GIS專 業(yè) 《地 圖 學(xué)》教 學(xué) 研 究

陳華軍 蔡永香 劉學(xué)鋒

（長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 地理信息系，湖北 荊州 434023）

GIS專 業(yè) 《地 圖 學(xué)》教 學(xué) 研 究

陳華軍 蔡永香 劉學(xué)鋒

（長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 地理信息系，湖北 荊州 434023）

《地圖學(xué)》是GIS專業(yè)一門重要的核心課程，是GIS技術(shù)的基礎(chǔ)。本文介紹了《地圖學(xué)》和GIS技術(shù)之間的關(guān)系，并以長江大學(xué)的GIS專業(yè)《地圖學(xué)》教學(xué)為例，詳細介紹了地圖學(xué)教育中的教材選擇、教學(xué)內(nèi)容選取及實驗設(shè)置，探討了如何加強新時代《地圖學(xué)》課程的建設(shè)。

GIS專業(yè) 《地圖學(xué)》 GIS技術(shù) 地圖學(xué)教育

一、引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）是采集、存儲、管理、分析和描述地理信息的空間信息系統(tǒng)。GIS誕生于20世紀60年代，隨著人們對資源、環(huán)境和災(zāi)害防治等問題的日益關(guān)注，其在短短五十年的時間里得到蓬勃發(fā)展，從一開始僅在地學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用到現(xiàn)今幾乎深入社會生活的各個領(lǐng)域。GIS的迅速發(fā)展，帶動了大量相關(guān)人才的需求，對GIS教育提出了更高的要求［1］。

GIS涉及計算機、測繪、管理等多學(xué)科，從理論和技術(shù)方法上，可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加工處理和應(yīng)用等多個分支，《地圖學(xué)》是其最重要的理論與方法支撐。GIS是《地圖學(xué)》在計算機技術(shù)支持下發(fā)展的產(chǎn)物，《地圖學(xué)》與GIS一樣，都以空間地理信息為操作和表現(xiàn)對象，其相關(guān)理論、原理和技術(shù)方法等在GIS中的地理信息加工處理、可視化表達、分析應(yīng)用等方面都得到充分體現(xiàn)［2］。

《地圖學(xué)》是使用圖形及符號模型系統(tǒng)再現(xiàn)客觀實體，反映和研究自然與社會現(xiàn)象的空間分布、變化、組合和相互聯(lián)系及其空間變化規(guī)律的科學(xué)。地圖是一種特定而又十分重要的空間信息描述及計算機表示信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)與來源，為以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與空間和地理分布的數(shù)字地球系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)與真實的圖形和相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。因為地球是人類賴以生存的基礎(chǔ)，所以《地圖學(xué)》是與人類的生存、發(fā)展和進步密切關(guān)聯(lián)的一門信息技術(shù)學(xué)科。知識經(jīng)濟時代，知識的更新日益加快，《地圖學(xué)》的基本理論和應(yīng)用技術(shù)也飛速發(fā)展［3］。

《地圖學(xué)》既是一門具有悠久歷史的傳統(tǒng)科學(xué)，又是一門隨現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展而迅速發(fā)展的學(xué)科。如何在教學(xué)中幫助學(xué)生牢固地掌握本學(xué)科的基礎(chǔ)知識，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展變化，一直是《地圖學(xué)》教育領(lǐng)域中最關(guān)注的問題。在整個世界都已經(jīng)信息化的今天，不同專業(yè)的學(xué)生學(xué)好《地圖學(xué)》是非常重要的。下面筆者以GIS專業(yè)為例，談一談《地圖學(xué)》教學(xué)。

長江大學(xué)是一所湖北省重點支持的綜合性大學(xué)。GIS專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，具備地理信息系統(tǒng)與地圖學(xué)的基本知識、基本理論、基本技能，熟練應(yīng)用計算機的能力，具有創(chuàng)業(yè)精神和創(chuàng)新能力的高級專門人才。根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)的目標，《地圖學(xué)》作為本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，對于實現(xiàn)上述專業(yè)培養(yǎng)目標具有舉足輕重的作用。通過對本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握地圖學(xué)的基本知識、基本理論和地圖各要素的表示方法，理解并掌握普通地圖（特別是地形圖）的閱讀及量算，專題地圖的編制、分析及應(yīng)用，了解現(xiàn)代地圖制圖的新技術(shù)、新方法，為后續(xù)《地理信息系統(tǒng)原理》、《地圖編繪與設(shè)計》、《地圖分析》、《電子地圖學(xué)》等課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

二、精選優(yōu)秀教材

由于《地圖學(xué)》課程理論較深，涉及知識面廣，學(xué)習(xí)該門課程要求基礎(chǔ)知識較豐富，而該課程學(xué)時數(shù)又相對較少，因此教師針對專業(yè)特點，選擇合適的教材并合理安排教學(xué)內(nèi)容顯得十分重要。目前有關(guān)《地圖學(xué)》的教材版本很多，側(cè)重點各有不同。按照長江大學(xué)教材選用管理規(guī)定，優(yōu)先選用教育部推薦教材和國內(nèi)具有影響力的優(yōu)秀教材。2001-2006年，我們選用蔡孟裔等編著的由高等教育出版社于2000年出版的 《新編地圖學(xué)教程》（面向21世紀課程教材）；2007-2009，年我們選用由武漢大學(xué)出版社于2004年出版的祝國瑞主編的《地圖學(xué)》（高等學(xué)校測繪工程專業(yè)核心教材）；根據(jù)我校GIS專業(yè)培養(yǎng)計劃的修改，最近幾年我們選用由科學(xué)出版社于2006年出版的王家耀等編著的 《地圖學(xué)原理與方法》（21世紀高等院校教材）。這本書系統(tǒng)、完整地介紹了地圖學(xué)的原理和方法，包括地圖和地圖學(xué)的基本特征、定義、基本內(nèi)容、學(xué)科體系、發(fā)展歷史與趨勢，地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，地圖內(nèi)容表示方法與制圖綜合，現(xiàn)代地圖制圖的技術(shù)方法，地圖分析與應(yīng)用等［4］。這本書強調(diào)原理與方法相結(jié)合、理論與實際相結(jié)合、經(jīng)典與現(xiàn)代相結(jié)合，內(nèi)容的可讀性、客觀性很強。經(jīng)過試用，本書十分符合制訂的教學(xué)計劃，教學(xué)效果良好。

一本教材肯定不可能達到最理想的教學(xué)效果，為了彌補教材的局限性，我們在教學(xué)過程中采用了由武漢大學(xué)出版社于2004年出版的祝國瑞主編的《地圖學(xué)》作為主要參考教材。該書系統(tǒng)地介紹了地圖學(xué)領(lǐng)域的理論、技術(shù)和方法，包括地圖的基本知識、地圖投影、地圖數(shù)據(jù)、地圖符號設(shè)計、圖形設(shè)計、制圖綜合、制圖數(shù)學(xué)模型、地圖編輯設(shè)計、地圖制圖工藝、地圖出版印刷及地圖分析應(yīng)用等［5］，是一本為測繪工程專業(yè)編寫的核心教材。該教材在某些知識的講解上具有獨到之處，十分適合作為補充教材。

三、教學(xué)內(nèi)容安排

如何在選定教材的基礎(chǔ)上做好教學(xué)內(nèi)容的安排是十分重要的一件事。《地圖學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容主要包括理論地圖學(xué)、地圖制圖學(xué)和應(yīng)用地圖學(xué)三部分。針對GIS專業(yè)的特點，應(yīng)將教學(xué)目標與新技術(shù)的進步結(jié)合起來，以現(xiàn)代的內(nèi)容對傳統(tǒng)的內(nèi)容加以拓寬及調(diào)整刪減，將新內(nèi)容、新技術(shù)與傳統(tǒng)內(nèi)容有機結(jié)合，把傳統(tǒng)內(nèi)容轉(zhuǎn)化到現(xiàn)代內(nèi)容中。

在長期的教學(xué)過程中,我們總結(jié)以前的經(jīng)驗，對《地圖學(xué)》課程內(nèi)容采用模塊化的組織方法，共劃分為六大知識模塊。每個模塊具有相對的獨立性。知識點是教材的重點或難點，也是教學(xué)大綱要求理解、應(yīng)用的知識單元，根據(jù)知識單元的多少與掌握的難易程度，確定相應(yīng)的授課學(xué)時。下面對各知識模塊做詳細說明。

知識模塊一：地圖與地圖學(xué)的基礎(chǔ)知識，這一模塊的講授共用八學(xué)時。主要知識點包括：地圖的概念、地圖的類型、地圖的基本內(nèi)容、地圖的分幅與編號、地圖的基本功能能和用途、地圖學(xué)的歷史與發(fā)展、地圖學(xué)的學(xué)科體系構(gòu)成、地圖學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系、地圖學(xué)的發(fā)展趨勢等。

知識模塊二：地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，這一模塊的講授共用八學(xué)時。主要知識點包括：地球體的自然表面、物理表面、數(shù)學(xué)表面的概念及它們之間的關(guān)系、地球坐標系與大地定位、地圖投影的基本概念、比例尺的概念、變形橢圓的概念、投影變形的基本公式、地圖投影的分類、幾類常見的地圖投影的特點、地圖投影的應(yīng)用與變換等。

知識模塊三：地圖內(nèi)容要素的表示方法，這一模塊的講授共用十八學(xué)時。主要知識點包括：地圖數(shù)據(jù)、地圖符號的分類、基本圖形變量、地圖符號設(shè)計、地圖圖形設(shè)計、地圖色彩設(shè)計、地圖注記、普通地圖內(nèi)容表示方法、專題地圖內(nèi)容的表示方法等。

知識模塊四：制圖綜合，這一模塊的講授共用四學(xué)時。主要知識點包括：制圖綜合的基本概念、影響制圖綜合的基本因素、制圖綜合方法、制圖綜合的基本規(guī)律、地圖要素的制圖綜合、制圖數(shù)學(xué)模型等。

知識模塊五：現(xiàn)代地圖制圖技術(shù)，這一模塊的講授共用四學(xué)時。主要知識點包括：數(shù)字地圖的概念、分類與產(chǎn)品、數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地圖數(shù)據(jù)庫、地形圖數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)生產(chǎn)、多媒體電子地圖與互聯(lián)網(wǎng)地圖、遙感制圖等。

知識模塊六：地圖分析與應(yīng)用，這一模塊的講授共用六學(xué)時。主要知識點包括：地圖分析方法、地形圖的野外應(yīng)用、地圖的專題應(yīng)用等。

制圖綜合和地圖分析與應(yīng)用兩個模塊所安排學(xué)時不多，是因為在教完《地圖學(xué)》后，我們還安排有《地圖編繪與設(shè)計》和《地圖分析與應(yīng)用》兩門專業(yè)課，作為對地圖學(xué)所講內(nèi)容的重要補充，以提高學(xué)生在《地圖學(xué)》領(lǐng)域的知識水平。

四、實踐教學(xué)設(shè)置

地圖學(xué)課程是地理信息、測繪和遙感等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的教學(xué)內(nèi)容緊湊、理論知識集成度高、實踐操作性強。為了培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)綜合分析能力，全面提高學(xué)生素質(zhì)，本課程安排了八學(xué)時的實驗和為期兩周的課程設(shè)計實習(xí)，實驗安排在理論教學(xué)中穿插進行，課程設(shè)計安排在理論教學(xué)結(jié)束后集中實習(xí)。

地圖學(xué)實驗的主要目的是鞏固相關(guān)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。具體內(nèi)容如下：

地圖投影：通過繪制某區(qū)域的經(jīng)緯網(wǎng)與方里網(wǎng)，加深有關(guān)高斯－克呂格投影的知識；根據(jù)經(jīng)緯網(wǎng)的特點判斷各地圖投影的性質(zhì)。

地圖符號的設(shè)計與使用：通過設(shè)計制作柵格、矢量的點狀符號，設(shè)計制作線狀、面狀符號，學(xué)會常見繪圖軟件中地圖符號的設(shè)計方法，并利用多種方法設(shè)計不同類型的符號。

地圖矢量化：基于屏幕矢量化普通地圖的部分要素，通過對地圖部分要素的矢量化，了解從紙質(zhì)圖形轉(zhuǎn)化為計算機數(shù)字圖形的基本過程，掌握數(shù)字地圖制圖軟件中地圖數(shù)據(jù)數(shù)字化輸入的處理方法。

設(shè)計制作專題地圖：基于ArcGIS或Mapinfo軟件，設(shè)計制作表示面裝地理信息的各種專題地圖。通過專題地圖的設(shè)計與制作，掌握表示面狀地理信息的主要方法，學(xué)會在制圖軟件支持下獨立地開展專題地圖設(shè)計與制作。

課程設(shè)計內(nèi)容包括：編制各種類型的專題地圖，對全國人口分布、構(gòu)成及演變進行分析；設(shè)計和編繪一幅電子地圖。課程設(shè)計主要是結(jié)合實例，對地圖學(xué)基本理論和方法進行綜合運用。

上述實踐教學(xué)，提高了本科生解決問題和綜合分析的能力，使學(xué)生對地圖學(xué)知識的掌握提到了一個新的高度。

五、結(jié)語

近幾年，隨著地圖學(xué)的理論、方法和技術(shù)迅速發(fā)展，《地圖學(xué)》的課程內(nèi)容和教學(xué)方法需要不斷改革與更新。筆者在分析地圖學(xué)與GIS之間關(guān)系的基礎(chǔ)之上，主要介紹了長江大學(xué)GIS專業(yè)《地圖學(xué)》課程所涉及的教材的使用、教學(xué)內(nèi)容的安排、實踐的設(shè)置等內(nèi)容，以供相關(guān)專業(yè)的《地圖學(xué)》課程教學(xué)參考。在長期的教學(xué)與研究實踐中，筆者感到在當今信息化的時代，地圖在地理信息的傳輸與應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重的作用。計算機技術(shù)與地圖制圖軟件技術(shù)的快速發(fā)展，使得地圖制作的方法和手段越來越簡便，但是要制作出好的地圖，地圖學(xué)的基本理論和方法仍顯得尤為重要［1］，因此在地圖學(xué)的教學(xué)中，一定要緊抓地圖學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法，做到讓學(xué)生精通基礎(chǔ)，掌握應(yīng)用、了解發(fā)展，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展、符合用人單位需求的優(yōu)秀學(xué)生，為祖國的建設(shè)作貢獻。

［1］徐京華.GIS時代的高校特色地圖學(xué)教育［J］.北京:測繪通報，2010（8）:70-73.

［2］張宏敏，倪紅梅.高等院校不同專業(yè)地圖學(xué)課程教學(xué)改革探討［J］.平頂山:河南城建學(xué)院學(xué)報，2009（4）:78-79.

［3］田雨.地圖學(xué)課程實驗教學(xué)設(shè)計與實踐［J］.天津:實驗室科學(xué)，2008（5）:39-42.

［4］王家耀.地圖學(xué)原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［5］祝國瑞.地圖學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2004.

湖北省教學(xué)研究項目（2012257）。