高中地理课堂中尺度效应的应用

黄晓华

尺度是中学地理课程中的核心概念，尺度思想是透过尺度的透镜，观察和理解地理现象、分析和解决地理问题的地理思想，包括尺度划分、尺度匹配、尺度关联、尺度效应、尺度选择和尺度推绎等。尺度效应是指当改变尺度观察地理现象和分析地理问题时结果随之发生变化的现象。在应用和发展地理技术，探索地理环境变化过程与规律，揭示重大地理环境变化事件的机理，服务于区域的可持续发展等国内外科研领域中尺度效应思想比较重要，在培养学生的地理核心素养方面尺度效应思想也发挥了重要作用。

一、自然地理教学中的尺度效应

案例1 人教版地理必修1第一章第二节《太阳对地球的影响》中关于太阳黑子数变化周期等内容教材介绍较少。所以，笔者在课堂上适当补充介绍现代自然地理科学发展中较新的研究方法，如通过EMD软件将太阳活动包含的各个时间尺度上的变化分量很好地分离出来，图1是百年尺度太阳黑子数变化多尺度分析结果，表1中IMF5显示11年平均周期方差贡献率最大达到74.91%。

案例2 《全球气候变化》中的气候变化是大气状态长期变化的一种反应，主要表现为不同时间尺度的冷暖和干湿变化，关于近现代气候多尺度变化与年代际重大事件的归因及预估等相关内容教材介绍较少。过去数千年的气候变化是最近数十年人类活动影响加强情况下全球气候变化的自然背景，其变化规律和驱动机制的研究对预测未来气候变化有着重要意义。所以，笔者适当补充介绍国内外科研领域的相关研究进展，提高学生的学习兴趣。图2中的signal是学者Moberg等重建的北半球气温资料，其尺度达到千年之久。学者们用EMD软件对资料进行逐级分解，得到了趋势分量RES和7个IMF分量。表2是千年尺度北半球重建气温变化的IMF分量的方差贡献率。通过EMD软件分解出了准11年、准22年、准43年、准86年、准247年、准914年这些平均周期基本对应了太阳活动的11年（太阳黑子活动周期）、22年（太阳黑子活动双周期）、一个世纪活动周期、两个世纪活动周期和一千年活动周期。

表2中IMF7显示，北半球气温变化该分量的方差贡献率最大，为36.86%，说明914年作为准周期是主周期。此外，表2中IMF1、IMF2、IMF3、IMF4和IMF5分量表示的北半球气温年际变化和年代际变化周期贡献率之和达到53.83%，说明北半球在过去的2000年中温度变化是以近千年周期、年代际变化和年际变化为主。从图2的千年尺度北半球重建气温变化的IMF7分量可以看出，北半球在过去的近两千年中，存在着中世纪暖期（波动幅度较小）、小冰期（气温振荡幅度相对较大）及20世纪的现代增暖过程。

一个地方气候的形成和全球气候变化研究领域中，想要得到较为准确的结论，离不开合适的时间尺度的择取。如果想要研究天气变化、地表径流等地理现象，一般选择几天至几个季度尺度为宜，如果想要研究冰期、生物种类的分布等，一般选择几千年至几十万年的尺度。

二、人文地理教学中的尺度效应

案例3 人教版地理必修2第五章第一節《交通运输方式和布局》中从空间尺度角度分析交通运输方式和布局，关于地理区位条件和影响意义相关内容介绍较少。世界那么大，有着山水情怀的地理教师想带学生一起去看看，所以，笔者尝试基于案例整合在空间尺度上进行师生、生生间互动体验式教学。

教师：从图1和图2中可以观察和分析出哪些信息呢？思考哪些自然因素会影响公路选线？人类如何充分利用有利的自然因素，避开不利的自然因素？影响山区聚落分布的自然因素有哪些？这些因素又是如何影响公路线走向的？讨论分析影响我国东、西部地区高速公路路网密度差异的主要因素有哪些？

学生讨论回答：从大尺度（图1）看，雅西高速位于我国西部山地，是京昆高速一部分;从中尺度（图2）看，雅西高速位于四川省西南部，沿线附近矿产资源丰富但地形崎岖，少数民族和贫困人口较多。

教师：结合资料讨论分析雅西高速选择建设拖乌山菩萨岗隧道，而不选择与108国道一同翻山原因可能有哪些？（雅安老司机感受：原来108国道从雅安到西昌需要10小时左右，而且沿途部分路段行车非常危险，只能龟行108国道，由于路况差，经常会堵车，时间会更长，雅西高速开通后，从雅安到西昌不到5小时，太方便了！）

教师总结。从以上分析可以看出，与平原相比较，山地地形崎岖、地势起伏大，对交通运输方式的选择、交通运输线路的分布和延伸方向有较大的影响，所以大尺度上应着眼于自然条件，如地形对交通运输方式和布局的影响。一般山区通常优先选择成本较低、难度较小的公路，其次才是铁路。在山区，人们通常会把线路选在地势相对和缓的山间盆地或河谷地，并沿等高线呈“之”字形弯曲。中尺度应着眼于当地矿产资源、旅游资源、人口分布等社会经济条件对交通运输方式布局的影响，尽管有不同类型的交通运输线和点，但是它们的布局都要受到自然、社会经济、技术等因素的影响。雅西高速设计走向可以将沿线地区的资源优势转变为经济优势，当地居民称为“致富之路”;缓解交通压力，合理布局路网，被称为“通达之路”;加强了与我国西南、华北和东部发达地区，东南亚，南亚等“一带一路”国家或地区的联系，被称为“沟通之路”。

通过在大、小空间尺度之间作相互转换，能够引导学生深入了解地理现象和过程。通过尺度效应对人教版必修1第四章第二节山地对交通运输的影响和必修2第五章第一节交通运输方式和布局等相关知识点进行教材重组和整合，培养学生的地理综合思维核心素养。

三、人地协调观教学中的尺度效应

人地协调观素养培养是地理教学的核心理念，不同尺度下人类活动对地理环境的影响是不同的。小尺度下，人类在局部地区可以彻底改变地表景观，表现出“人定胜天”的气势，但在大尺度背景下，人类在自然面前则显得渺小，违背自然规律的活动会受到自然的惩罚。所以，面对全球尺度的局部改善但整体恶化的生态破坏、资源短缺和环境污染等现状，人类应该深入思考如何与地理环境建立友好、和谐的伙伴关系。