GIS軟件在鄉土地理資源加工中的應用
——以離堆山與古河道組合地貌等高線地形圖制作與課堂試驗為例

天水師范學院（741000）王 倩

四川省劍門關高級中學（628300）郭 敏

青海師范大學（810008）張新玉

鄉土地理是中學地理教學內容的重要組成部分。鄉土地理與學生日常生活聯系較為密切，學生容易感知、理解。《普通高中地理課程標準（2017 年版）》提到地理教學應改變學生學習方式，引導學生學習生活中的地理和對學生終身發展有用的地理［1］。德國地理學家阿爾夫雷德·赫特納曾指出：地理課程應從鄉土志開始［2］。以GIS軟件為代表的地理信息技術在中學地理教師中的推廣早已展開，例如，江蘇省地理學會與江蘇省教育學會地理教學研究會為了推廣GIS 軟件在高中地理教學中的應用，曾在連云港舉辦首屆省高中地理骨干教師地理信息技術培訓活動［3］。此外，GIS 課程也是廣大師范院校地理專業學生的必修課程。目前鄉土地理資源應用于地理教學的研究成果以研學旅行方面居多，而使用地理信息技術深加工處理鄉土地理資源的相關研究成果目前相對較少，其中，潘世兵老師在野外實踐課程中使用GIS 軟件制作了學校所在贛榆區的等高線地形圖［4］，地處南京的彭云龍老師制作了學校附近紫金山的等高線地形圖［5］。加工過后的鄉土地理資源更加成熟，具有教學微案例的特點，學生更容易理解。為豐富該方面研究成果，本文以制作離堆山與古河道組合地貌的等高線地形圖為例進行研究。

一、離堆山與古河道組合地貌的概念

古河道是指河流在遷徙改道之后遺留的廢棄河道［6］。古河道整體分為容易識別的地面古河道及不易識別的埋藏古河道［7］。裁彎取直型牛軛湖古河道、改道型低洼槽狀古河道都是人類肉眼可識別的地面古河道。離堆山是指孤立在深切曲流河谷中的小丘，是深切曲流發育過程中河道經過裁彎取直的產物。離堆山原為深切曲流凸岸的一部分，由于河流彎曲度不斷加大，相鄰的凹岸逐漸接近，形成狹窄的曲流頸，被水流切穿后，曲流頸的一端即形成被河道包圍的孤立小丘。由此可見，離堆山與古河道本質上是古河流地貌的遺留，因兩者的成因是相輔相成的，在空間上緊密相連，故稱為離堆山與古河道組合地貌。

二、離堆山與古河道組合地貌和地理教學的關系

離堆山與古河道組合地貌和高中地理“河流地貌的發育”、初中地理“‘九曲回腸’的荊江河段裁彎取直”等內容匹配度高。新人教版高中地理必修第一冊書本封面上的河曲發育有裁彎取直形成的牛軛湖，在第四章“地貌”第一節“常見地貌類型”中，用呼倫貝爾高原一處裁彎取直的河曲解釋牛軛湖的形成。為促進學生知行合一、理論聯系實際，使用學生身邊的現實案例能有效地促進學生對河流發育、河流裁彎取直、河流凹凸岸、等高線判讀等知識點的理解。

三、射洪市鄉土地理資源概況

筆者在2020 年路過射洪市的旅行中，發現當地最為突出的鄉土地理資源便是縣城附近的離堆山與古河道組合地貌。射洪市全境以丘陵山區為主，因此將該離堆山與古河道組合地貌襯托得很明顯。其在古河道分類中，屬于典型的地面古河道。先期由于嘉陵江裁彎取直形成牛軛湖，后期牛軛湖因泥沙沉積消亡，最終演變成了現在的古河道平原。原河曲環繞的山地因裁彎取直與西邊的山體分開，變成了離堆山。

四、使用GIS軟件加工鄉土地理資源的流程

第一步，下載所需數據并添加到GIS 軟件中。免費獲取遙感影像的渠道較多，例如可以安裝并注冊水經注萬能地圖下載器或者圖新地球等軟件。在此以使用水經注萬能地圖下載器下載遙感影像為例：點擊軟件首頁的“下載”按鈕，在彈出的下拉列表中選擇框選范圍（此時光標會由手形變為十字形），圈好所需要的區域，頁面會自動顯示“雙擊下載，右擊刪除”提示語，雙擊后會彈出“新建任務”提示框，然后更改存儲地址選項，并根據自身需要選擇合適的影像級別（級別越高，圖像空間分辨率越大，地理事物展現得越清晰，但相應的數據量越大），設置好后點擊“確認”按鈕即可。射洪市DEM 數字高程數據來自地理空間數據云網站（網址為“www.gscloud.cn”）。在地理空間數據云網站進行注冊登錄后，就可以免費下載DEM 數字高程數據。依次點擊首頁“高級檢索”按鈕、“數據集”選項，在彈出的列表中點擊“DEM 數字高程數據”選項，在彈出的下拉列表中選擇“GDEMV2 30M 分辨率數字高程數據”，然后點“確認”；在“空間位置”選項中選擇“行政區”作為逐級檢索條件，選中射洪市；點擊“檢索”按鈕，系統會自動展示出相關數據及數據所覆蓋的范圍，只需選擇所需要的區域即可；最后將下載的兩個文件添加到GIS軟件當中。數據如圖1 所示，左邊為射洪市遙感影像，右邊為射洪市DEM 數字高程數據，這可視為初級鄉土地理素材。

第二步，裁剪所需的DEM 數字高程數據。如圖1 所示，由于射洪市的離堆山與古河道組合地貌面積巨大，形狀十分典型，且位于縣城附近，因此在DEM 數字高程圖中十分明顯，很容易確定其范圍。單擊目錄界面，在第一步原數據所在的文件夾中新建一個矩形shapefile 文件，確定后新建的文件會自動出現在圖層列表中，此時在編輯器中點擊“開始編輯”按鈕，圍繞需要的范圍圈出一個長方形，并保存編輯，這個長方形即作為裁剪區域，即圖1 右邊中部的黑框。打開ArcToolbox 工具箱，依次點擊“數據管理工具”“柵格”“柵格處理”“裁剪”，在彈出的裁剪對話框中按照提示填好內容，點擊“確定”就將需要的部分裁剪出來了，其余大部分DEM 數據將不再使用。這樣做的好處是有利于后續等高線的提取，且數據量的縮小也有利于提升軟件處理速度。

第三步，提取離堆山與古河道組合地貌的等高線。該步驟是最困難的環節，問題的關鍵在于要考慮等高線的等高距取值多少才能將離堆山與古河道的地形地貌最佳地凸顯出來。為了一次性操作成功，避免反復提取卻達不到理想效果從而造成數據冗余等問題，前期的反復試驗是十分必要的。首先要了解該區域的地形起伏情況，在圖層列表中雙擊裁剪出的DEM 數據圖層，根據彈出的圖層屬性對話框可知所需區域的高程處于284米至538 米區間（如圖2 所示），高程差為254 米。然后，在符號系統選項卡中選擇“已分類”選項，類別表示把地形分為多少層，單擊“分類”按鈕，彈出分類對話框，在分類方法下拉列表中有“相等間隔”“定義的間隔”“手動”“自然間斷點分級法”“標準差”“分位數”“幾何間隔”等7 種分類方法。由于學生經常接觸的等高線地形圖的高程差是相等的，因此采用“相等間隔”作為分類方法。分類方法確定之后，唯一需要反復試驗的就是把地形分為多少層。層數越多，等高線越密集，地形起伏被刻畫得越詳細。如圖2 所示，在分別測試過8、9、10、11 個層次之后，確定10 個層次生成的等高線能更好地展示出離堆山與古河道的地形地貌，此時等高線的高差為254 米除以10，也就是25.4 米。打開ArcToolbox 工具箱，依次點擊“Spatial Analyst工具”“表面分析”“等值線”，在彈出的等值線對話框中按照提示填好內容，即可生成想要的等高線。此時生成的等高線會與分層設色地形圖自動疊加在一起，效果如圖2 中間地圖所示，10 個層次也在海拔高程中展示了出來。

第四步，等高線的后續簡化與出圖。如圖2 所示，中間地圖中的黑色矩形圈出了一些具有代表性的零散等高線，出于教學效果考慮，刪除零散的等高線有利于減少學生在判讀時受到的干擾，從而有利于學生對整體地形地貌的把握，同時在本質上也不會對真實地形起伏的表示造成多大影響。處理好等高線之后，便可以導出地圖了。單擊“文件”菜單中的“導出地圖”按鈕，進行地圖的導出。在圖層列表中，只要改變圖層順序或使得某些圖層不可見，便能輕松獲得等高線與分層設色地形圖疊加、單獨的黑白等高線、等高線與遙感影像疊加等效果。圖3 左邊是學生常見的黑白等高線地形圖，右邊是與遙感影像疊加在一起的等高線地形圖。后期可用WPS、Word 等軟件圈出古河道大致范圍，并標上一些等高線的數值，這樣便能得到最終的鄉土地理素材。

圖3 最終效果圖

五、課堂效果檢測

為了檢測實際課堂效果，筆者委托四川省劍門關高級中學一線地理科目教師于2021 年3 月8 日在初中地理課堂上進行了試驗，試驗對象為兩個初一班級。教師以“觀察有趣的地理現象”進行導入，將圖1、圖2、圖3依次展現。現總結如下：

教師方面：1.經GIS 軟件加工過的鄉土地理資源在教學中比沒加工過的更好用。實踐表明，加工過的鄉土地理資源有利于展示出教師所想要表達的重點，降低了教師講授相關知識點的難度，提高了教學質量。2.有利于呈現難度遞進的知識點。學生通過教師板畫掌握河流的凹凸岸知識點后，再去理解河流裁彎取直現象就容易許多，從而將這兩個知識點聯系在一起。

學生方面：在課堂中，起初學生看不懂圖1，無法識別衛星地圖中綠色的植被與白色的建筑物，更無法分辨出地形起伏，出現厭學情緒，但當圖2 出現時，學生反應明顯強烈，興趣開始恢復，先根據閉合等高線識別出離堆山，后識別出河谷。當圖3 出現時，學生立刻就懂了，個別學生開始驚訝于河流強大的侵蝕作用對地形地貌的塑造，發現古河道平原有很多城市建筑設施。

結論：試驗結果與預想的結果相符。這些知識點大都屬于高中地理內容，初中階段雖有涉及，但不是重點。初中生在接觸經過加工的鄉土地理資源時，學習難度明顯降低，教師也能獲得想要的課堂效果。

六、結束語

新課標倡導注重生活中的地理，同時還強調開展地理觀測、地理考察、地理實驗、地理調查和地理專題研究等實踐活動。本文以離堆山與古河道組合地貌為例，講述了如何使用GIS 軟件提取等高線，制作分層設色地形圖，并強調了其中的重難點流程，從而實現對鄉土地理資源的精加工。課堂實際檢驗證明，利用GIS 軟件加工鄉土地理資源并將成果應用于教學能夠取得良好效果，實現讓學生在教室內便能進行鄉土地理考察，最終達到提高鄉土地理資源使用效率的目的。