GIS在高中生地理实践力培养中的运用

汪 玲 唐 榕 蒋良群 舒成强

（西华师范大学国土资源学院 四川南充 637009）

一、关于地理实践力与GlS

《地理教育国际宪章》（1992年）[1]明确指出：地理教育为今日和未来世界培养活跃而又负责任的公民，帮助他们终身欣赏和认识这个世界，积极面对并有能力解决人类面临的生态破坏和环境污染的种种环境问题。可见，地理实践力的培养受到了高度的重视。地理实践力是学生在运用地图工具、地理模拟实验和演示、地理观察和测量、地理野外考察和社会调查等活动中所展示出的实践能力和品质。能够与他人合作设计出实践活动方案并选择合适的地理工具是其培养目标之一[2]。传统的地理工具有很多，如地理图表、模型等，而当下更提倡使用地理信息技术。地理信息技术为地理实践活动的开展提供了有力的支持。利用地理信息技术可以科学、高效、便捷地辅助信息解读和应用。因此，选择合适的地理信息技术，分析、判断地理问题，寻找解决方案，正逐渐成为数字时代必备的一种能力。GIS是地理信息技术的一种，其作为一门综合性学科，整合了地理、地图学、遥感科学和计算机科学等多种学科，是一种采集、分析和显示地理数据的技术工具[3]。地理教学中使用GIS技术，对提高学生的学习能力、培养学生的核心素养等具有传统教学达不到的效果。

二、GlS在培养学生地理实践力中的运用

作为一个独立模块，城乡规划是高中地理选修课的一部分，包括城市系统规划、城市规划、城镇规划、乡镇规划和村庄规划。随着城市化进程的加快，城市建筑数量日益增多，建筑密度日益增大。城市规划部门在衡量已有建筑是否符合规划要求的同时，还要对未来城市建造提供方案。我们应用GIS空间分析方法可在大量城市建筑数据的支持下找出不符合日照规范的建筑，为城市规划设计提供依据。因此，本文以运用GIS分析城市建筑日照为例，设计了一个实验教学，通过有步骤、有目的的操作演示，转变传统的教学方式和学习方式，培养学生的地理实践力，提升其地理核心素养。

（一）导入

教师活动：打开Arcmap软件为学生做展示（如图1），并解释说明图中深色块状部分为某城市不符合日照规范的建筑。

图1 某城市不符合日照规范的建筑（深色块状部分）

学生活动：观察图片。

设计意图：学生接触新事物后充满好奇心，可以增强学习动机，提高学习兴趣，激发学习热情。

过渡

教师活动：在为学生做展示后，提出本节课的学习目标是让学生自己动手操作软件，找出不符合日照规范的建筑物。在学生动手操作实验之前，教师可带领学生熟悉该软件的基本操作工具，了解该实验的基本原理。

学生活动：熟悉实验操作工具，在教师的帮助下了解该实验的基本原理，即日常生活中的昼夜之分和四季之分这些自然现象说明太阳和地球是有一定运动规律的。这些运动规律就是影响建筑日照的外部因素。学生要依据太阳和地球的运动规律和原理，由建筑物所在的地点、节气、时间，确定纬度、赤纬、时差、时角等参数，用公式来计算太阳的位置，获得太阳高度角、太阳方位角等数值，再用这些数值去解决有关建筑日照的问题。

设计意图：为后续实验的开展打基础。

（二）实验的基本思路及步骤

教师活动：展示实验思路，说明实验步骤。

1.计算容积率

容积率=建筑面积/用地面积

2.找出不符合规范的建筑物

（1）矢量数据转化为栅格数据。

（2）使用以下公式算出三个时间点的太阳高度角及方位角。太阳赤纬计算公式为：

其中b为日角，b=2*π*(N-1)/365，单位为弧度；N为日数，自每年1月1日开始计算；

时角t=(s+f/60-12)*15，其中s为时，f为分。

太阳高度角计算公式为：

其中，θ是该地区纬度，为32°。

太阳方位角计算公式为：

（3）提取三个时刻建筑背光剖面和高度数据。

（4）用建筑物背光面高度数据生成山体阴影。

（5）用栅格计算器提取三个时刻的阴影栅格，将其累加成一个图层后进行重分类。

（6）栅格转面，基于矢量包含关系判断建筑物与阴影之间的遮挡关系。

（7）查询不符合规范的建筑。

学生活动：在熟悉软件的基础上，认真阅读实验操作步骤。

设计意图：Arcmap软件对于学生来讲很少接触，提前熟悉操作步骤可降低实验难度，帮助学生顺利完成实验。

（三）小组分工开展实验

教师活动：将学生分成几个小组，每小组交流讨论后，每小组组长依次上台展示操作步骤。

设计意图：培养学生的合作精神和动手实践能力，让学生依次上台演示，方便教师指导，解决疑难。

（四）补充总结

我国建筑日照标准有如下规定：建筑物的底层要至少满足在冬至那天的12∶00～14∶00能接受到太阳照射。判断建筑物是否满足日照标准，要根据建筑物的背光面高度数据提取12∶00～14∶00这一时间段内的山体阴影，再与建筑物进行叠加分析。为了简便，我们只选择三个时刻（即12∶00、13∶00 和14∶00）的日照情况，近似模拟这段时间的阴影范围。若在这三个时刻都没有遮挡，则建筑间距满足日照要求。之后，我们再通过分析阴影与建筑的叠加关系，找出不符合日照标准的建筑。操作结果如图2～图4。

图2 12∶00的阴影数据

图3 13∶00的阴影数据

三、结束语

地理教师在课堂上主要使用地球仪、多媒体、板书等传统的教学工具，但却存在着演示内容不够全面等一些问题。GIS具有传统地理工具不具备的一些特点，如直观性，可操作性、交互性。我们将其运用于地理课堂，除了能丰富课堂，弥补传统教学的许多不足之处，还能提高学生的学习兴趣和积极性，并培养学生的地理实践能力。在教学中，我们需要客观看待现代信息技术的优势与弊端，将其与传统教学方法结合起来。这样才能更好地提升地理教学的质量与效率[4]。

GIS工具的使用具有很强的专业性，数据获取较为麻烦，且工具冗杂。对于未接触过GIS的教师来说，他们要在地理教学中熟练运用这项技能还存在一定的困难。因此，为了更好地发挥该技术对课堂教学的辅助作用，地理教师应多学习软件的操作，并多与地理信息技术人才交流合作，逐渐提高自己的技术操作水平。