北斗定位系統(tǒng)助力永安古城復現(xiàn)

北海市合浦縣山口鎮(zhèn)永安村原是一座歷史悠久的古城。自漢朝以來，永安就是我國古代海上絲綢之路的重要通道以及北部灣沿岸各港口的貨物集散地，地理位置十分重要。宋、元、明三朝持續(xù)把永安作為軍隊駐地。據(jù)文獻記載，永安古城的城墻高10米、寬5米，東門外有東市。遺憾的是，在20世紀60年代永安古城城墻被拆除?，F(xiàn)在，永安仍保留有7處古跡、9座古廟、8幢古建筑，整個建筑群布局合理、協(xié)調(diào)，是合浦縣現(xiàn)存最古老的古建筑群，也是研究南方古建筑的重要實物資料。

自鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略提出以來，永安村依托地理區(qū)位和文化古跡優(yōu)勢，成立村民合作社，大膽探索，大力發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)助力鄉(xiāng)村振興。山口中學的同學們也想盡自己的一份力，向游客展現(xiàn)永安古城的輝煌歷史。但由于古城毀壞嚴重，很多古建筑只存在于老人的記憶中，于是同學們和指導老師決定一起探索如何在圖紙上復現(xiàn)永安古城。

確定探究思路

在開展實踐活動之前，同學們利用互聯(lián)網(wǎng)學習了什么是導航、衛(wèi)星如何實現(xiàn)定位、平面空間與立體空間的位置描述、如何用經(jīng)緯度確定地球上的具體位置等知識。同時，同學們還通過查閱文獻，了解永安古城的歷史。

為了讓同學們在實踐中順利掌握永安古城的建筑坐標，我給大家做了一場關(guān)于北斗定位的科普講座。講座主要圍繞“北斗定位原理”來展開，詳細講解了“北斗伴侶”手機應用程序的使用方法。我還講述了老一輩科學家不斷探索的故事，帶領(lǐng)同學們走近北斗人，了解我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設(shè)中驚心動魄的故事，感受北斗研發(fā)團隊共克時艱、改革創(chuàng)新的奮斗歷程。

為了讓同學們更深入地了解永安古城的歷史，陳海老師則為大家開展了講述永安古城歷史的講座，詳細介紹了古城的地理位置和歷史典故。

通過這兩次講座，同學們對復現(xiàn)永安古城在歷史上的輝煌十分期待。

實地考察并計算數(shù)據(jù)

在我們幾位指導老師的帶領(lǐng)下，同學們來到永安古城考察。成員們分成采訪組、定位組、航拍組、記錄組等4個小組，每個小組成員自行分工合作。

到達永安村后，采訪組先去永安村村委采訪村干部，了解永安村的現(xiàn)狀和規(guī)劃。經(jīng)過調(diào)查，同學們了解到，目前永安村下轄15個村民小組，2022年全村總戶數(shù)1181戶、總?cè)丝?153人，如若包含原籍外遷人口，基本達到一村萬人；在村戶數(shù)978戶，常住人口2850人。在自然資源方面，永安村西面臨海，海洋漁業(yè)資源豐富，海產(chǎn)品以大蠔、蝦、蟹、魚、螺等為主。古城西門下沿海灘涂中，有面積約80萬平方米紅樹林，與農(nóng)田隔堤相守。

村委干部向同學們介紹道，因時代的原因，現(xiàn)在只有村里的老人才知道永安古城的樣貌。于是同學們來到村里，隨機采訪在路邊閑聊的老人，試圖還原永安古城曾經(jīng)的樣貌。

在熱心老人三叔公的帶領(lǐng)下，同學們沿著古城墻遺址穿梭在永安古城中，興致勃勃地走過斷壁殘垣的東南西北城門、文衙門遺址、武衙門遺址、永安大井、練兵場等。三叔公不僅為同學們一一講解永安古建筑的位置，還講述了很多永安古城的歷史傳說。同學們邊聆聽，邊記錄，邊定位經(jīng)緯度。

由于歷史發(fā)展和社會變遷，如今的永安村，一半古跡、一半新樓，一半傳統(tǒng)、一半現(xiàn)代。現(xiàn)代文明與歷史文化交相輝映，形成了別具一格的鄉(xiāng)村景色。村內(nèi)一幢幢漂亮的樓房掩映在綠樹濃蔭中，錯落有致，相連成行，環(huán)境十分優(yōu)美。

同學們定位好永安古城的四個城門位置、四個城墻轉(zhuǎn)角位置的經(jīng)緯度坐標和走向后，通過幾何知識和地理知識，結(jié)合北斗定位系統(tǒng)，計算了同一經(jīng)度上緯度每相差1秒所對應的實際距離。

首先，同學們使用了地球赤道周長除以360度（因為地球分為360度）來計算每度的距離，得到每度大約為111公里。然后，考慮到地球的曲率，他們使用余弦函數(shù)來調(diào)整這個值，以適應永安村所處的緯度即北緯21度36分4.64秒。調(diào)整后的每度距離的計算方式為111公里乘以緯度的余弦值［cos（21.6）］，計算結(jié)果為大約103.205公里。接著，同學們將每度的距離進一步細分，計算出每分（1度=60分）和每秒（1分=60秒）的距離。對于永安村所處的北緯21度36分4.64秒，他們發(fā)現(xiàn)每分的距離約為1.72公里，每秒的距離約為28.7米。

為了驗證這個計算結(jié)果的精確性，同學們在地面上測量了正東西和正南北方向的5米、10米、15米、20米的距離，并記錄了這些距離的初末位置經(jīng)緯度坐標。通過計算這些坐標之間的緯度和經(jīng)度差值，并將其轉(zhuǎn)換為實際距離，他們發(fā)現(xiàn)北斗定位系統(tǒng)測得的距離與實際測量結(jié)果非常接近，誤差在分米級別以內(nèi)。這驗證了北斗定位系統(tǒng)在測量永安古城墻長度方面的有效性。

最終，同學們根據(jù)這些精確測量的數(shù)據(jù)，按照1∶28.5的比例尺，將測算結(jié)果繪制成一幅詳細的平面圖。

回到學校后，結(jié)合定位測算數(shù)據(jù)和永安老人們的描述，同學們在美術(shù)老師韋小東的指導下，利用電腦軟件畫出永安古城的復原效果圖。

活動總結(jié)

本次北斗助力永安古城紙上復現(xiàn)的實踐活動是一次非常有意義的活動。通過活動，同學們了解了永安村的深厚歷史底蘊，也體驗了北斗導航系統(tǒng)定位在生活中的應用。同學們在活動采訪了村委干部和永安村老人，鍛煉了與人溝通和協(xié)調(diào)的能力；通過北斗定位與經(jīng)緯度的測量，鍛煉了科學探索的能力；利用經(jīng)緯度的差值計算地面距離，鍛煉了跨學科處理能力。本次實踐活動，令同學們收獲頗豐。

總結(jié)分享活動心得

同學們分小組對本次實踐活動進行總結(jié)

陳明同學

在活動中，我學到了關(guān)于北斗衛(wèi)星定位的知識，了解了永安古城在我國南方海防方面的重要性和古城曾經(jīng)的繁華……如果能把永安古城的深厚文化底蘊好好開發(fā)，將對鄉(xiāng)村振興有極大的幫助。

聶斯貝同學

我很感激這次實踐活動機會。我親身體驗了北斗定位系統(tǒng)的操作和應用，還參與了團隊的合作與分工；我不僅學會如何和他人合作，而且克服了種種困難，解決了種種問題。這些幫助我培養(yǎng)了自信心和團隊協(xié)作能力。

梁文萍同學

這次活動讓我認識到了永安古城曾有的輝煌歷史。參加活動后，我更加認識到自己作為青少年的責任和使命，我希望將來能夠為家鄉(xiāng)的發(fā)展做出貢獻。

注：本項目為廣西教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度專項課題《鄉(xiāng)村學校青少年科技創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐研究》（課題編號2023ZJY1368）的階段性研究成果，并獲得北海市第39屆青少年科技創(chuàng)新大賽初中生實踐活動項目成果競賽一等獎。