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兴趣点数据可视化及其地理教学应用——以“城市内部空间结构”为例

所属栏目:教育学论文 发布日期:2021-03-23 10:09 热度:

   现代社会已进入大数据时代,大数据已经广泛应用到社会生活的各个方面,随着GIS软件的成熟和学校计算机硬件水平的提高,利用软件对大数据进行可视化表达以揭示现实世界的地理问题已成为一种教学趋势。《普通高中地理课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)在基本理念中指出:“充分利用地理信息技术,营造直观、实时、生动的地理教学环境”。在高中地理教学中,以地理大数据为切入点,以ArcGIS为展示平台,可以将地理学科核心素养的培育落到实处。新课标中强调通过探究自然和人文地理问题,让学生了解地理信息技术的应用。数据是地理信息技术应用的基础,没有数据一切皆是空谈。大数据时代为我们研究各种地理问题提供了海量数据,如何获取数据、分析数据、应用数据成为新时代对专业教师提出的新要求。下文将详细介绍兰州市2020年二手房房价数据、地铁站点、商业广场、工厂等兴趣点数据的获取方法以及如何在ArcGIS软件中进行可视化表达,最后探究这些数据在“城镇空间结构”一课中的教学应用。

	兴趣点数据可视化及其地理教学应用——以“城市内部空间结构”为例

  一、兴趣点数据的获取方法

  1.房价数据的获取

  现在大型房产交易平台的数据较多,例如安居客、58同城、链家等,本文利用Python编写程序爬取2020年兰州市二手房房价数据,整理后得到如图1所示的数据。

  2.其他兴趣点数据

  登录规划云网站,在网页的左侧点击“POL查询工具”,在网页中填写搜索城市名称和关键词。以兰州市地铁站站点为例,在城市名称中填写“兰州”,在搜索关键词中填写“地铁站点”,点击“开始搜索”,结果就出现在网页右侧的结果栏中,可以把结果复制粘贴到Excel中加工整理,结果如图2所示。

  二、数据的可视化表达

  1.房价的可视化表达

  要想进行数据的可视化表达,必须获取小区的地理经纬度,但爬取的数据只有地址的描述信息,如何将地址转换为地理经纬度是最关键的一步。登录MapLocation(批量转换地址为经纬度工具),将地址复制粘贴到网页的左上空白栏中,在网页右侧“选择平台”中点击“Baidu”,然后点击“转换”按钮,地址就转换为地理经纬度坐标。由于获取的地理经纬度为百度坐标,与国际通用的WGS84坐标系存在一定的偏差,因此还要对获取的经纬度坐标进行纠偏处理(本文采用太乐地图的纠偏工具)。将纠偏处理后的房价信息另存为xls格式,打开ArcGIS软件,点击“文件”→“添加数据”→“添加xy数据”,在弹出的对话框中加载xls格式的房价信息表,“x字段”指定为经度,“y字段”指定为纬度,坐标系指定为“GCS_WGS_1984”,最后点击“确定”,采集的房价数据就以点数据的形式呈现出来。右键单击房价数据点,打开“图层属性”→“符号系统”→“分级符号”,在“值”中选择房价,在“类”中指定分级数量,指定符号大小,最后点击“确定”,房价就按照分级符号表示出来,符号越大表示房价越高,如图3所示。为了使房价差异表现得更明显,可以利用ArcGIS中的核密度工具制作房价的热力图,如图4所示。

  2.其他兴趣点数据的可视化表达

  利用规划云在线工具采集的商业广场、地铁站点、工厂等兴趣点数据都有经纬度坐标,因此可仿照上述方法对其进行可视化表达。

  三、数据的教学应用

  1.课标要求及教学目标

  新课标的相关要求是“结合实例,解释城镇和乡村内部的空间结构,说明合理利用城乡空间的意义”。教学目标:聚焦研究区域,查询资料获取研究城区的人口、经济等数据并结合所学知识对兰州市进行功能区划分(区域认知);通过分级符号和热力图的差异呈现,探究房价与空间位置的关系,通过添加河流、地铁、商业广场、工厂等地理要素,探究影响房价的因素(综合思维);通过软件操作和读图分析,验证地租曲线规律(地理实践力);结合生活体验,发现兰州城市规划存在的问题,提出合理化建议(人地协调观)。

  2.教学重点

  总结商业、工业、住宅等功能区空间分布特征;分析出影响房价的因素;理解和例证地租曲线理论。

  3.教学设计

  (1)功能区划分及空间分布特征课前让学生通过查阅资料,了解兰州市主城区区划、各区人口和经济概况;成立研究小组,教师提供技术指导和数据资料,让学生制作兰州主城区区划图,如图5所示,并在地图上标注城区名称和人口数量;结合谷歌地球中的遥感图像,对兰州市主城区进行简要的功能区划分,并总结主要功能区的空间分布特征。在课堂教学中,教师先让学生进行简要的成果汇报,然后利用ArcGIS软件展示住宅小区、工厂、商业广场的空间分布状况。通过师生互动和小组讨论,完善先前的结论:住宅区是城市中广泛分布的一种功能区,占地面积最广;商场大多分布在城区中心或交通干线附近,呈点状和线状分布,如国芳百盛、万达等大型商业广场或张掖步行街;工厂多分布在靠近铁路、河流、公路等交通便捷的地带,且距离城区中心较远,但也有些工厂分布在城区内部,例如食品加工厂等规模较小的轻工业;功能区没有明确的界线。(2)城市内部空间结构的形成与变化教师提供兰州房价信息,并示范房价信息的可视化方法(分级符号或核密度),展示兰州市房价的空间分布状况,让学生总结房价与空间位置的关系。学生读图发现:兰州市房价最高的区域集中分布在城关区和七里河区,安宁区次之,西固区最低;在每个城区内部,房价基本呈现出由城区中心向外围递减的态势。①影响地租高低的因素主要有距离市中心远近和交通便捷程度。从房价热力图中可以看出高值(红色)区域主要集中在城关区的西部,从历史发展来看,这里就是兰州市的传统城市中心。在这里教师要强调一下,城市中心并不一定是城区几何中心,而往往是人口和经济活动重心。兰州市的地铁一号线在2019年6月23日开通运营,有效缓解了兰州市东西向道路干线的运输压力。参考北京、上海等大城市,地铁站点成为影响房价的一个主要因素,距离站点越近,房价越高。教师在地图中添加地铁和地铁站点,验证兰州是否出现了类似的情况,学生读图分析发现兰州市地铁站点周围房价也较高,可见交通通达度越高,土地租金也越高。如图6所示,仔细读图发现七里河区房价最高值并不在城区中心,而是集中出现在城区北面,城关区也有一些高值区域出现在城区的西北部。教师针对这个发现可以提出问题“是什么因素导致高值区域并不在城区中心?”,学生分组讨论得出“这些高值区域分布在黄河沿岸”,教师在地图中添加“黄河”,如图7所示,验证学生的回答是否正确。最后总结,黄河干流贯穿兰如图6所示,仔细读图发现七里河区房价最高值并不在城区中心,而是集中出现在城区北面,城关区也有一些高值区域出现在城区的西北部。教师针对这个发现可以提出问题“是什么因素导致高值区域并不在城区中心?”,学生分组讨论得出“这些高值区域分布在黄河沿岸”,教师在地图中添加“黄河”,如图7所示,验证学生的回答是否正确。最后总结,黄河干流贯穿兰主城区,兰州市围绕黄河干流打造的黄河风情线,是兰州市旅游景观带,风景优美,可见优美的环境是周边区域房价较高的主要因素。②城市内部空间结构的形成,是多种因素共同作用的结果,经济因素是主要因素。引导学生学习“各类土地利用付租能力随距离递减示意图”,探究功能区空间分布与空间位置的关系。在软件平台中依次展示商场、住宅小区、工厂与房价的空间位置关系,如图8所示。商场(五角星)多分布在房价较高的区域(红色范围),工厂(蓝色点)多分布在城市外围地价较低的区域,基本符合图示的规律。综上所述,通过探究房价的空间分布规律以及与其他地理要素的关系,例证了地租曲线的正确性,但实际情况远比理论情况复杂得多,有些地段由于靠近地铁站点、公交站点、交通干线,其交通通达度更高,从而其地租就更高,房价就越贵。黄河沿线风景优美,导致周边区域房价也较高。

  4.教学反思

  通过地理信息技术将现实地理问题设计为具有教学价值、和教材紧密联系、易在课堂开展的教学案例,可以激发学生的学习兴趣;通过软件的操作和问题的探究,可以使核心素养的培育落到实处;利用地理信息技术解决现实地理问题,符合新时代对高中地理教育提出的新要求。但数据的获取较难,地理信息技术专业软件学习门槛较高,传统课堂的硬件设备不足都成为制约将地理信息技术运用到高中地理教学的障碍,因此建立简单易学,硬件成本较低,可在传统教室普遍应用的数据获取方法、数据可视化展示、与教材内容深度融合的教学应用体系将成为今后努力的方向。

  参考文献:

  [1]中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.

  《兴趣点数据可视化及其地理教学应用——以“城市内部空间结构”为例》来源:《地理教学》,作者:李平安 王赞普

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