例谈地理信息技术应用的实验课堂
摘要：本文根据2020修订版新课标的要求，设计并开展了一堂运用地理信息技术软件ArcGIS的实验课。学生通过实践操作地理信息技术的软件，完成根据真实情境设计的实验步骤，切实领悟区域水土流失过程中自然因素和人文因素的不同，学会从定量、定性两个角度评价分析地理事物的变化发展，增强了对地理信息技术应用的认识和理解，提升了地理实践力。
一、提出问题
新课标要求“在真实环境下，学生能够运用地理信息技术等地理工具，通过数据采集、实验等方式获取地理信息，结合地理基本过程，分析现实世界的一些地理现象、过程及其与人类活动的相互关系，探索和尝试解决实际问题。”[1]。但是在实际教学中，笔者发现当前地理信息技术应用教学有以下两个方面的困境：一是部分教师本身对地理信息技术应用的重视度不夠，认为高考考得少，不需要花太多时间和精力，因此教学中往往一言带过。二是教师对于地理信息技术的实验操作不熟悉，无法设计出高质量、高水平的教学实例，课堂中只能用图文形式展示地理信息技术的应用案例，与学生一起惊叹地理信息技术功能的强大。
因此，“如何开展地理信息技术应用教学”是一线地理教师的一大难题。
笔者参照2020修订版课标要求“通过探究有关自然地理问题，了解地理信息技术的应用”[1]和“以某生态脆弱区为例，说明该类地区存在的环境与发展问题，以及综合治理措施”[1]，设计了一堂实验教学课。本课以黄土高原孤山川流域为例，运用地理信息技术软件ArcGIS，借助中国土壤流失方程（ChineseSoilSoilE-quation，CSLE）计算和分析该流域土壤侵蚀强度及其分布。以期在具体的生态和环境问题的研究中，提高学生对地理信息技术的功能的理解，并培养学生的综合思维能力和地理实践力。
二、理论基础
地理环境是一个整体，各组成要素互相影响和联系，进而发生演化。因此不同的降水条件和人类活动下，土壤侵蚀量必然不同。借助地理信息技术软件的空间计算分析，运用中国土壤侵蚀模型CSLE，计算不同条件组合下的土壤侵蚀模数，然后对比分析自然和人文要素变化对于土壤侵蚀结果的影响。
本实验采用了中国土壤侵蚀模型CSLE，它是我国著名水土保持科学家在土壤侵蚀预报模型基础上，考虑中国土壤侵蚀的特征，利用中国实测和调查数据，提出了更适合我国实际情况的土壤侵蚀模型。
A=R×K×LS×B×E×T
式中，A为土壤侵蚀模数，R为降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子，LS为坡度坡长因子，B为生物措施因子、E为工程措施因子、T为耕作措施因子。该模型所用的K因子和LS因子，可以认为十年左右变化不大，但是其余几个因子每年都会有比较大变化。R因子反映自然环境的变化，B、E和T因子反映人类活动驱动下的变化。
本实验中的基础数据（如表1），是根据1997年和2006年的LandsatTM遥感影像，经专业人员解译获取了土地利用、植被覆盖度数据，并在此基础上获取B因子和T因子专题地图，利用收集到的治理措施调查表计算E因子图。并通过地理信息技术软件（例如ArcGIS，SuperMap）分析计算得到的专题地图层，分层存储，运用空间数据运算功能进行计算，结果得到土壤侵蚀专题地图和对应的统计表（如图1）。
1997年（A97=R97×K×LS×B97×E97×T97）和2006年（A06=R06×K×LS×B06×E06×T06）的土壤侵蚀模数（下标97表示1997年的数据，下标06表示2006年的数据），是运用实测基础数据，根据CSLE计算获得的孤山川流域土壤侵蚀的真实情况。
模拟土壤侵蚀模数（A97-06=R06×K×LS×B97×E97×T97，R因子使用2006年数据，BET因子使用1997年数据），是假设自然环境降水条件的变化（R因子）、人类活动变化，主要是各项水土保持措施的落实（BET因子）对于土壤侵蚀的影响。
自然组将模拟土壤侵蚀模数A97-06与A97相减，得到最终结果，结果图层中栅格大于0，即模拟侵蚀模数大于1997年土壤侵蚀模数，说明模拟A97-06使用的2006年降水因子R相比1997年的降水因子R，使得栅格内侵蚀模数增大，即自然因素（主要是降水条件）导致相应区域为土壤侵蚀增强区。反之，结果图层中栅格小于0，自然因素（主要是降水条件）导致相应区域为土壤侵蚀减弱区。
同理可知，人文组将模拟土壤侵蚀模数A97-06与A06相减，若结果图层中栅格大于0，即模拟侵蚀模数大于2006年土壤侵蚀模数，说明相同的降水条件下，模拟A97-06使用的1997年水土保持措施因子BET相较2006年的水土保持措施因子BET使栅格内侵蚀