等高線地形圖教學(xué)資源的開發(fā)與應(yīng)用初探

杜娣 袁仁忠

【摘 要】本文以筆者學(xué)校附近的棲霞山為素材，簡(jiǎn)述如何借助Google Earth、TCX Converter、Surfer等軟件實(shí)現(xiàn)大比例尺高程數(shù)據(jù)的獲取與棲霞山等高線地形圖的繪制過程，并探討了如何將所繪制的等高線地形圖應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】等高線地形圖;圖實(shí)對(duì)比;教學(xué)應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2022）02、03-139-04

等高線地形圖是中學(xué)地理教學(xué)中常用的重要等值線圖。等高線地形圖的判讀對(duì)學(xué)生的抽象思維能力和空間想象能力要求較高，需要學(xué)生具備將立體地圖與平面地圖進(jìn)行思維轉(zhuǎn)換的能力。對(duì)于初次正式學(xué)習(xí)地理的七年級(jí)學(xué)生來說，他們的空間思維和讀圖能力正處于起步階段。實(shí)際課堂教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在判讀等高線地形圖時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果不佳。

《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）強(qiáng)調(diào)，教師要積極利用地理信息資源和信息技術(shù)手段，優(yōu)化和豐富地理教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。然而有針對(duì)性的、典型的、學(xué)生熟悉區(qū)域的等高線地形圖相當(dāng)欠缺，互聯(lián)網(wǎng)上幾乎沒有可直接用來教學(xué)的資源。如果教師能利用地理信息資源和信息技術(shù)手段獲得適配的教學(xué)資源，并應(yīng)用于教學(xué)中，就能事半功倍地攻克地圖學(xué)習(xí)難點(diǎn)。基于此，筆者選擇學(xué)生熟悉的棲霞山為案例制作等高線地形圖，應(yīng)用于等高線地形圖的教學(xué)。

筆者所在學(xué)校地處江蘇省南京市東郊的棲霞區(qū)，附近有中國(guó)佛教名山——棲霞山（32°9’N，118°57’E）。下面從軟件準(zhǔn)備、制作原理、制作過程等方面，簡(jiǎn)述如何獲取并生成棲霞山的等高線地形圖。

相關(guān)軟件準(zhǔn)備

繪制等高線地形圖需要應(yīng)用的軟件主要有Google Earth、TCX Converter、Surfer等。

（1）Google Earth：包含大量的地理信息資源，能夠獲取生成等高線地形圖所需的數(shù)據(jù)，如緯度、經(jīng)度和海拔等。

（2）TCX Converter：TCX轉(zhuǎn)換器，解決GPS等設(shè)備和繪圖軟件之間的文件不兼容問題。對(duì)谷歌地球獲取采樣點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件TCX Converter中，轉(zhuǎn)換成該區(qū)域的經(jīng)度、緯度及高程等數(shù)據(jù)。

（3）Surfer：繪制三維圖（等高線、Image Map、3D Surface）的軟件，是用來處理數(shù)據(jù)的首選軟件，能將區(qū)域三維坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為等高線圖?？梢暂p松制作基面圖、等值線圖、地形地貌圖以及三維表面圖等，同時(shí)還具有圖形縮放、旋轉(zhuǎn)、分割等功能。

制作原理

等高線地形圖的繪制首先需要區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的經(jīng)度、緯度及高程等數(shù)據(jù)。借助Google Earth提取地形數(shù)據(jù)，利用TCX Converter生成可供Surfer使用的X、Y、Z坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)，即區(qū)域內(nèi)地面各點(diǎn)經(jīng)度值、緯度值、海拔值等。通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理X、Y、Z軸數(shù)據(jù)，最后利用Surfer插值和繪制圖件等功能，輕松制作等值線圖、地形地貌圖、三維表面圖等地圖。

制作過程

1.從Google Earth中提取生成等高線地形圖的原始數(shù)據(jù)

（1）保存路徑（圖1）

主要步驟：①【添加】路徑，路徑命名為“棲霞山等高線原始數(shù)據(jù)”;②在主窗口使用【路徑】工具覆蓋棲霞山區(qū)域，完成布點(diǎn)工作;③確定并【保存】路徑。

（2）導(dǎo)出包含制圖數(shù)據(jù)的“kml”文件

主要步驟：①側(cè)邊欄打開路徑文件“棲霞山等高線原始數(shù)據(jù)”;②選擇命令【將位置另存為】;③保存文件格式為*.kml，生成“棲霞山等高線原始數(shù)據(jù).kml”文件。

2.利用TCX Converter 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

（1）生成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)（圖2）

①運(yùn)行TCX Converter，執(zhí)行命令【Importer】-【OPEN BESTAND】。

②導(dǎo)入“棲霞山等高線數(shù)據(jù)源.kml”文件，在【Traject Data】窗口，生成地表各點(diǎn)的經(jīng)度（LONG）、緯度（LAT）、海拔（ALT）等地理數(shù)據(jù)（注意：這一步尚未能生成海拔數(shù)據(jù)）。

（2）生成海拔“ALT”數(shù)據(jù)

選擇右邊菜單欄【Track Aanpassen】-【Update Hoogte】命令，在【Traject Data】窗口“ALT”列，生成海拔（高程）數(shù)據(jù)。

（3）導(dǎo)出“csv”數(shù)據(jù)庫(kù)文件

執(zhí)行命令【Exporteer】-【CSV Bestand】，導(dǎo)出棲霞山等高線數(shù)據(jù)源.csv文件。

（4）簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)

①新建Excel，【打開】“棲霞山等高線數(shù)據(jù)源.csv”文件。

②刪除第一行【標(biāo)題欄】（非數(shù)據(jù)行），僅保留LAT（緯度）、LONG（經(jīng)度）、ALT（海拔）三列數(shù)據(jù)。

③以原文件格式保存。

通過Excel簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，注意A列表示區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的緯度值，B列表示經(jīng)度值，C列表示高程，在Sufer生成等高線地形圖的數(shù)值與坐標(biāo)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系）。

3.利用Surfer軟件，生成等高線地形圖

（1）生成Surfer網(wǎng)格化文件

①運(yùn)行Surfer軟件，執(zhí)行命令【Grid】-【Data】，打開“.csv”文件。

②在彈出的對(duì)話框中，注意地圖坐標(biāo)與 Excel文件列號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖3），即X-經(jīng)度（B列）、Y-緯度（A列）、Z-高程（C列），并按引導(dǎo)語(yǔ)生成“棲霞山等高線數(shù)據(jù).grd”文件。

（2）生成等高線地形圖

執(zhí)行命令【Map】-【New】-【Contour map】即可生成等高線地形圖（圖4）。

Surfer生成地圖的種類多種多樣。如執(zhí)行命令【Map】-【New】-【3D Wireframe】生成立體網(wǎng)格地形圖;執(zhí)行命令【Map】-【New】-【3D Surface】生成立體地形。

在生成的等高線地形圖基礎(chǔ)上還可進(jìn)一步操作，獲得不同的效果。如執(zhí)行命令【Map】-【Add】-【Scale Bar】，可添加比例尺;執(zhí)行命令【Map】-【Add】-【Graticule】，可添加經(jīng)緯網(wǎng);執(zhí)行命令【Map】-【Add】-【Profile】，可添加地形剖面圖。

利用Surfer軟件，還可以輕松制作基面圖、數(shù)據(jù)點(diǎn)位圖、分類數(shù)據(jù)圖、等值線圖、線框圖、地形地貌圖、趨勢(shì)圖以及三維表面圖等，同時(shí)還具有圖形縮放、旋轉(zhuǎn)、分割等功能，從而便于學(xué)生直觀地了解該地的地形等特點(diǎn)。

教學(xué)應(yīng)用

《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）實(shí)施建議要求教師要重視地理圖像的使用，通過繪制簡(jiǎn)易地圖，幫助學(xué)生掌握閱讀地圖的基本方法?；诩亦l(xiāng)的山川繪制的等高線地形圖，筆者展開如下教學(xué)實(shí)踐。

1.巧借等高線地形圖，再識(shí)家鄉(xiāng)的山川

初中地理要求學(xué)生在閱讀地圖的基礎(chǔ)上，要學(xué)會(huì)在等高線地形圖上識(shí)別山峰、山脊、山谷，判斷山坡的陡緩等，在地形圖上識(shí)別五種主要的地形類型。對(duì)山谷和山脊的判別往往是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。根據(jù)教材定義“等高線的彎曲部分向低處凸出為山脊，等高線的彎曲部分向高處凸出為山谷”，學(xué)生對(duì)概念并不是很理解，對(duì)山脊和山谷對(duì)應(yīng)的是“凹”還是“凸”也容易混淆，遇到此類相關(guān)問題時(shí)，學(xué)生往往靠記憶概念的方法進(jìn)行思考，沒有真正形成讀圖技能。

山脊處雨水分流，通常是一座山的分水嶺。山谷是兩個(gè)山脊間的低凹部分，通常是集水部位，往往形成小溪或河流?？山柚鶶urfer，制作水流矢量圖，根據(jù)水流的方向來判別山谷或山脊。還可通過Surfer制作3D等高線模型圖，與平面等高線圖進(jìn)行圖實(shí)對(duì)比，形象直觀地判斷山谷和山脊。如借助圖5，通過等高線地形圖和三維等高線模型圖，學(xué)生能找出該地形區(qū)域的山脊和山谷，如圖中AB段為山脊，便于對(duì)概念的理解。棲霞山有名景點(diǎn)紅葉谷，該地受山水的沖刷，呈現(xiàn)出一片崖溶奇石和濕地景觀，學(xué)生對(duì)此景點(diǎn)較為熟悉。在Google Earth中找到該景點(diǎn)所在地，結(jié)合等高線地形圖和三維等高線模型圖，進(jìn)一步驗(yàn)證山谷地形部位的地理特征。

根據(jù)所繪制的家鄉(xiāng)地形圖，如棲霞山、紫金山、牛首山等，能在具體的等高線地形圖上識(shí)別出山峰、山脊、山谷，判讀坡的陡緩，如紫金山的最高峰頭陀嶺，在等高線地形圖上就顯而易見，學(xué)生能根據(jù)等高線地形圖總結(jié)出山峰的等高線特點(diǎn)。學(xué)生還能在棲霞山的等高線地形圖上找到棲霞山景區(qū)的入口，并設(shè)計(jì)瀏覽路線，結(jié)合自己的見聞和經(jīng)歷講解棲霞山的特色景點(diǎn)、草藥和佛教文化等，加深了對(duì)家鄉(xiāng)山川的認(rèn)識(shí)和熱愛。

2.借助等高線地形圖，理解人地關(guān)系的微妙

等高線的疏密程度能說明地面坡度的陡峻與和緩的情況，而山體的坡度又對(duì)人類活動(dòng)產(chǎn)生影響。棲霞山的西側(cè)多分布人文景點(diǎn)，登山路線大多選擇從南門進(jìn)入，從西麓登山。棲霞山的東麓則分布多家水泥廠，旅游景點(diǎn)較少。學(xué)生通過觀察等高線地形圖并思考景點(diǎn)及工廠布局的自然因素，能夠根據(jù)等高線的特點(diǎn)說出棲霞山西側(cè)特別是西南側(cè)等高線稀疏，山坡坡度較緩，因此登山容易，也便于修建寺廟、亭臺(tái)、花園等觀賞景點(diǎn)。棲霞山也是多金屬礦產(chǎn)基地，有優(yōu)質(zhì)厚層灰?guī)r，是地區(qū)眾多水泥廠的主要生產(chǎn)原料，在東麓修建水泥廠，避開景點(diǎn)，就地取材，依托長(zhǎng)江便利水運(yùn)的優(yōu)勢(shì)，綜合條件優(yōu)越。

教師創(chuàng)設(shè)野外露營(yíng)活動(dòng)的情境，為學(xué)生提供“紫金山等高線地形圖”，學(xué)生根據(jù)該圖找到陡緩坡、山脊山谷、方向等信息，尋找合適的露營(yíng)地點(diǎn)，并共同探討做出這樣選擇的依據(jù)。學(xué)生能夠考慮到在山谷露營(yíng)要注意到在夏季可能會(huì)遭遇山洪和泥石流等災(zāi)害，提出在野外活動(dòng)注意環(huán)境保護(hù)等觀點(diǎn)，逐步形成了人地協(xié)調(diào)觀。在完成合作任務(wù)的過程中，學(xué)生不僅加深了對(duì)地形圖判讀的理解，也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)地理的興趣。

通過上述技術(shù)，教師能夠方便地選擇學(xué)生比較感興趣的、比較熟悉的地形單元來制作多種呈現(xiàn)形式的地形圖，將其與現(xiàn)實(shí)中的地形進(jìn)行聯(lián)系，巧借三維地形圖引導(dǎo)學(xué)生探究生活中的地理知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽設(shè)疑，理解地理事物的空間差異和空間聯(lián)系，體驗(yàn)解決地理問題的過程，逐步掌握分析和解決地理問題的方法。

地理教師學(xué)習(xí)并研究教學(xué)軟件的使用，不僅能提升教師的信息素養(yǎng)，通過其制作的與教學(xué)相適應(yīng)的教具等教學(xué)成果，還能優(yōu)化和豐富地理教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，這也是激勵(lì)教師不斷學(xué)習(xí)、深入研究的動(dòng)力。

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