“图新地球 + Global Mapper + Surfer”组合工具辅助等高线教学的应用实践

摘 要：等高线地形图因其抽象性强，学生难以形成画面感而成为中学地理教学中的难点。为提升教学效果，借助地理信息技术的支持，本文将“图新地球”和“Global Mapper”“Surfer”相结合，形成一套“等高线形成与平面立体图形转换”的组合工具，借助图新地球软件的“淹没模拟”功能，帮助学生理解等高线的形成过程；将获取的高程数据在Global Mapper中进行格式转换，再导入Surfer软件中制作等高线地形图和立体地形图，利用“叠置”功能实现平面与立体图形的转换，帮助学生建立空间思维，形成画面感。最后，通过“珠峰测高”和“考察禾下乘凉梦圆地”两个教学案例简述了实践应用过程。此组合工具功能多、操作简便、实效性强，可广泛推广使用。

关键词：地理信息技术组合工具；等高线地形图；平面与立体图形转换；地理教学

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1005-5207（2024）10-0060-07

地形是自然地理环境的重要要素之一，也是地理学习的重要内容之一。《义务教育地理课程标准（2022年版）》明确要求学生需要通过阅读地形图等，区别山地、丘陵、高原、平原、盆地的形态特征；要求学生能结合地形观察，说出等高线地形图、分层设色地形图表示地形的方法，在地形图上识别一些基本地形［1］。《普通高中地理课程标准（2017 年版2020 年修订）》也要求学生不仅要“认识”各类地形地貌，还要能“描述”其景观的主要特点，“分析”其成因，进而“说明”人类活动与地表形态的关系［2］。可见，地形图在认识地形中的重要作用，而等高线地形图是地形图的重要载体之一。因此，理解等高线的概念和形成过程且能够将等高线和实际地形联系起来的空间想象能力就显得尤为重要。

一、等高线地形图教学中存在的问题

1.学生不理解等高线的形成过程

学生在日常生活中感知过很多地形地貌，但日常感知多为立体地形，而等高线地形图是平面图。现实中的立体地形与平面图中众多的等高线如何联系，这对多数学生而言比较难以想象，因而难以实现平面图形和立体地形的自由转换，严重影响该部分的教学效果。

2.传统教学方式费时费力且效果不理想

在目前的地理教学中，关于“通过等高线地形图来认识地形地貌”的学习内容，主要通过教师讲授、绘图、模型制作、模拟实验和野外考察等方式实施［3-5］。教师纯讲授的方式较为枯燥，想象力差的学生难以形成画面感；绘图或制作模型耗时耗力；野外考察则需要考虑教具准备、课程内容、课时、学生安全等多方面因素，不便实施且很难迁移到其他地区。因此，传统教学模式无疑也影响教学效果。

3.技术组合工具辅助等高线地形图教学的研究成果缺乏

调研发现，在现有的地理信息技术辅助地理教学的研究成果中，大多都集中于某几类软件或网络平台在教学中的应用［6-7］，很少有针对等高线教学难点的专题应用成果。在少数等高线主题研究中，多借助GIS软件绘制等高线地形图［8-10］，几乎没有从地理信息技术角度就等高线主题教学开发配套技术组合工具的成果。究其原因，地理信息技术存在一定技术性，并非大多数教师都掌握其用法，且地理信息技术工具较多，能多方综合分析后再进行组合开发的可能性较小。

鉴于此，笔者结合课标要求和学情情况，在多次实验操作的基础上，精筛软件，开发出了一套能够实现“等高线形成—投影—平面立体图形转换”的组合工具，希望能够帮助广大教师解决以上教学难题。

二、地理信息技术软件选择及一般应用过程

1.软件选择

基于以上分析，在软件选择上要满足以下要求：①能够多地区、多角度观察地形地貌；②能够观察并模拟等高线的形成过程；③能够制作等高线地形图；④能够实现地形地貌从立体到平面的投影转换；⑤操作简便，易复制。

通过长时间的操作与尝试，结合课堂实践，笔者选出了以下软件和网站：① 图新地球——观察地形地貌、模拟等高线地形图的形成过程；② 地理空间数据云网站——获取DEM高程数据；③ Global Mapper——进行格式转换；④ Surfer——用于等值线制作和立体地形图的生成，实现平面与立体图形的转换。

2. 具体操作过程和实施方法

以香山附近为例，展示具体操作过程和实施方法。

（1）地形地貌的观察——图新地球

打开图新地球软件，在“底图数据”一栏中加载常用数据，包括“天地图影像”“天地图底图”“天地图行政区划”“天地图水系”“天地图道路标注”等，也可加载其他网站下载的地图数据。然后根据课程需要调整图层顺序，保证能够清晰显示研究区的地形地貌特征。通过鼠标滚轮调整视野大小和观察角度（图1）。

（2）“淹没模拟”等高线的形成过程——图新地球

打开“淹没模拟”工具，沿边框绘制“淹没”范围，设定参数，观察淹没到海拔“500 m、800 m、1 000 m”的水域轮廓，并在软件中从各个角度观察主要地形部位，如山脊、山谷、鞍部等的水域轮廓特征，理解等高线的形成过程（图2）。

（3）获取高程数据

常见的数据来源通常有地理空间数据云网站：http：//www.gscloud.cn/search；国家基础地理信息中心网站：https：//www.ngcc.cn/ngcc/html/1/391/392/16114.html。下载前需要在网站中进行注册登录，国家基础地理信息中心网站需要申请后下载。

（4）格式转换——Global Mapper

笔者推荐的等值线绘制软件为Surfer，可用于等值线、网格化、曲面图形绘制。但在绘制前，需要在Global Mapper中将下载的DEM数据进行格式转换，导出海拔网格格式（.grd）文件，随后才能导入到Surfer中绘制等高线地形图（图3、图4）。

（5）制作等高线地形图——Surfer

打开Surfer软件，选择“新等值线图”，打开海拔网格格式（.grd）的香山附近地形图文件，在对象管理器和属性管理器中编辑等高距和坐标轴。若等值线图较为破碎，则需在打开软件后，先在“网格”——“滤波器”中将图像进行滤波，再编辑图像。编辑完成之后，导出图片格式（.jpg）的等高线地形图（图5）。

如需制作分层设色地形图，点击属性管理器中的“层次”，在等值线填充着色中选择“填充等值线”，然后选择合适的颜色，调整比色刻度尺即可（图6）。

（6）制作三维地形图——Surfer

新建文件，选择“新3D曲线图”，打开海拔网格格式（.grd）的香山附近地形图文件。在对象管理器中点击“图形”，在属性管理器中“比例尺”一栏调节“Z比例尺”的长度，使得地势起伏适中（图7）。

（7）制作三维曲面与等高线叠置图，实现平面和立体地形的转换

在Surfer软件中，点击对象管理器中的香山3D曲面图，右键“添加”，选择“等值线图层”，在文件中选取之前制作的香山附近等高线地形图，生成带有等值线的3D曲面图。此处可调整观察角度，分析常见地形部位的等高线特征（图8、图9）。

点击“新等值线图”，按照步骤5加载香山附近等高线地形图，将最新加载的等值线图更名为“图形2”，点击属性管理器中的“视图”，设置投影为“正交视角”，旋转角度调整为45度，倾斜度调整为30度（也可按照自己需要设置角度）。可根据个人需要选择是否填充等值线（图10）。

同时选中两幅图，点击对象管理器中的“图形2”，右键选择“排列对象”中的“水平居中”，调整两幅图的位置关系。然后选择“多段线”连接两幅图，最终生成等高线地形图和3D曲面叠置图（图11）。

最后导出地图，并分析地形因素对其他自然要素和人类活动的影响（图12）。

三、实践运用案例

1.案例一：珠峰登峰测高的路线选择

（1）教学活动简介

本教学活动隶属于高中地理人教版选择性必修一第二章的教学范畴。根据课程标准，要求学生结合实例，说明地表形态对人类活动的影响。在该部分的学习中，教材提供了珠穆朗玛峰这一经典案例。据了解，珠穆朗玛峰附近有很多常见的地形部位，清晰美观，是学习等高线和冰川地貌的绝佳案例。加之在2020年5月我国国测队队员对珠峰高程进行了第三次测量，他们选择哪条线路登峰也是人们关注的焦点。因此，本教学活动在经典案例的基础上，结合社会热点，借助自制的等高线地形图，让学生通过读图来判读珠峰地表形态特征，帮助登山队员和专家选择合适的登峰测高路线，既落实了课标要求，又体会了登山队员不畏艰险、勇于攀登的精神。

（2）地理信息技术组合工具应用过程

①利用图新地球观察珠峰地表形态特征（图13）；②“淹没”模拟等高线的形成过程（图14、图15）；③制作等高线地形图和三维立体模型（图16）；④选择合适的登峰测高路线（图17、图18）。

通过分析可知，路线①前期经过低缓的山谷，但在山脚处的坡度较陡，登峰会有困难；路线②在山脚处的坡度较缓，比路线①容易；路线③在山脊上攀爬时间太长，费力且不安全。综上所述，路线②最为合适（图19、图20）。

（3）活动效果与评价

实践证明，通过在软件中“淹没模拟”等高线的形成过程，并将平面图和立体地形图相对应，实现平面和立体的转换，可使学生对等高线的理解更加深刻，能够更容易识别各类地形特征。多数学生在仔细分析之后，都能选择出合适的登峰测高路线，体会地表形态对人类活动的影响。

2.案例二：溯安宁河谷——考察禾下乘凉梦圆地

（1）教学活动简介

本教学活动隶属于高中地理人教版选择性必修二第一章的教学范畴。根据课程标准，要求学生结合实例，说明农业区位因素；并能结合实例，说明因地制宜对于区域发展的重要意义。提到农业，袁隆平院士无疑是农业发展领域的重要代表人物之一，其团队在培育水稻新品种方面对于区位因素的考量值得学生深入学习。2023年10月14日，四川凉山州德昌县安宁河谷的超高产攻关试验田实现了超级稻单季亩产1 251.5 kg，刷新了世界纪录。本教学活动结合时事热点，借助教师制作的安宁河谷德昌段的分层设色地形图，让学生更加直观地考察禾下乘凉梦圆地——安宁河谷，感受当地自然地理环境（尤其是地表形态）对于农业活动的影响，让学生体会因地制宜思想的同时致敬伟人。

（2）地理信息技术组合工具应用过程

①利用图新地球观察安宁河谷德昌段的地形地貌（图21）；②制作等高线地形图和三维地形图（图22、图23）；③结合其他图文资料，思考禾下乘凉梦在德昌实现的原因，探究四川德昌县安宁河谷能够生产超高产水稻的优势区位（图24）。

通过分析可知，德昌县位于青藏高原东南缘，夏秋季水稻生长期雨热同期、水热充足；而且其海拔较高、空气稀薄。因此，大气的削弱作用和保温作用弱、昼夜温差大，有利于有机物的积累；海拔高、日照充足、作物品质好；虽然德昌县海拔较高，但水稻种植区域位于海拔相对较低的河谷地区，较为温暖，有利于水稻种植。河谷地带地势较为平坦、土壤疏松肥沃，靠近河流，水源充足，利于农耕。在人文因素上，国家设立超高产攻关项目，有政策支持；科学家们选育良种、创新育种方法、全程精细化管理，有技术支持；培养人才队伍，提供了人才支持；安宁河谷种植水稻历史悠久，有技术工艺、产业基础和劳动力支持等。

（3）活动效果与评价

实践表明，学生通过观察等高线地形图和三维地形图，能够快速实现平面和立体的转换，并能快速识别出安宁河谷德昌段的地形地貌特征，继而能调动所学知识快速分析出地形对其他自然要素的影响。再结合文字资料，学生更加容易分析得出此处能够生产超高产水稻的原因，说明农业区位因素，并深刻领会如何实现农业的因地制宜。可见，由于地理信息技术的加入，教学变得更加高效。

四、总结与反思

等高线地形图的形成过程以及如何将等高线地形图与实际地形联系起来实现平面地图和立体地形的自由转换是等高线教学的难点。笔者经过多次课堂实践证明，“图新地球 + Global Mapper + Surfer”的组合工具能够较快实现等高线的形成、投影与平面立体图形的转换；通过该组合工具的使用，学生能够很快将等高线地形图与实际地形地貌联系起来，建立空间思维，突破等高线学习难点；且该组合工具操作简便，地理教师均可在教学中尝试使用。

鉴于在等高线地形图上的有效使用，在地理学科其他方面的教学中，也可考虑利用地理信息技术辅助教学，必要时也可考虑开发地理信息技术组合工具，进一步提升教学效果。地理信息技术可在一定程度上弥补无法外出实践教学的缺憾，但却无法完全替代真实环境下的实践活动。因此，在利用地理信息技术教学时，务必注重协调技术支持的教学与在真实环境中教学的关系。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育地理课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］ 王景晨，俞飞虹，郝雨楠.指向地理实践力培育的地貌及等高线模型制作实践活动设计［J］.地理教育，2023（2）：18-21.

［4］ 胡长珊.基于地理实践力培养的初中地理实验教学研究［D］.南昌：江西师范大学，2021.

［5］ 苏布达.基于体验式学习的地理实验教学案例设计研究——以人教版高中地理第一册为例［D］. 呼和浩特：内蒙古师范大学，2022.

［6］ 杨可辛，董雯.TPACK框架下GeoScene Online与地理教学融合的实践［J］.地理教育，2024（3）：10-14.

［7］ 宋西军.ArcView软件辅助“等高线”教学的应用实践［J］.中学地理教学参考，2016（8）：33-34.

［8］ 李标明.GIS软件在小区域等高线地形图制作中的应用实践［J］.地理教育，2023（7）：8-11.

［9］ 王倩，郭敏，张新玉.GIS软件在乡土地理资源加工中的应用——以离堆山与古河道组合地貌等高线地形图制作与课堂试验为例［J］.中学地理教学参考，2022（1）：73-75.

［10］ 潘世兵，韩旸.例谈GIS软件在地理野外实践中的应用——以赣榆区等高线制作为例［J］.地理教学，2018（2）：51-54.