析与影响因素判断滑坡、泥石流等地质灾害的发生往往是多种因素，自然原因是地势起伏大，坡度陡；降水集中多暴雨；植被覆盖率低；土质疏松等，人类不合理活动也会加剧自然灾害的发生，具体原因可以通过地理信息技术进行分析验证。学生在探究过程中发现岚皋县的地质灾害的发生首先是因为自然生态环境脆弱，极易发生滑坡、泥石流等自然灾害，同时因为人类不合理活动加剧了滑坡、泥石流发生的频率，通过地理信息技术分析，将县域内的道路做缓冲区分析，发现地质灾害点多分布在缓冲区500米范围内，同时通过遥感影像资料分析，发现新建道路两侧滑坡发生情况确实相当严重。同时还可以借助ArcMap多种空间数据分析工具，对地理数据进行分析，可以很好的将地理问题量化处理得到结论。还可以通过使用ArcMap中的订制工具为山区经济发展选择适合种植的农作物。图6地质灾害点空间缓冲区分析与农作物适宜种植区分析五、中学地理教学中地理信息技术的运用本文以乡土地理教学资源开发探讨了如何运用地理信息技术的方法，通过实践有以下几点结论：（一）地理信息技术有效的助力地理教学资源的开发地理信息技术可以通过收集和整理全球范围的地理数据，生成各类专题地图、遥感影像图、影像和统计图表，为教学提供了大量的资料和资源。教师可以利用这些地理数据和资源，设计各种教学案例和实践活动，让学生通过探索和实践的方式深入理解地理知识的内涵和实际应用，在此次的乡土地理教学资源开发历时两年，其中笔者的各类地理信息软件使用能力得到了极大的提升，制作的一系列专题地图和地理分析模型在乡土地理教学中得到了很好的引用。运用这些地理信息技术可以制作试卷试题用图，在命题能力上也得到了极大的提升，同时将各类型的地理信息技术软件运用在课堂上，使得教学形式、教学内容更为多元化，激发了课堂。（二）为课堂提供空间可视化和动态化展示功能在信息技术快速发展的时代，地理学科应该抓住本学科的优势，将地理信息技术用于初中地理教学，这也是未来初中地理教育的发展趋势之一，地理信息技术必然会推动基础地理教育走向信息化、生动化的新局面。地理信息技术可以将地理数据以地图、图表和动画的形式进行可视化展示，提供了空间和时间维度的综合分析和展示功能。学生可以通过地理信息技术，观察地球不同地区的地理特点和变化趋势。这些空间可视化的图像可以激发学生的兴趣和好奇心，增加他们对地理学习的热情。地理信息技术更好的助力于学生学科核心素养的培养