GIS在高中生地理實踐力培養中的運用

汪 玲 唐 榕 蔣良群 舒成強

（西華師范大學國土資源學院 四川南充 637009）

一、關于地理實踐力與GlS

《地理教育國際憲章》（1992年）[1]明確指出：地理教育為今日和未來世界培養活躍而又負責任的公民，幫助他們終身欣賞和認識這個世界，積極面對并有能力解決人類面臨的生態破壞和環境污染的種種環境問題。可見，地理實踐力的培養受到了高度的重視。地理實踐力是學生在運用地圖工具、地理模擬實驗和演示、地理觀察和測量、地理野外考察和社會調查等活動中所展示出的實踐能力和品質。能夠與他人合作設計出實踐活動方案并選擇合適的地理工具是其培養目標之一[2]。傳統的地理工具有很多，如地理圖表、模型等，而當下更提倡使用地理信息技術。地理信息技術為地理實踐活動的開展提供了有力的支持。利用地理信息技術可以科學、高效、便捷地輔助信息解讀和應用。因此，選擇合適的地理信息技術，分析、判斷地理問題，尋找解決方案，正逐漸成為數字時代必備的一種能力。GIS是地理信息技術的一種，其作為一門綜合性學科，整合了地理、地圖學、遙感科學和計算機科學等多種學科，是一種采集、分析和顯示地理數據的技術工具[3]。地理教學中使用GIS技術，對提高學生的學習能力、培養學生的核心素養等具有傳統教學達不到的效果。

二、GlS在培養學生地理實踐力中的運用

作為一個獨立模塊，城鄉規劃是高中地理選修課的一部分，包括城市系統規劃、城市規劃、城鎮規劃、鄉鎮規劃和村莊規劃。隨著城市化進程的加快，城市建筑數量日益增多，建筑密度日益增大。城市規劃部門在衡量已有建筑是否符合規劃要求的同時，還要對未來城市建造提供方案。我們應用GIS空間分析方法可在大量城市建筑數據的支持下找出不符合日照規范的建筑，為城市規劃設計提供依據。因此，本文以運用GIS分析城市建筑日照為例，設計了一個實驗教學，通過有步驟、有目的的操作演示，轉變傳統的教學方式和學習方式，培養學生的地理實踐力，提升其地理核心素養。

（一）導入

教師活動：打開Arcmap軟件為學生做展示（如圖1），并解釋說明圖中深色塊狀部分為某城市不符合日照規范的建筑。

圖1 某城市不符合日照規范的建筑（深色塊狀部分）

學生活動：觀察圖片。

設計意圖：學生接觸新事物后充滿好奇心，可以增強學習動機，提高學習興趣，激發學習熱情。

過渡

教師活動：在為學生做展示后，提出本節課的學習目標是讓學生自己動手操作軟件，找出不符合日照規范的建筑物。在學生動手操作實驗之前，教師可帶領學生熟悉該軟件的基本操作工具，了解該實驗的基本原理。

學生活動：熟悉實驗操作工具，在教師的幫助下了解該實驗的基本原理，即日常生活中的晝夜之分和四季之分這些自然現象說明太陽和地球是有一定運動規律的。這些運動規律就是影響建筑日照的外部因素。學生要依據太陽和地球的運動規律和原理，由建筑物所在的地點、節氣、時間，確定緯度、赤緯、時差、時角等參數，用公式來計算太陽的位置，獲得太陽高度角、太陽方位角等數值，再用這些數值去解決有關建筑日照的問題。

設計意圖：為后續實驗的開展打基礎。

（二）實驗的基本思路及步驟

教師活動：展示實驗思路，說明實驗步驟。

1.計算容積率

容積率=建筑面積/用地面積

2.找出不符合規范的建筑物

（1）矢量數據轉化為柵格數據。

（2）使用以下公式算出三個時間點的太陽高度角及方位角。太陽赤緯計算公式為：

其中b為日角，b=2*π*(N-1)/365，單位為弧度；N為日數，自每年1月1日開始計算；

時角t=(s+f/60-12)*15，其中s為時，f為分。

太陽高度角計算公式為：

其中，θ是該地區緯度，為32°。

太陽方位角計算公式為：

（3）提取三個時刻建筑背光剖面和高度數據。

（4）用建筑物背光面高度數據生成山體陰影。

（5）用柵格計算器提取三個時刻的陰影柵格，將其累加成一個圖層后進行重分類。

（6）柵格轉面，基于矢量包含關系判斷建筑物與陰影之間的遮擋關系。

（7）查詢不符合規范的建筑。

學生活動：在熟悉軟件的基礎上，認真閱讀實驗操作步驟。

設計意圖：Arcmap軟件對于學生來講很少接觸，提前熟悉操作步驟可降低實驗難度，幫助學生順利完成實驗。

（三）小組分工開展實驗

教師活動：將學生分成幾個小組，每小組交流討論后，每小組組長依次上臺展示操作步驟。

設計意圖：培養學生的合作精神和動手實踐能力，讓學生依次上臺演示，方便教師指導，解決疑難。

（四）補充總結

我國建筑日照標準有如下規定：建筑物的底層要至少滿足在冬至那天的12∶00～14∶00能接受到太陽照射。判斷建筑物是否滿足日照標準，要根據建筑物的背光面高度數據提取12∶00～14∶00這一時間段內的山體陰影，再與建筑物進行疊加分析。為了簡便，我們只選擇三個時刻（即12∶00、13∶00 和14∶00）的日照情況，近似模擬這段時間的陰影范圍。若在這三個時刻都沒有遮擋，則建筑間距滿足日照要求。之后，我們再通過分析陰影與建筑的疊加關系，找出不符合日照標準的建筑。操作結果如圖2～圖4。

圖2 12∶00的陰影數據

圖3 13∶00的陰影數據

三、結束語

地理教師在課堂上主要使用地球儀、多媒體、板書等傳統的教學工具，但卻存在著演示內容不夠全面等一些問題。GIS具有傳統地理工具不具備的一些特點，如直觀性，可操作性、交互性。我們將其運用于地理課堂，除了能豐富課堂，彌補傳統教學的許多不足之處，還能提高學生的學習興趣和積極性，并培養學生的地理實踐能力。在教學中，我們需要客觀看待現代信息技術的優勢與弊端，將其與傳統教學方法結合起來。這樣才能更好地提升地理教學的質量與效率[4]。

GIS工具的使用具有很強的專業性，數據獲取較為麻煩，且工具冗雜。對于未接觸過GIS的教師來說，他們要在地理教學中熟練運用這項技能還存在一定的困難。因此，為了更好地發揮該技術對課堂教學的輔助作用，地理教師應多學習軟件的操作，并多與地理信息技術人才交流合作，逐漸提高自己的技術操作水平。