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20184技术方法南京紫金山等高线地形图教学资源的开发与实践以南京紫金山为例,GoogleEarthSurfer实现了大比例尺高程数据的获取与等高线地形图的制作,并形成了相应的三维虚拟等高线模型。该模型除了具有传统等高线实物模型形象直观的优点外,还具有案例贴近学生生活、模型随时按教学要求变化等特点,可以辅助“地形图的判读”章节的地理教学。关键词:等高线地形图;GoogleEarth;Surfer;地理教学地形图的判读是初中地理中极为重要的基础内容。该节内容的重难点是等高线地形图的形成过程与地形图上不同山体部位的判读。等高线地形图的形成原理是不同的等间距高程面与地表(如相交的截交线垂体投影到平面上并按照一定的比例尺缩小到地图上的结果。这个过程具有一定的抽象逻辑思维含量,应该说,对于初次正式接触地理、象思维正处于发展中的初中生而言,具有相当大的难度。本节内容也非常具有“地理味儿”以至于地理教师热衷于拿“地形图的判读”开设公开课。笔者听过多节不同层次的关于此内容的公开课,大部分教师利用实物模型的方法并分小组来制作等高线地形图,让学生在实践中体验、感悟等高线地形图的形成原理。这个方法符合新课程改革倡导的自主、探究的教学理念。但是如果教师或者学生处理不就显得课堂非常混乱并耗时太长,以至于耽误教学目标的达成。为克服这个难题,我们可以利用三维虚拟模型替代实物模型进行教学,收效显著。1选择乡土案例义务教育地理课程标准明确规定初中地理课程具有生活性与实践性,要求地理课程内容紧密联系生活实际,突出反映学生生活中遇到的地理现象和可能遇到的地理问题,教师要结合学校的实际和学生的学习需求,充分利用学生自身的经历和现象进行地理教学[1]。考虑到笔者所带班级学生基本上都来源于南京本对南京紫金山或多或少有一些了解,部分学生甚至有过数次紫金山的登山经历。因此,用南京紫金山作为案例进行教学就能引起学生的共鸣。彭云龙,江苏省南京市南师附中新城初中黄山路分校,一级教师。本文为南京市教育科学“十二五”规划立项课题“初中区域地理自主学习的问题设计研究”课题批准文号:L/2015/241、南京市教育科学“十三五”规划第九期个人课题“GoogleEarth的初中地理直观教学资源开发与实践研究”课题编号:EmOOOl项目研究成果。69—
技术方法20184等高线地形图上不同山体部位的判读涉及的区域一定是大比例尺地图,其空间尺度很小,仅仅包括一些山顶、山谷等山体地形部位。那DEM据往往是机密级别的数据或者缺乏数据,GPS等工具开展实地测量。对初中地理教学而言,目前还不太现实。2005年谷歌公司推出一款三维虚拟地球软件GoogleEarth(简GE。该程序包含地球表面上绝大部分地80等高图层。在南京紫金山等高面图层”80米等高面的多边形图层,将新的图层名称修改为100,绝对高100米。以此类推,20米的等高距依次复制并修改出新的等高面,直到等高面为420因为此海拔的等高面能覆盖几乎全部的紫金山。从80420米并以20米为等高18个等高面图层。图1为海拔等于120米的高程面与紫金山地面相切的场景,区详细的经纬度和高程数据,并且提供了GEAPI接口。有学者建立了集成的GE
区域的高程数据[2_3],中学教师可以直接下载GE[4]。本文提出另一种切实可行的获取高程数据的方式。这种方法对中学地理教师而言比较合GESmfer软件即可进行数字化与可视化。二、大比例尺等高线地形图与虚拟模
型制作的实验方法(一)GE等高面图层绘制实验方法(1添加高程图层文件夹GE的地依次“右击鼠标一^添加(A^文件夹”弹出新建文件夹对话框,称命南京紫金山等高面图层”确定”。缩GE影像窗口,视角海拔高度约57此时呈现紫金山的宏观鸟瞰影像图,移动鼠标发现此区域海拔高度约从十几米到四百多米。(2添加高程图层显示经纬网格(视图—网格)选择并右击南京紫金山等高面图层”右击鼠标—添加(A—多边形”根据经纬网格大致确定一个包含紫金山在内的矩形区域,此时默认的多边形是贴近地面的曲面,修改方法为将名称命名为“80”海拔高度”选项卡,点击海拔高度后的“贴近地面”拉箭头,对高度”并在海拔高度后的文本框输入80单击“确定”至此就创建了一70—中的截交线实质为等高线。1120米的等高面与紫金山相交场景(3确定等高面图层的填充颜色与透明度所有的等高面图层面积填充颜色尽量选择浅色(白色等)本文选择黄色。如2a2b2c2d2e2f显示的是不透度依次为10%20%30%40%50%60%的场景效果。对30%6个图层的叠加效果最为良好。因此,本文30%6个图层叠加显示后上层等高面都能隐约看见下层等高面的效果最佳。图26个图层不同透明度下的透视效果(4保存高程面叠加效果图输入法在英文状态下,GE中按快捷键“R可使影像窗口视角尽量垂直显示。视角海拔高
20184技术方法度缩放至56在等高面图层呈现恰当的前提下,80、100、120、140、160180的等高面多边形图层,然后单击菜单栏编辑”下的“复制图像”。然后分别保存海拔从200300320420的图层叠加效最后去掉所有的图层仅保存影像图。注意四幅图片保存过程中不可移动GE样可以保证四幅图片的像素一致,从而有利于Surfer中进行数字化与可视化叠加。最后可(二)Surfer对等高面叠加效果图进行数字化与可视化的实验方法(1打开截交线显示效果图N基底图(B分别打开图3所示的三幅等高面叠加效果图。三幅图的横纵轴的显示效果一致,详见4a。这里的0-8000-1000指的是图片的像素,即栅格像元个数。(2修改地理坐标以借助Photoshop工具修改三幅图的对比度,使得不同高程面与地表的截交线显示效果更加明显。_lOHgt•_4b图3
不同海拔的高程面与地面
相交的截交线显示效果
(5记录地理坐标3GE影像窗口的前提下,分别在左上角和右下角添加两个“地标文件”主要用于记3的经纬度范围。由于该区域范围极小,经纬度跨度也极小,建议经纬度用小数度数显。修改方式为单击菜单栏“项”在“3D显示纬度/经度”选项。图3118.814989。118.883081°,纬度从北纬32.049661°到北纬32.093929°。单击对象管理器中的“基底图”属性管理器中的“常规”x0x极大值为1041,y极小值为0y801。现x118.814989,x118.883081,y极小值修改为32.049661,y极大值修改为32.093929。单击“左边轴”选择属性管理器下的“常规”前的十字符标注格式下的“N同理“边轴”的“E。修改后的效果如4b图4成经纬度坐标(3数字化依次单击“图型—数字化”鼠标变成“+依次数字化不同高程面与紫金山地面相切的截交线(即等高线)。数字化过程中的数71
技术方法20184仅包括经度和纬度)都记录在“数字化坐标位置”中。当数字化完一条等高线时,将数据保存为“[具体高程].dat格式的文件。同时,在“数字化坐标位置”中将第一行的位置数据复制到最后一行,即首尾点位相同,保存数据为[具体高程].blnbln文件为矢量化的边界文件,以备后用。118.83°E118.85°E118.87°E(4赋XYZ数据可以用记事本dat将经纬Word中。此经度和纬度数据之间以逗号区分,通过替换逗号为若干空格的方法扩大经度和纬度数据列的距离。按住键“ALT键”即可实现竖选数据列,然后复制到Excel最后添加高程数据,即总共有三列,A列为经度B列为纬度C列为高程,有数据汇总后共1622个数据。为防止遗漏复制个别数字,最好对三列数据进行排序检查,改或者剔除过大或者过小的异常数据。本次实验未发现异常数据。(5网格化XYZ数据Surfei依次单击“网格—数据”选择Excel格式的紫金山高程数据,Excel第一AXBY第三CZ网格化算法选择克里金插值网格线几何特征默认即可,单击确认。程序自动将紫金山高程散点数据网格化为grd格式数据。单击“图型—新建—等值线图”选择并打开刚刚网格化的“紫金山高程数据.grd图5三、教学实践(一等局线的内涵在介绍完海拔与相对高度的基本概念之GE搜索并定位到南京紫金山。学生们对眼前的山体可能会产生似曾相识的感觉。当我们定位到“紫金山天文台”孝陵”和“中山陵”等知名旅游景点的时候,生们必会恍然大悟,原来这是南京紫金山。这是他们第一次以不同的视角来审视身边的紫金山。这种平常的置身其中与现在的高空俯视两一72—118.83°E
118.85c°E
118.87°E图5山三维模型与等高线地形图种视角的巨大差异必然能激发学生的学习兴趣与求知欲。此教师应不断移动鼠标,让学生GE影像窗口的变化,一定会有学生发GE底部的经纬度和海拔在不断地变化。教师跟着解释道,地球表面有高山,地球表面是高低起伏的,其海拔高度随着空间位置的变化而变化。教师要继续追问,在南京紫金山这个小尺度空间范围内有没有海拔相等的点?假如有,那么这些点连接成封闭的曲线叫什么?学生们经过一番思考与讨论之后,教师再次GE并且新建一个海拔为120米的高程面(1360度观察这个120米高程面与紫金山相交的三维模型,使学生们领会并总结出等高线的含义。(二)等高线地形图与分层设色地形图的形成过程当讲解完等高线的概念之后,拋出问题,图学家是如何将真实的三维地形表现在二维平面上的?教师可以在GE中打开所有的等高面如图6最后定格到垂直俯视角度,使学生发现不
20184技术方法同的等高面与紫金山形成的截交线形成了一组圆滑的、封闭的曲线投影在GE影像上面。7线AB因为水流向两侧分教师可以打开GE找到相应位置进行实证。b6GE中的三维等高线模型紧接着分解这个过程以巩固等高线地形图的概念,5,图5a是紫金山与等高线,5b是紫金山二维模型与等高线。最后去掉三维模型将不同高程的等高线全部投影到平面上,并添加高程标注即形成等高线地形图。当在等高线地形图不同等高线之间填充颜色并添加具体高程图例时,即形成分层设色地形图(图5c。通过这样的三维形成过程来理解等高线地形图与分层设色地形图的概念就容易得多。(三)等高线地形图的判读初中地理关于等高线地形图上不同山体部位的判断包括山峰、山脊、山谷、鞍部和陡崖五种情况。其中山峰、鞍部和陡崖比较容易判读,难点在于山脊和山谷容易搞反。教材上定义等高线的弯曲部分向低处突出为山脊,向高处凸出为山谷。学生对这句话的理解和应用容易犯两个常见错误,其一是凹凸不分,其二是山脊山谷记忆混淆。我水法来判断山脊和山谷,山脊使得雨水分流,山谷使得雨水汇流。在Surfer中可以制作水流图,准确说是矢不仅可以判断流向,还可以确定流速。如7紫金山高程矢量图等高线的密集程度与坡度密切相关。大部分学生肯定知道要想徒步登上紫金山,最好的登山路线是从紫金山北侧的樱驼村附近开始登山,这也是紫金山风景区建议的登山路线。而紫金山南侧中山陵附近只有索道通往山顶,学生思考原因。最后师生可以总结出紫金山北侧等高线稀疏,所以山坡坡度较缓,因此登山容。南坡等高线密集,山坡坡度较陡,不适合徒步登顶,恰恰适合建设索道,7。当然,7中的流水矢量图箭头的大小亦可指示坡度陡箭头越大、箭头越长代表水流速度越快,映山坡越陡,反之越缓。通过这种学生熟悉的案例与喜爱的方式,即利用三维虚拟模型来探究身边的地理问题的同时,教师能够巧妙地将地理背景、地理知识和地理原理等讲解清楚,最终有效地克服教学难点并达成教学目标。参考文献:[1]华人民共和国教育部制定.义务教育地理课程2011[S].
2011.[2]荣.GoogleEarth的高程提取程序开发及在环评中的应用[J].2011,1(5:122-124.[3]韩红芳,方莉娟.GoogleEarthCOMAPI的高程提[J].中国高新技术企业,2013,10:64-65.[4]赵越,孙旭.地理信息技术软件在课堂教学中的运用—Surfer制作紫金山的等高线和三维立体图为例[J].中国教育信息化,2014,4:46-47.73

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