Luận án Luận văn Xây dựng và sử dụng Webgis mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 Trung học Phổ thông

đích là gì, phục vụ nội dung nào hay bài học nào trong chương trình Địa lí 12. WebGIS cần hỗ trợ tốt việc tổ chức các hoạt động nhận thức cho HS, dễ dàng tương tác và HS có thể chủ động khám phá. 2.1.2.3. Nguyên tắc đảm bảo tính trực quan Bản đồ giáo khoa nói chung, WebGIS nói riêng dùng trong dạy học cần phải có tính trực quan, đây là một trong những nguyên tắc cơ bản của lí luận dạy học địa lí. Nguyên tắc này dựa trên cơ sở của nhận thức luận duy vật biện chứng là: từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn. Việc trực quan sinh động trong nhận thức địa lí thường không thể bắt đầu từ cảm giác trực tiếp các đối tượng và hiện tượng địa lí được, mà phải từ các biểu tượng của các đối tượng, hiện tượng địa lí biểu hiện trên bản đồ. Vì vậy việc trình bày trực quan sinh động các đối tượng và hiện tượng địa lí trong WebGIS sẽ tạo điều kiện để HS hình thành những biểu tượng địa lí rõ ràng và là cơ sở để hình thành khái niệm địa lí vững chắc. WebGIS có tính năng phóng to, thu nhỏ các đối tượng hoặc phạm vi không gian trên màn hình lớn để giảng dạy ở trên lớp, do đó tính trực quan cần đạt đến mức HS ngồi ở vị trí nào trong lớp học cũng có thể quan sát được rõ ràng. Trực quan phải đảm bảo cho HS dễ phát hiện được những đối tượng quan trọng trên bản đồ và mối quan hệ giữa những đối tượng địa lí quan trọng ấy với các đối tượng địa lí khác. Màu sắc phải rõ ràng, ký hiệu nên chân thực, gần gũi để HS dễ liên tưởng đến các đối tượng ngoài thực tế. 2.1.2.4. Nguyên tắc đảm bảo tính hiện đại và cập nhật Những kiến thức bản đồ và kiến thức địa lí luôn luôn phát triển và có sự biến đổi nhanh chóng. WebGIS phải phản ánh được những thành tựu mới nhất của khoa học địa lí và khoa học bản đồ, đồng thời ứng dụng những thành 62 tựu mới nhất của công nghệ hiện đại vào thành lập và sử dụng bản đồ, đáp ứng yêu cầu mới của giáo dục. Những số liệu, tài liệu địa lí, nhất là số liệu về KTXH cần được cập nhật, phản ánh sự thay đổi về quy mô, cơ cấu của nền kinh tế theo ngành và theo lãnh thổ cũng như về dân cư, lao động, bám sát nội dung dạy học ở lớp 12. Việc cập nhật bản đồ và thông tin thuộc tính được thực hiện ở phía máy chủ thì ngay lập tức người dùng được nhận và sử dụng phiên bản mới nhất của bản đồ. 2.1.2.5. Nguyên tắc đảm bảo tính thẩm mĩ WebGIS này là sản phẩm phục vụ giáo dục nên cũng cần chú trọng đến tính thẩm mĩ, phù hợp với học đường. Bố cục WebGIS phải gọn gàng, rõ ràng. Các lớp bản đồ chuyên đề phải đặt ở vị trí trung tâm và chiếm phạm vi chủ đạo. Các biểu tượng (icon) trên các thanh công cụ phải sắc nét, dễ tìm. Giao diện trang Web cần tươi sáng, màu sắc các đối tượng, các lớp bản đồ cần hài hòa, logic. 2.1.2.6. Nguyên tắc đảm bảo tính tương tác Tính tương tác bao gồm các thao tác và các hoạt động khai thác, sử dụng WebGIS để dạy và học của GV và HS. Nhiều tình huống tương tác có thể xảy ra trong quá trình dạy học như: GV - WebGIS (ví dụ: GV dùng WebGIS soạn bài, tạo dữ liệu mới); HS - WebGIS (ví dụ: HS đo một đoạn đường trên WebGIS hay tìm kiếm địa điểm); GV - WebGIS - HS (ví dụ: GV dùng WebGIS để đặt câu hỏi, HS trả lời); GV - HS - WebGIS (ví dụ: GV giao nhiệm vụ cho HS, HS sử dụng WebGIS để giải quyết nhiệm vụ); HS - HS - WebGIS (ví dụ: HS thảo luận với bạn, sau đó dùng WebGIS để giải quyết nhiệm vụ), Như vậy, việc thiết kế WebGIS cần chú ý tới các tình huống dạy học cụ thể, cung cấp các công cụ đa dạng để tăng cường khả năng tương tác của hệ thống. 63 2.2. Xác định các lớp bản đồ và các lớp thông tin cần xây dựng trên WebGIS Căn cứ vào mục tiêu, nội dung của chương trình Địa lí 12 THPT và các bài học cụ thể, căn cứ vào các nguồn tài liệu hiện có (các loại bản đồ giáo khoa, số liệu thống kê, tư liệu tham khảo), tác giả đã tiến hành xây dựng ma trận các lớp bản đồ và các lớp thông tin cần thiết trên WebGIS (bảng 2.2). Các lớp dữ liệu này gồm 2 nhóm chính: nhóm kế thừa từ các bản đồ giáo khoa hiện có (tách thành các lớp riêng biệt, cập nhật các số liệu mới hoặc các đối tượng mới) và nhóm bổ sung mới. Bảng 2.2. Các lớp bản đồ và lớp thông tin cần xây dựng trên WebGIS Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung Bài 2: Vị trí địa lí, phạm vi lãnh thổ - SGK: Các nước Đông Nam Á - Atlat Địa lí Việt Nam: Hành chính, Hình thể, Việt Nam trong Đông Nam Á - Bản đồ treo tường: Địa lí tự nhiên Việt Nam - Cửa khẩu - Đảo ven bờ - Đường bờ biển - Đường biên giới - Vị trí các điểm cực trên đất liền - Đường cơ sở trên biển - Đường phân chia Vịnh Bắc Bộ và phân định vùng đánh cá chung Bài 6: Đất nước nhiều đồi núi - SGK: Địa hình - Atlat Địa lí Việt Nam: Hình thể - Lớp nền: Mundialis Topo; Esri Topo; Google Terrain Bài 10: Thiên nhiên nhiệt đới ẩm gió mùa (tiếp theo) - Atlat Địa lí Việt Nam: Các hệ thống sông - Sông chính - Sông chi tiết Bài 13: Thực hành - Bản đồ treo tường: Địa lí tự nhiên Việt Nam - Atlat Địa lí Việt - Các dãy núi - Các đỉnh núi - Các cao nguyên - Ranh giới tỉnh - Bản đồ nền trắng 64 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung Nam: Các miền tự nhiên - (Tái sử dụng lớp sông chính) - Lớp thông tin tham khảo về các đỉnh núi, dãy núi, cao nguyên (hình ảnh, bài viết, link truy cập) Bài 14: Sử dụng và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên - Atlat Địa lí Việt Nam: Thực vật và động vật - Các lớp động vật - Vị trí các vườn quốc gia và các khu bảo tồn thiên nhiên - Các di sản thiên nhiên thế giới, các công viên địa chất toàn cầu Bài 16: Đặc điểm dân số và phân bố dân cư ở nước ta - SGK: Phân bố dân cư - Atlat Địa lí Việt Nam: Dân số - Mật độ dân số phân theo địa phương năm 2016 - Quy mô dân số phân theo địa phương năm 2016 - Các thành phố theo phân loại đô thị Việt Nam Bài 22: Vấn đề phát triển nông nghiệp - Atlat Địa lí Việt Nam: Nông nghiệp - Ranh giới các vùng nông nghiệp - Các sản phẩm nông nghiệp chuyên môn hóa - Năng suất lúa trung bình năm phân theo địa phương năm 2016 - Diện tích lúa và sản lượng lúa phân theo vùng năm 2016 Bài 24: Vấn đề phát triển ngành thủy sản và lâm nghiệp - Atlat Địa lí Việt Nam: Thủy sản - Bãi tôm, cá - Sản lượng thủy sản khai thác, nuôi trồng phân theo địa phương năm 2005 - Sản lượng thủy sản khai thác, nuôi trồng phân theo địa phương năm 2016 -Sản lượng thủy sản khai thác theo 65 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung vùng năm 2005 và 2016 - Vị trí các ngư trường trọng điểm Bài 25: Tổ chức lãnh thổ nông nghiệp - Bản đồ treo tường: Địa lí tự nhiên Việt Nam; Nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản - Atlat Địa lí Việt Nam: Nông nghiệp chung (Tái sử dụng các lớp bản đồ ở bài 22) - Lớp thông tin về đặc điểm chính của 7 vùng nông nghiệp Bài 26: Cơ cấu ngành công nghiệp - SGK: Công nghiệp chung - Atlat Địa lí Việt Nam: Công nghiệp chung - Quy mô các trung tâm công nghiệp - Các ngành công nghiệp Bài 27: Vấn đề phát triển một số ngành công nghiệp trọng điểm - SGK: Công nghiệp năng lượng - Atlat Địa lí Việt Nam: Công nghiệp năng lượng - Các nhà máy thủy điện, nhiệt điện - Đường dây tải điện - Trạm biến áp - Mỏ than - Mỏ dầu, khí - Các nhà máy điện gió (Ninh Thuận, Bạc Liêu, ) Bài 30: Vấn đề phát triển ngành giao thông vận tải và thông tin liên lạc - SGK: Giao thông - Atlat Địa lí Việt Nam: Giao thông - Đường bộ - Đường sắt - Cảng biển - Tuyến đường biển - Sân bay - (Tái sử dụng lớp Sông chính và Cửa khẩu) 66 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung Bài 31: Vấn đề phát triển thương mại, du lịch -SGK: Du lịch - Atlat Địa lí Việt Nam: Du lịch; Thương mại - Giá trị xuất khẩu, nhập khẩu của Việt Nam tới các nước trên Thế giới năm 2016 - Trung tâm du lịch - Các điểm phân bố tài nguyên du lịch tự nhiên và nhân văn Bài 32: Vấn đề khai thác thế mạnh ở Trung du và miền núi Bắc Bộ -SGK: Khai thác một số thế mạnh chủ yếu của Trung du và miền núi Bắc Bộ - Atlat: Vùng Trung du và miền núi Bắc bộ, vùng đồng bằng sông Hồng - Bản đồ treo tường: Địa lí tự nhiên Việt Nam - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh; các trung tâm công nghiệp; các nhà máy thủy điện, nhiệt điện; điểm du lịch; các sản phẩm nông nghiệp chính ở tỷ lệ phù hợp) - Các khu công nghiệp, khu kinh tế - Ranh giới vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc Bài 33: Vấn đề chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo ngành ở đồng bằng sông Hồng - SGK: Kinh tế đồng bằng sông Hồng - Atlat: Vùng Trung du và miền núi Bắc bộ, vùng đồng bằng sông Hồng - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh; các trung tâm công nghiệp; điểm du lịch ở tỷ lệ phù hợp) - (Tái sử dụng lớp mật độ dân số; quy mô dân số theo địa phương ở tỷ lệ phù hợp) - Cơ cấu GDP phân theo khu vực kinh tế của các tỉnh, thành phố năm 2009 và năm 2016 - Các trung tâm 67 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung công nghiệp, khu kinh tế Bài 35: Vấn đề phát triển kinh tế - xã hội ở Bắc Trung Bộ - SGK: Khai thác một số thế mạnh chủ yếu của vùng Bắc Trung Bộ - Atlat Địa lí Việt Nam: Vùng Bắc Trung Bộ - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh, bãi cá, tôm, cảng biển, cửa khẩu; các trung tâm công nghiệp, điểm công nghiệp; Trâu, bò; điểm du lịch, di sản ở tỷ lệ phù hợp) - Các vùng sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản - Các trung tâm công nghiệp, khu kinh tế - Ranh giới vùng kinh tế trọng điểm miền Trung Bài 36: Vấn đề phát triển kinh tế - xã hội ở Duyên hải Nam Trung Bộ - SGK: Khai thác một số thế mạnh chủ yếu của vùng Duyên hải Nam Trung Bộ - Atlat Địa lí Việt Nam: Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, Vùng Tây Nguyên - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh, bãi cá, tôm, cảng biển, cửa khẩu; các trung tâm công nghiệp, điểm công nghiệp; các nhà máy thủy điện; một số sản phẩm nông sản chính; điểm du lịch, di sản ở tỷ lệ phù hợp) - Các vùng sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản - (Tái sử dụng lớp: ranh giới vùng kinh tế trọng điểm miền Trung) 68 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung Bài 37: Vấn đề khai thác thế mạnh ở Tây Nguyên - SGK: Khai thác một số thế mạnh chủ yếu về nông, lâm nghiệp ở Tây Nguyên; Các bậc thang thủy điện trên Tây Nguyên - Atlat Địa lí Việt Nam: Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, Vùng Tây Nguyên - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh, cửa khẩu; các điểm công nghiệp; các nhà máy thủy điện; một số sản phẩm nông sản chính ở tỷ lệ phù hợp) - Các vùng sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản Bài 39: Vấn đề khai thác lãnh thổ theo chiều sâu ở Đông Nam Bộ - SGK: Khai thác lãnh thổ theo chiều sâu ở Đông Nam Bộ - Atlat Địa lí Việt Nam: Vùng Đông Nam Bộ, vùng đồng bằng sông Cửu Long - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh, cửa khẩu; các điểm công nghiệp; các nhà máy thủy điện; một số sản phẩm nông sản chính ở tỷ lệ phù hợp) - Các vùng sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp - Ranh giới vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Bài 41: Vấn đề sử dụng hợp lý và cải tạo tự nhiên ở Đồng bằng sông Cửu Long - SGK: Các loại đất chính ở Đồng bằng sông Cửu Long - Atlat Địa lí Việt Nam: Vùng Đông Nam Bộ, vùng đồng bằng sông - (Tái sử dụng lớp giao thông; ranh giới vùng; ranh giới tỉnh, cửa khẩu; các điểm công nghiệp; một số sản phẩm nông sản chính; các bãi - (Tái sử dụng lớp: Ranh giới vùng kinh tế trọng điểm phía Nam) 69 Bài học Bản đồ hiện có Lớp tách hoặc cập nhật Lớp bổ sung Cửu Long tôm, cá ở tỷ lệ phù hợp) Bài 42: Vấn đề phát triển kinh tế, an ninh quốc phòng ở Biển Đông và các đảo, quần đảo - Atlat Địa lí Việt Nam: Hình thể, Địa chất, khoáng sản - (Tái sử dụng lớp: đường bờ biển; đường cơ sở; các đảo ven bờ; các bãi tôm, cá ở tỷ lệ thích hợp) Bài 43: Các vùng kinh tế trọng điểm - SGK: Các vùng kinh tế trọng điểm - Atlat Địa lí Việt Nam: Các vùng kinh tế trọng điểm - (Tái sử dụng lớp: ranh giới các vùng kinh tế trọng điểm; ranh giới tỉnh; giao thông; cửa khẩu; cảng biển; bãi tôm, cá) Trong phạm vi giới hạn của luận án, tác giả lựa chọn xây dựng và đưa lên WebGIS các lớp dữ liệu của 3 bài học cụ thể gồm: bài 13, bài 24 và bài 30. 2.3. Quy trình xây dựng WebGIS Theo nghiên cứu của tác giả, quy trình xây dựng WebGIS trải qua 7 bước cơ bản (hình 2.1). 2.3.1. Bước 1: Xác định mục đích, yêu cầu Đây là bước rất quan trọng, quyết định tính chất và đặc điểm của sản phẩm. Việc xác định mục đích, yêu cầu của sản phẩm phải căn cứ vào mục tiêu, nội dung chương trình Địa lí 12 THPT và của từng bài học, dự kiến hoạt động nhận thức của HS, các phương pháp giảng dạy, các phương tiện dạy học đi kèm và các hình thức tổ chức dạy học. Sản phẩm WebGIS được xây dựng nhằm tạo một công cụ, TBDH hiện đại là các bản đồ trực tuyến, phục vụ GV giảng dạy chương trình Địa lí 12, 70 hỗ trợ HS có thể tương tác, khai thác tri thức từ các bản đồ. Các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu của sản phẩm này là có các chức năng cơ bản như di chuyển, phóng to, thu nhỏ, quản lý các lớp dữ liệu, trực quan hóa dữ liệu bằng ký hiệu, đường nét, các nền màu chuyên đề, các bản đồ biểu đồ; hỗ trợ truy vấn đơn giản như tìm kiếm địa chỉ, xác định tọa độ địa điểm. Một số tính năng mở rộng và nâng cao khác cần được chú trọng như đo đạc trên bản đồ, tạo mới và chỉnh sửa dữ liệu, tải lên (upload) và tải xuống (download) dữ liệu. Hình 2.1. Quy trình xây dựng WebGIS 2.3.2. Bước 2: Xác định các lớp bản đồ, lớp thông tin cần thiết Từ việc nghiên cứu mục tiêu, nội dung môn học và bài học ở bước 1, tác giả đã tổng hợp được các dạng bản đồ giáo khoa hiện có sử dụng dạy học Địa lí 12 THPT, đây là căn cứ quan trọng để xác định các lớp bản đồ, lớp thông tin cần thiết trên sản phẩm WebGIS. Việc xác định này phải đảm bảo vừa kế thừa và kết hợp được với nguồn bản đồ truyền thống vừa tạo ra các lớp 71 bản đồ cập nhật về số liệu, nội dung hoặc các lớp mới phục vụ cho các ý tưởng dạy học. 2.3.3. Bước 3: Thiết kế và biên tập dữ liệu Căn cứ vào ma trận các lớp bản đồ được xác định từ bước 2, tác giả đã tổ chức dữ liệu thành 2 nhóm: dữ liệu nền và dữ liệu chuyên đề. Dữ liệu nền (base map) lấy từ dịch vụ bản đồ của Google (Google Terrain, Google Streets, Google Satellite), OSM (Open Street Map), Mapbox (Streets/Satellite), Esri (Topo) và Mundialis (Topo) - đều là những dữ liệu ảnh bản đồ toàn thế giới được dùng phổ biến nhất hiện nay trên tất cả các ứng dụng WebGIS. Ngoài ra, tác giả cũng cung cấp dữ liệu nền trắng, sử dụng trong một số tình huống như tạo bản đồ câm hoặc loại bỏ sự phân tán của HS, chỉ tập trung vào dữ liệu lãnh thổ Việt Nam. Dữ liệu chuyên đề thực chất là các nhóm lớp/lớp bản đồ được biên tập phù hợp với các chủ đề, vấn đề trong SGK Địa lí 12, dùng để giảng dạy trong một bài hoặc nhóm bài học có liên quan trong chương trình Địa lí 12 như: Hành chính, Dân số, Giao thông, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Thủy sản, Dữ liệu chuyên đề có định dạng shapefile (một trong những định dạng dữ liệu không gian dạng vector phổ biến nhất, được phát triển bởi Esri), gồm 3 kiểu điểm (point), đường (polyline), vùng (polygon/region). Từ nguồn dữ liệu này, các bản đồ chuyên đề được biên tập bằng các phần mềm GIS mã nguồn mở. Cuối cùng, tác giả sử dụng các chuẩn giao tiếp OpenGIS (WMS, WFS) để kết nối dữ liệu từ máy chủ bản đồ tạo thành các lớp chuyên đề trên WebGIS. Chuẩn OpenGIS là thương hiệu được đăng ký bởi OGC (The Open Geospatial Consortium), được phát triển thống nhất và duy nhất, là hệ thống khung quy định chuẩn của phần mềm cho phép truy cập và xử lý thông tin địa lí, cho phép các nhà phát triển phần mềm xây dựng các sản phẩm có sử dụng chung tài nguyên dữ liệu địa lí. 72 Web Map Service (WMS): dịch vụ tạo ảnh bản đồ và hiển thị bản đồ từ nhiều nguồn dữ liệu đa dạng. Web Feature Service (WFS): dịch vụ xử lý truy vấn và cập nhật dữ liệu. Dữ liệu không gian chủ yếu có phạm vi là lãnh thổ Việt Nam nhưng dữ liệu nền là các ảnh bản đồ thế giới do đó trong quá trình biên tập, cần chú ý lựa chọn hệ quy chiếu WGS84 (EPSG:4326) để các lớp dữ liệu hiển thị trên WebGIS khi chồng xếp (overlay) với dữ liệu nền không bị sai lệch vị trí. Mặt khác, để ưu tiên hiển thị lãnh thổ Việt Nam, cần khai báo trong mã nguồn của WebGIS các thông số sau: tọa độ các góc (extend), tọa độ trung tâm (center) và mức độ phóng đại ban đầu của WebGIS (zoom). 2.3.4. Bước 4: Lựa chọn công nghệ WebGIS Việc lựa chọn công nghệ WebGIS là một trong những khâu hết sức quan trọng, quyết định đặc điểm, tính năng, khả năng vận hành, mở rộng của sản phẩm. Đối với WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12, tác giả lựa chọn kết hợp các thành phần công nghệ sau: về phía máy chủ (server) chọn Apache là máy chủ web, GeoServer là máy chủ bản đồ; về phía máy khách (client) sử dụng bộ code Heron MC để tạo giao diện. Để quản lý cơ sở dữ liệu (database) tác giả sử dụng PostgreSQL/PostGIS. Để biên tập dữ liệu tác giả chọn QGIS. Các phần mềm mã mở này được trình bày chi tiết trong phần 2.4 của chương 2. 2.3.5. Bước 5: Xây dựng cấu trúc và giao diện WebGIS Cấu trúc WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12 gồm 3 tầng (tier) cơ bản như một Website thông thường (hình 2.2). Tầng giao diện hiển thị thông qua trình duyệt web của người dùng. Tác giả sử dụng mã nguồn Heron MC để cấu hình phần giao diện này. Đối với WebGIS, tầng máy chủ ứng dụng (Application Server) gồm 2 thành phần là máy chủ Web (Web Server) và máy chủ bản đồ (Map Server). Web Server (trong trường hợp này tác giả dùng Apache) tiếp nhận và đáp lại những yêu cầu từ trình duyệt Web thông thường thông qua nghi thức truyền 73 dữ liệu trên mạng. Map Server là nơi thực hiện những truy vấn không gian, chỉ dẫn phân tích không gian, tạo và trả lại bản đồ theo yêu cầu từ máy khách thông qua Web Server. Tác giả sử dụng GeoServer làm máy chủ bản đồ trong nghiên cứu của mình. Hình 2.2. Cấu trúc WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12 Tầng dữ liệu (Data Server) là nơi lưu trữ các dữ liệu bao gồm cả dữ liệu không gian và phi không gian (thuộc tính). Các dữ liệu này được tổ chức lưu trữ bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL/PostGIS. Thông qua không gian lưu trữ (Store) trên GeoServer đã tạo ra kết nối với Data Server. Các bản đồ chuyên đề, thông tin thuộc tính của đối tượng địa lí hay các dữ liệu tải xuống từ WebGIS đều được thực thi bởi các dịch vụ WMS, WFS trên GeoServer. Tác giả dự kiến thiết kế giao diện của sản phẩm bao gồm các thành phần chính sau (hình 2.3): banner hoặc logo WebGIS (1); phần quản trị các lớp bản đồ (2); phần hiển thị nội dung các lớp bản đồ (3); phần chú giải (4); các thanh công cụ của WebGIS (5); phần các yếu tố mở rộng (6). 74 Hình 2.3. Dự kiến giao diện của WebGIS 2.3.6. Bước 6: Kiểm thử Mục đích của bước này nhằm kiểm tra các chức năng của ứng dụng webGIS đã hoạt động chưa, các lớp dữ liệu có hiển thị đúng yêu cầu không, nếu chưa thỏa mãn, tác giả sẽ tiếp tục quay trở lại bước 3, chỉnh sửa trong mã nguồn của webGIS. Để kiểm thử trên mạng nội bộ, tác giả khởi động (start) Apache và Geoserver để khởi tạo dịch vụ web và dịch vụ bản đồ cho ứng dụng, sau đó sử dụng trình duyệt web thông dụng truy cập địa chỉ: 2.3.7. Bước 7: Hoàn thiện và thực nghiệm Ở bước này, tác giả tiếp tục giải quyết thêm những nhiệm vụ hoặc bổ sung những tính năng hữu ích khác cho sản phẩm. Ví dụ, hướng dẫn sử dụng WebGIS (phụ lục 1), bổ sung chức năng đo đạc (khoảng cách, diện tích); cung cấp các liên kết (link) tới website hữu ích cho GV trong quá trình giảng dạy như: bản đồ hành chính Việt Nam; khí hậu, thời tiết khu vực và thế giới; chuyển đổi hệ tọa độ, ... Tác giả công bố WebGIS trực tuyến tại địa chỉ truy cập: để tiếp tục kiểm tra các tính năng và tham khảo ý kiến các chuyên gia để bổ sung, chỉnh sửa. Mặt khác, đây là ứng dụng phục vụ dạy học, do đó cần thông qua hoạt động thực nghiệm tại các trường THPT để kiểm 75 tra mức độ phù hợp, tính khoa học, tính sư phạm và thẩm mỹ của sản phẩm. Từ đó, tác giả có thêm các căn cứ để hoàn thiện sản phẩm. 2.4. Ứng dụng các mã nguồn mở để xây dựng WebGIS 2.4.1. GeoServer GeoServer là ứng dụng bản đồ phía máy chủ (Server side) cung cấp hình ảnh về các đối tượng địa lí, độc lập hệ thống, được xây dựng dựa trên thư viện mã mở Geotools [107]. GeoServer có khả năng kết nối với các nguồn cơ sở dữ liệu thông qua hầu hết các hệ quản trị cơ sở dữ liệu phổ biến như: PostgreSQL/PostGIS, Microsoft SQL Server 2008, MySQL, hoặc các tập tin dữ liệu không gian như Shapfile, GeoTiff GeoServer hỗ trợ các quá trình thực thi các yêu cầu từ máy khách theo chuẩn OGC (WMS, WFS, ). GeoServer có thể hiển thị dữ liệu trên các ứng dụng bản đồ phổ biến như Google Maps, Google Earth, Microsoft Virtual Earth Tác giả chọn GeoServer làm Map server, tổ chức dữ liệu thông qua kết nối với PostgreSQL/PostGIS (hình 2.4). Hình 2.4. Tổ chức dữ liệu (A) và tạo ảnh bản đồ bằng WMS (B) trên GeoServer 76 Mặt khác, GeoServer trợ giúp biên tập các kiểu dạng (styles) hiển thị của dữ liệu không gian, trực quan hóa các đối tượng trên các lớp bản đồ. Thông qua phần mở rộng CSS Styles của Geoserver, tác giả đã viết các đoạn mã CSS này. Hình 2.5 mô tả đoạn mã tạo kiểu cho các cảng biển. Hình 2.5. Tạo kiểu dáng của cảng biển bằng CSS 2.4.2. Apache Apache (còn được gọi là Apache HTTP server) là phần mềm máy chủ Web (Web Server) được sử dụng rộng rãi nhất thế giới. Apache được phát triển và duy trì bởi một cộng đồng mã nguồn mở dưới sự bảo trợ của Apache Software Foundation [114]. Tác giả sử dụng Apache để tạo Web Server trên máy tính cá nhân, tạo cổng cho ứng dụng WebGIS (hình 2.6), quản lý kết nối, truyền dữ liệu, truy cập dữ liệu và xử lý tài liệu trên WebGIS. Hình 2.6. Apache khởi tạo cổng cho ứng dụng WebGIS 77 2.4.3. PostgreSQL/PostGIS PostgreSQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu hỗ trợ ngôn ngữ truy vấn SQL. Tác giả lựa chọn ứng dụng này vì những ưu điểm: tính hiệu quả và tính ổn định , công cụ quản trị đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với nhiều hệ điều hành khác nhau: Windows, Linux, Unix; có khả năng mở rộng hệ thống [117]. PostGIS là một cơ sở dữ liệu không gian được tích hợp vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL. Nó hỗ trợ tất cả các hàm và đối tượng được định nghĩa trong chuẩn OpenGIS. Việc sử dụng những hàm tính toán không gian dựa trên PostGIS thuận lợi cho việc xử lý dữ liệu không gian và truy vấn hoàn toàn dựa trên các câu lệnh SQL. Tác giả sử dụng PostgreSQL/PostGIS để khởi tạo cơ sở dữ liệu, nhập (import) dữ liệu và quản lí dữ liệu cho sản phẩm WebGIS (hình 2.7). Hình 2.7. Quản lý cơ sở dữ liệu bằng PostgreSQL 78 2.4.4. QGIS QGIS là phần mềm mã nguồn mở có các ưu điểm: giao diện đơn giản, dễ sử dụng; kích thước tập tin nhỏ hơn, tiêu tốn ít tài nguyên và xử lý các yêu cầu tương đối tốt so với phần mềm GIS thương mại; có khả năng mở rộng tính năng thông qua việc sử dụng các plugins; hỗ trợ đa dạng các kiểu dữ liệu [116]. Tác giả sử dụng QGIS trong các khâu: xử lí dữ liệu không gian (hình 2.8), tổ chức dữ liệu thuộc tính, chuyển đổi các định dạng dữ liệu và hệ quy chiếu. Hình 2.8. Biên tập dữ liệu trên QGIS 2.4.5. Heron MC Heron MC (The Heron Mapping Client) là mã nguồn mở thuận lợi cho việc tạo ra các ứng dụng bản đồ chạy trên trình duyệt web với bộ công cụ JavaScript GeoExt [118]. GeoExt là một bộ công cụ mạnh mẽ kết hợp thư viện lập trình bản đồ web OpenLayers với kiến thức về giao diện người dùng của Ext JS để giúp xây dựng các ứng dụng GIS mang phong cách mạnh mẽ cho máy tính để bàn (desktop) trên nền web bằng JavaScript. Heron MC phát triển các khung, sườn (frameworks) này bằng cách cung cấp các thành phần cao cấp và quy ước để lắp ráp nhanh các ứng dụng thông 79 qua cấu hình. Phát ngôn nổi tiếng của cộng đồng phát triển Heron MC là "Look ma, no programming!" ngụ ý nói đến sự đơn giản khi tạo WebGIS mà không cần biết đến lập trình đối với người dùng. Tác giả sử dụng mã nguồn Heron MC để thiết lập giao diện người dùng, cài đặt các thành phần và chức năng của WebGIS. Hình 2.9. Các tiện ích trong thư viện JavaScript của Heron M