等高线地形图教学资源的开发与应用初探

【摘要】本文以笔者学校附近的栖霞山为素材，简述如何借助GoogleEarth、TCXConverter、Surfer等软件实现大比例尺高程数据的获取与栖霞山等高线地形图的绘制过程，并探讨了如何将所绘制的等高线地形图应用于教学实践。【关键词】等高线地形图;图实对比;教学应用等高线地形图是中学地理教学中常用的重要等值线图。等高线地形图的判读对学生的抽象思维能力和空间想象能力要求较高，需要学生具备将立体地图与平面地图进行思维转换的能力。对于初次正式学习地理的七年级学生来说，他们的空间思维和读图能力正处于起步阶段。实际课堂教学中，笔者发现学生在判读等高线地形图时往往会出现畏难情绪，学习兴趣不高，教学效果不佳。《义务教育地理课程标准》（2011年版）强调，教师要积极利用地理信息资源和信息技术手段，优化和丰富地理教学活动，促进学生学习方式的转变。然而有针对性的、典型的、学生熟悉区域的等高线地形图相当欠缺，互联网上几乎没有可直接用来教学的资源。如果教师能利用地理信息资源和信息技术手段获得适配的教学资源，并应用于教学中，就能事半功倍地攻克地图学习难点。基于此，笔者选择学生熟悉的栖霞山为案例制作等高线地形图，应用于等高线地形图的教学。笔者所在学校地处江苏省南京市东郊的栖霞区，附近有中国佛教名山——栖霞山（32°9’N，118°57’E）。下面从软件准备、制作原理、制作过程等方面，简述如何获取并生成栖霞山的等高线地形图。相关软件准备绘制等高线地形图需要应用的软件主要有GoogleEarth、TCXConverter、Surfer等。（1）GoogleEarth：包含大量的地理信息资源，能够获取生成等高线地形图所需的数据，如纬度、经度和海拔等。（2）TCXConverter：TCX转换器，解决GPS等设备和绘图软件之间的文件不兼容问题。对谷歌地球获取采样点，并将数据导入软件TCXConverter中，转换成该区域的经度、纬度及高程等数据。（3）Surfer：绘制三维图（等高线、ImageMap、3DSurface）的软件，是用来处理数据的首选软件，能将区域三维坐标值转化为等高线图。可以轻松制作基面图、等值线图、地形地貌图以及三维表面图等，同时还具有图形缩放、旋转、分割等功能。制作原理等高线地形图的绘制首先需要区域内各点的经度、纬度及高程等数据。借助GoogleEarth提取地形数据，利用TCXConverter生成可供Surfer使用的X、Y、Z坐标轴数据，即区域内地面各点经度值、纬度值、海拔值等。通过数据网格化处理X、Y、Z轴数据，最后利用Surfer插值和绘制图件等功能，轻松制作等值线图、地形地貌图、三维表面图等地图。制作过程1.从GoogleEarth中提取生成等高线地形图的原始数据（1）保存路径（图1）主要步驟：①【添加】路径，路径命名为“栖霞山等高线原始数据”;②在主窗口使用【路径】工具覆盖栖霞山区域，完成布点工作;③确定并【保存】路径。（2）导出包含制图数据的“kml”文件主要步骤：①侧边栏打开路径文件“栖霞山等高线原始数据”;②选择命令【将位置另存为】;③保存文件格式为*.kml，生成“栖霞山等高线原始数据.kml”文件。2.利用TCXConverter转换数据（1）生成经纬度数据（图2）①运行TCXConverter，执行命令【Importer】-【OPENBESTAND】。②导入“栖霞山等高线数据源.kml”文件，在【TrajectData】窗口，生成地表各点的经度（LONG）、纬度（LAT）、海拔（ALT）等地理数据（注意：这一步尚未能生成海拔数据）。（2）生成海拔“ALT”数据选择右边菜单栏【TrackAanpassen】-【UpdateHoogte】命令，在【TrajectData】窗口“ALT”列，生成海拔（高程）数据。（3）导出“csv”数据库文件执行命令【Exporteer】-【CSVBestand】，导出栖霞山等高线数据源.csv文件。（4）简化数据①新建Excel，【打开】“栖霞山等高线数据源.csv”文件。②删除第一行【标题栏】（非数据行），仅保留LAT（纬度）、LONG（经度）、ALT（海拔）三列数据。③以原文件格式保存。通过Excel简化数据，注意A列表示区域内各点的纬度值，B列表示经度值，C列表示高程，在Sufer生成等高线地形图的数值与坐标是一一对应关系）。3.利用Surfer软件，生成等高线地形图（1）生成Surfer网格化文件①运行Surfer软件，执行命令【Grid】-【Data】，打开“.csv”文件。②在弹出的对话框中，注意地图坐标与Excel文件列号的对应关系（图3），即X-经度（B列）、Y-纬度（A列）、Z-高程（C列），并按引导语生成“栖霞山等高线数据.grd”文件。（2）生成等高线地形图执行命令【Map】-【New】-【Contourmap】即可生成等高线地形图（图4）。Surfer生成地图的种类多种多样。如执行命令【Map】-【New】-【3DWireframe】生成立体网格地形图;执行命令【Map】-【New】-【3DSurface】生成立体地形。在生成的等高线地形图基础上还可进一步操作，获得不同的效果。如执行命令【Map】-【Add】-【ScaleBar】，可添加比例尺;执行命令【Map】-【Add】-【Graticule】，可添加经纬网;执行命令【Map】-【Add】-【Profile】，可添加地形剖面图。利用Surfer软件，还可以轻松制作基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图以及三维表面图等，同时还具有图形缩放、旋转、分割等功能，从而便于学生直观地了解该地的地形等特点。教学应用《义务教育地理课程标准》（2011年版）实施建议要求教师要重视地理图像的使用，通过绘制简易地图，帮助学生掌握阅读地图的基本方法。基于家乡的山川绘制的等高线地形图，笔者展开如下教学实践。1.巧借等高线地形图，再识家乡的山川初中地理要求学生在阅读地图的基础上，要学会在等高线地形图上识别山峰、山脊、山谷，判断山坡的陡缓等，在地形图上识别五种主要的地形类型。对山谷和山脊的判别往往是学生学习的难点。根据教材定义“等高线的弯曲部分向低处凸出为山脊，等高线的弯曲部分向高处凸出为山谷”，学生对概念并不是很理解，对山脊和山谷对应的是“凹”还是“凸”也容易混淆，遇到此类相关问题时，学生往往靠记忆概念的方法进行思考，没有真正形成读图技能。山脊处雨水分流，通常是一座山的分水岭。山谷是两个山脊间的低凹部分，通常是集水部位，往往形成小溪或河流。可借助Surfer，制作水流矢量图，根据水流的方向来判别山谷或山脊。还可通过Surfer制作3D等高线模型图，与平面等高线图进行图实对比，形象直观地判断山谷和山脊。如借助图5，通过等高线地形图和三维等高线模型图，学生能找出该地形区域的山脊和山谷，如图中AB段为山脊，便于对概念的理解。栖霞山有名景点红叶谷，该地受山水的冲刷，呈现出一片崖溶奇石和湿地景观，学生对此景点较为熟悉。在GoogleEarth中找到该景点所在地，结合等高线地形图和三维等高线模型图，进一步验证山谷地形部位的地理特征。根据所绘制的家乡地形图，如栖霞山、紫金山、牛首山等，能在具体的等高线地形图上识别出山峰、山脊、山谷，判读坡的陡缓，如紫金山的最高峰头陀岭，在等高线地形图上就显而易见，学生能根据等高线地形图总结出山峰的等高线特点。学生还能在栖霞山的等高线地形图上找到栖霞山景区的入口，并设计浏览路线，结合自己的见闻和经历讲解栖霞山的特色景点、草药和佛教文化等，加深了对家乡山川的认识和热爱。2.借助等高线地形图，理解人地关系的微妙等高线的疏密程度能说明地面坡度的陡峻与和缓的情况，而山体的坡度又对人类活动产生影响。栖霞山的西侧多分布人文景点，登山路线大多选择从南门进入，从西麓登山。栖霞山的东麓则分布多家水泥厂，旅游景点较少。学生通过观察等高线地形图并思考景点及工厂布局的自然因素，能够根据等高线的特点说出栖霞山西侧特别是西南侧等高线稀疏，山坡坡度较缓，因此登山容易，也便于修建寺庙、亭台、花园等观赏景点。栖霞山也是多金属矿产基地，有优质厚层灰岩，是地区众多水泥厂的主要生产原料，在东麓修建水泥厂，避开景点，就地取材，依托长江便利水运的优势，综合条件优越。教师创设野外露营活动的情境，为学生提供“紫金山等高线地形图”，学生根据该图找到陡缓坡、山脊山谷、方向等信息，寻找合适的露营地点，并共同探讨做出这样选择的依据。学生能够考虑到在山谷露营要注意到在夏季可能会遭遇山洪和泥石流等灾害，提出在野外活动注意环境保护等观点，逐步形成了人地协调观。在完成合作任务的过程中，学生不仅加深了对地形图判读的理解，也增强了学习地理的兴趣。通过上述技术，教师能够方便地选择学生比较感兴趣的、比较熟悉的地形单元来制作多种呈现形