高中地理課堂中尺度效應(yīng)的應(yīng)用

黃曉華

尺度是中學(xué)地理課程中的核心概念，尺度思想是透過尺度的透鏡，觀察和理解地理現(xiàn)象、分析和解決地理問題的地理思想，包括尺度劃分、尺度匹配、尺度關(guān)聯(lián)、尺度效應(yīng)、尺度選擇和尺度推繹等。尺度效應(yīng)是指當(dāng)改變尺度觀察地理現(xiàn)象和分析地理問題時結(jié)果隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。在應(yīng)用和發(fā)展地理技術(shù)，探索地理環(huán)境變化過程與規(guī)律，揭示重大地理環(huán)境變化事件的機理，服務(wù)于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展等國內(nèi)外科研領(lǐng)域中尺度效應(yīng)思想比較重要，在培養(yǎng)學(xué)生的地理核心素養(yǎng)方面尺度效應(yīng)思想也發(fā)揮了重要作用。

一、自然地理教學(xué)中的尺度效應(yīng)

案例1 人教版地理必修1第一章第二節(jié)《太陽對地球的影響》中關(guān)于太陽黑子數(shù)變化周期等內(nèi)容教材介紹較少。所以，筆者在課堂上適當(dāng)補充介紹現(xiàn)代自然地理科學(xué)發(fā)展中較新的研究方法，如通過EMD軟件將太陽活動包含的各個時間尺度上的變化分量很好地分離出來，圖1是百年尺度太陽黑子數(shù)變化多尺度分析結(jié)果，表1中IMF5顯示11年平均周期方差貢獻率最大達到74.91%。

案例2 《全球氣候變化》中的氣候變化是大氣狀態(tài)長期變化的一種反應(yīng)，主要表現(xiàn)為不同時間尺度的冷暖和干濕變化，關(guān)于近現(xiàn)代氣候多尺度變化與年代際重大事件的歸因及預(yù)估等相關(guān)內(nèi)容教材介紹較少。過去數(shù)千年的氣候變化是最近數(shù)十年人類活動影響加強情況下全球氣候變化的自然背景，其變化規(guī)律和驅(qū)動機制的研究對預(yù)測未來氣候變化有著重要意義。所以，筆者適當(dāng)補充介紹國內(nèi)外科研領(lǐng)域的相關(guān)研究進展，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圖2中的signal是學(xué)者Moberg等重建的北半球氣溫資料，其尺度達到千年之久。學(xué)者們用EMD軟件對資料進行逐級分解，得到了趨勢分量RES和7個IMF分量。表2是千年尺度北半球重建氣溫變化的IMF分量的方差貢獻率。通過EMD軟件分解出了準(zhǔn)11年、準(zhǔn)22年、準(zhǔn)43年、準(zhǔn)86年、準(zhǔn)247年、準(zhǔn)914年這些平均周期基本對應(yīng)了太陽活動的11年（太陽黑子活動周期）、22年（太陽黑子活動雙周期）、一個世紀(jì)活動周期、兩個世紀(jì)活動周期和一千年活動周期。

表2中IMF7顯示，北半球氣溫變化該分量的方差貢獻率最大，為36.86%，說明914年作為準(zhǔn)周期是主周期。此外，表2中IMF1、IMF2、IMF3、IMF4和IMF5分量表示的北半球氣溫年際變化和年代際變化周期貢獻率之和達到53.83%，說明北半球在過去的2000年中溫度變化是以近千年周期、年代際變化和年際變化為主。從圖2的千年尺度北半球重建氣溫變化的IMF7分量可以看出，北半球在過去的近兩千年中，存在著中世紀(jì)暖期（波動幅度較?。?、小冰期（氣溫振蕩幅度相對較大）及20世紀(jì)的現(xiàn)代增暖過程。

一個地方氣候的形成和全球氣候變化研究領(lǐng)域中，想要得到較為準(zhǔn)確的結(jié)論，離不開合適的時間尺度的擇取。如果想要研究天氣變化、地表徑流等地理現(xiàn)象，一般選擇幾天至幾個季度尺度為宜，如果想要研究冰期、生物種類的分布等，一般選擇幾千年至幾十萬年的尺度。

二、人文地理教學(xué)中的尺度效應(yīng)

案例3 人教版地理必修2第五章第一節(jié)《交通運輸方式和布局》中從空間尺度角度分析交通運輸方式和布局，關(guān)于地理區(qū)位條件和影響意義相關(guān)內(nèi)容介紹較少。世界那么大，有著山水情懷的地理教師想帶學(xué)生一起去看看，所以，筆者嘗試基于案例整合在空間尺度上進行師生、生生間互動體驗式教學(xué)。

教師：從圖1和圖2中可以觀察和分析出哪些信息呢？思考哪些自然因素會影響公路選線？人類如何充分利用有利的自然因素，避開不利的自然因素？影響山區(qū)聚落分布的自然因素有哪些？這些因素又是如何影響公路線走向的？討論分析影響我國東、西部地區(qū)高速公路路網(wǎng)密度差異的主要因素有哪些？

學(xué)生討論回答：從大尺度（圖1）看，雅西高速位于我國西部山地，是京昆高速一部分;從中尺度（圖2）看，雅西高速位于四川省西南部，沿線附近礦產(chǎn)資源豐富但地形崎嶇，少數(shù)民族和貧困人口較多。

教師：結(jié)合資料討論分析雅西高速選擇建設(shè)拖烏山菩薩崗隧道，而不選擇與108國道一同翻山原因可能有哪些？（雅安老司機感受：原來108國道從雅安到西昌需要10小時左右，而且沿途部分路段行車非常危險，只能龜行108國道，由于路況差，經(jīng)常會堵車，時間會更長，雅西高速開通后，從雅安到西昌不到5小時，太方便了?。?/p>

教師總結(jié)。從以上分析可以看出，與平原相比較，山地地形崎嶇、地勢起伏大，對交通運輸方式的選擇、交通運輸線路的分布和延伸方向有較大的影響，所以大尺度上應(yīng)著眼于自然條件，如地形對交通運輸方式和布局的影響。一般山區(qū)通常優(yōu)先選擇成本較低、難度較小的公路，其次才是鐵路。在山區(qū)，人們通常會把線路選在地勢相對和緩的山間盆地或河谷地，并沿等高線呈“之”字形彎曲。中尺度應(yīng)著眼于當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源、旅游資源、人口分布等社會經(jīng)濟條件對交通運輸方式布局的影響，盡管有不同類型的交通運輸線和點，但是它們的布局都要受到自然、社會經(jīng)濟、技術(shù)等因素的影響。雅西高速設(shè)計走向可以將沿線地區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢，當(dāng)?shù)鼐用穹Q為“致富之路”;緩解交通壓力，合理布局路網(wǎng)，被稱為“通達之路”;加強了與我國西南、華北和東部發(fā)達地區(qū)，東南亞，南亞等“一帶一路”國家或地區(qū)的聯(lián)系，被稱為“溝通之路”。

通過在大、小空間尺度之間作相互轉(zhuǎn)換，能夠引導(dǎo)學(xué)生深入了解地理現(xiàn)象和過程。通過尺度效應(yīng)對人教版必修1第四章第二節(jié)山地對交通運輸?shù)挠绊懞捅匦?第五章第一節(jié)交通運輸方式和布局等相關(guān)知識點進行教材重組和整合，培養(yǎng)學(xué)生的地理綜合思維核心素養(yǎng)。

三、人地協(xié)調(diào)觀教學(xué)中的尺度效應(yīng)

人地協(xié)調(diào)觀素養(yǎng)培養(yǎng)是地理教學(xué)的核心理念，不同尺度下人類活動對地理環(huán)境的影響是不同的。小尺度下，人類在局部地區(qū)可以徹底改變地表景觀，表現(xiàn)出“人定勝天”的氣勢，但在大尺度背景下，人類在自然面前則顯得渺小，違背自然規(guī)律的活動會受到自然的懲罰。所以，面對全球尺度的局部改善但整體惡化的生態(tài)破壞、資源短缺和環(huán)境污染等現(xiàn)狀，人類應(yīng)該深入思考如何與地理環(huán)境建立友好、和諧的伙伴關(guān)系。