信息化時代下地圖學教學內容與教學模式探索

劉憲鋒 任志遠 馬耀峰

(陜西師范大學地理科學與旅游學院， 陜西 西安 710119)

0 引 言

地圖學是以地圖的信息傳遞為主線，研究地圖的理論方法、地圖制圖和地圖應用的綜合性學科[1]，具有涵蓋知識點多、理論體系趨于穩(wěn)定、實踐性強等特點[2].地圖學作為專門研究地圖的一門學科，是地理學、測繪學、遙感及地理信息科學等專業(yè)的基礎課、必修課，在地球科學專業(yè)人才培養(yǎng)中始終居于重要地位[3].地圖作為地圖學的研究對象，不僅是地理空間信息的載體和傳輸工具，而且是人類空間認知能力的圖形化表達[1].信息化時代下地圖已從傳統(tǒng)的知識獲取和傳遞作用逐步成為國民經濟建設不可或缺的重要組成部分.當前地圖學課程注重理論知識的教學，缺乏關于地圖最新的實踐應用和發(fā)展的教學內容和教學形式，導致學生學習目標不明確，學習主觀能動性和實踐動手能力不強，雖然對地圖學理論知識掌握較多，但理論知識與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)，造成學生對地圖學知識的掌握缺乏系統(tǒng)認識[4].隨著數(shù)字制圖技術的發(fā)展和應用，以傳統(tǒng)手工制圖為主的地圖學教學內容已不再適應學科發(fā)展的現(xiàn)實[5]，特別是大數(shù)據(jù)現(xiàn)象的出現(xiàn)對地圖學課程的發(fā)展帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)[6].因此信息化時代地圖學教學內容和教學模式如何調整是亟待解決的問題.

針對地圖新品種、新技術的問世和迅速普及[7]，信息時代下地圖學要更多地引入與現(xiàn)代地圖學有關的新理論、新技術、新產品、新成果，使地圖學的教學內容和教學方式不斷向前發(fā)展[8].雖然已有大量學者針對信息時代地圖學教學內容和教學模式提出了教學思考和改革方案[1，3-7]，然而不同學者均是結合自身教學實踐，揭示教學過程中發(fā)現(xiàn)的不足，并提出教學和實習改革措施.應注意的是，不同高校由于課程內容設置差異和專業(yè)側重不同，所呈現(xiàn)出來的問題也會有所不同，因此教學改革中應該采用個性化和針對性的改革方案.

基于上述認識，本文結合陜西師范大學的地圖學教學經歷和已有研究成果的梳理，對當前地圖學課程教學內容和教學模式中存在問題進行分析，探索信息化時代下地圖學教學內容和教學模式應有的調整，為學生更好地學習和應用地圖學提供參考依據(jù)，最終推進地圖學課程的教學改革和整體教學水平的提高.

1 地圖學課程教學內容和教學模式中存在的問題

1.1 教學內容存在問題分析

一是教學內容偏重理論.與以往研究類似[9]，筆者所在高校地圖學教學中，理論教學占用時間多、實踐教學花費時間少，由于理論教學相對枯燥，導致學生難以形成濃厚的專業(yè)學習興趣.雖然上課過程中穿插了少量的實踐內容，但多是以多媒體形式演示，學生實際動手操作較少，造成學生的動手能力與實踐能力欠缺.以地圖投影部分為例，理論和實踐教學的脫節(jié)導致學生在后期數(shù)據(jù)處理和地圖制作過程中難以解決出現(xiàn)的地圖投影問題，阻礙了理論知識的轉化應用.

二是教學內容更新不足.當前教學內容仍以傳統(tǒng)教材為主體，著重講授地圖學的基礎理論和傳統(tǒng)地圖制作方法.隨著大數(shù)據(jù)的到來和GIS技術的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)地圖學教學內容已無法適應信息時代下地圖制圖的要求[10]，如傳統(tǒng)紙質地圖制圖方法及工藝過程已逐漸被數(shù)字制圖新理論、新技術和新方法所取代.因此在教學內容上應及時做出更新和調整，引入和補充數(shù)字地圖的相關理論和制圖流程，并將最新的地圖制印和工藝流程納入課堂教學中，為后續(xù)實習做好準備.

三是教學內容與相關學科銜接不足.地圖學基本知識與基本技能是地理學及相關學科的基石[11]，在各專業(yè)教學計劃中都有體現(xiàn).目前地圖學以獨立課程形式出現(xiàn)，沒有考慮各課程的前后銜接及技能的培養(yǎng)，以松散方式組織地圖學應用知識教學，存在教學內容分散、重復等不足[8].同時，地圖學的教學中僅簡單區(qū)分了地圖學和地理信息系統(tǒng)的異同點，而沒有真正將兩者融合，不利于地圖學知識的系統(tǒng)教學，且難以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力.

四是地圖學教材的現(xiàn)勢性不足.目前仍采用十幾年前的教材進行教學，書本內容已與現(xiàn)實嚴重脫節(jié)，導致學生花費大量時間去學習當前無法用到的知識，不利于學生的進一步發(fā)展.因此，日新月異的地圖制圖新技術和新方法要求地圖學教學應及時更新教材，作為教師也應及時吸納專業(yè)領域的新知識和新理念，并融入到課堂教學中，以真正實現(xiàn)地圖教學內容的不斷更新.

1.2 教學模式存在問題分析

一是課堂教學環(huán)節(jié)中的不足.信息時代背景下，當前地圖學教學依然延續(xù)傳統(tǒng)的教學方法，地圖投影、地圖符號、地圖概括等內容構成了地圖學教學的基本理論.雖然使用了多媒體投影教學，但只局限于對理論知識的介紹，對常用制圖軟件鮮有涉及，對于新理論、新技術等新趨勢體現(xiàn)不足.例如，地圖符號理論學習之后，教師采用CorelDraw、ArcGIS等繪圖或制圖軟件進行地圖符號演示，學生也只是通過簡單的符號設計進行實習，這樣的實驗導致學生既不知道要設計哪些符號，也不了解為什么要設計這些符號，只是完成老師的實習要求，內容枯燥乏味，無法提高學生的興趣和參與的積極性.因此，這種“重理論、輕實踐， 重知識、輕能力”的實踐教學模式很難培養(yǎng)學生的動手能力和分析、解決問題的能力，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)也更是無從談起.

二是野外實習環(huán)節(jié)中的不足.當前地圖學實習仍然沿用之前的地形圖野外讀圖和應用的實習內容，難以適應信息時代背景下地圖學發(fā)展的新要求，且在實習過程中存在以下幾方面的不足：一是地形圖內容陳舊，與實際地理情況差異較大，不利于學生進行讀圖和用圖；二是地圖實習內容單一，以定點和定向為主要內容，并未涉及地形圖制作和繪制的核心內容；三是實習設備更新不足，地圖實習所用軟硬件設備都是老舊的器材，跟不上軟硬件更新的步伐，缺少現(xiàn)代化設備和先進技術手段運用，學生缺少實踐操作的機會.整個地圖學實習結束后，學生最終只是提交了實習報告，學會了制圖軟件的操作，但依然對制圖的過程知之甚少，不利于學生制圖能力的提升.因此，切實可行的地圖學實習教材是提高地圖學實習教學水平和學生學習效果的重要途徑.

2 信息化時代下地圖學教學內容的調整

在地圖學中，地圖理論主要用于指導地圖制作和地圖應用，地圖數(shù)據(jù)是地圖制作和地圖顯示的核心要素，地圖顯示是地圖數(shù)據(jù)和地圖內容的空間化表達，而地圖應用則是地圖學與其他學科連接的重要通道和應用出口(圖1).信息時代背景下，眾源數(shù)據(jù)的引入、可視化方法的變革、服務范圍的深化等地圖學內容的日新月異，傳統(tǒng)地圖學教學內容面臨前所未有的挑戰(zhàn).為適應新時代背景下國家和公眾對地圖提出的新要求，地圖學教學內容應從地圖理論的系統(tǒng)化、地圖數(shù)據(jù)的多源化、地圖顯示的多樣化以及地圖服務的廣泛化等幾方面進行調整，以補充完善傳統(tǒng)地圖學教學內容中的不足.

圖1 地圖學教學內容和教學模式框圖(內環(huán)為教學內容、外環(huán)為教學模式)

2.1 地圖理論的系統(tǒng)化

地圖學是一門理論性極強的基礎學科，且相關理論體系已相對成熟.在開課之前，教師首先應對采用的教材進行講解，并對本書所有章節(jié)繪制結構圖，說明各章節(jié)之間的聯(lián)系以及各章節(jié)涉及的重要理論，以幫助學生厘清不同理論之間的脈絡關系，搭建地圖學課程的基礎理論框架，掌握系統(tǒng)化地圖基礎理論知識網(wǎng)絡.同時，建構主義學習理論強調與以往知識的關聯(lián)和承接，因此在每一章節(jié)講完之后，也應讓同學們按照自己的方式繪制知識脈絡圖，使學生最終學到的理論知識是一個完整的知識網(wǎng)絡，而不是零散分布的知識點.系統(tǒng)化的理論學習不僅容易記憶，而且對于不同部分在學科整體中的位置和作用也一目了然，提高學生對理論知識的綜合運用能力.

2.2 地圖數(shù)據(jù)的多源化

現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)教學內容中，主要講授傳統(tǒng)地圖制圖數(shù)據(jù)的獲取和空間觀測數(shù)據(jù)的獲取等幾種方式，且主要集中在野外實測成圖、數(shù)字化地圖、傳統(tǒng)攝影測量與遙感觀測等[6].隨著空間觀測技術的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，地圖數(shù)據(jù)獲取方式呈現(xiàn)多源化趨勢，如最新發(fā)展的一系列對地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)、低空無人機航拍數(shù)據(jù)，以及互聯(lián)網(wǎng)衍生出的帶有地理位置信息的眾源地理數(shù)據(jù).上述不同來源的數(shù)據(jù)不僅深刻改變了地圖數(shù)據(jù)獲取和處理方式，將地圖數(shù)據(jù)的發(fā)展帶入一個新的高度，而且在地圖數(shù)據(jù)使用方面也呈現(xiàn)出由單一數(shù)據(jù)源向多數(shù)據(jù)源融合的趨勢.因此在地圖學教學過程中應不斷更新教學內容，及時介紹新生數(shù)據(jù)源的產生和特點，以增強內容的現(xiàn)勢性.

2.3 地圖顯示的多樣化

信息化時代背景下，地圖作為一種視覺化的產品和傳輸信息的工具，從來沒有像目前這樣受到各行各業(yè)人們的關注和重視，地圖已經在人們的工作、學習、生活、交流以及經濟社會發(fā)展中起到不可或缺的重要作用[12].隨著地圖數(shù)據(jù)源的不斷豐富，地圖顯示方式也發(fā)生了前所未有的變革，即傳統(tǒng)紙質地圖已逐漸被電子地圖所替代，且地圖顯示維度已從傳統(tǒng)的二維、三維顯示、實時動態(tài)顯示等過渡到以大數(shù)據(jù)為支撐，將地圖與社會經濟各個方面相互連接的全新可視化方式，如全息位置地圖、時空大數(shù)據(jù)地圖等新圖種的出現(xiàn).因此，地圖可視化應成為地圖教學的重要內容之一，通過系統(tǒng)介紹不同地圖顯示方式的原理和實現(xiàn)途徑，使學生了解并學會制作多樣化顯示的地圖.

2.4 地圖服務的廣泛化

傳統(tǒng)靜態(tài)地圖主要用于描述和傳遞自然和人文地理環(huán)境特征，而信息時代下的地圖已經不再局限于表達地理環(huán)境特征、實現(xiàn)科研用途等特定的領域，而是進入到了前所未有的全民位置地圖新時代.以“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的基于位置的服務無不都與地圖相關，如實時路線導航、共享單車、外賣配送等，可以說地圖的服務范圍已經深入了到社會經濟發(fā)展的各個部門.當前地圖學教學和實踐內容中仍主要以傳統(tǒng)地形圖教學為主，鮮有涉及地圖服務的最新進展的系統(tǒng)化介紹，易造成學生所學知識用不到，用到的沒學到等現(xiàn)象.因此，在教學內容改革中應補充和更新地圖在不同領域最新應用的案例學習，做好課堂理論知識與實際應用出口的銜接，提高學生對地圖的學習興趣.

3 信息化時代下地圖學教學模式的探索

地圖學作為一門技術性和實踐性都很強的學科，教學中應注重對學生技能和實踐操作等方面能力的培養(yǎng).傳統(tǒng)的老師講、學生聽的教學方式具有諸多弊端，探索學生自主學習、專題討論等靈活的教學方法非常必要.本文在傳統(tǒng)講授教學的基礎上，結合每一項內容進行了有針對性的教學方法探索.

3.1 地圖理論的實驗教學

地圖理論知識是學好地圖學的重要保障，而地圖理論知識中多會涉及空間思維，特別是地圖投影部分對學生的空間立體想象能力要求較高.因此應在傳統(tǒng)課堂講授的基礎上，增加實驗教學環(huán)節(jié)，如在地圖投影部分，制作具有展開功能的地球模型教學用具，使學生能夠看到從任意角度打開的地球模型投影后的平面地圖效果，直觀感受到地圖由曲面到平面轉換過程中發(fā)生的拉伸、壓縮、變形及其分布等特征；而在地圖符號和制圖綜合過程中，制作地圖符號模具，讓學生在填圖過程中加深對地圖符號和制圖綜合等理論知識的理解.

3.2 地圖數(shù)據(jù)的任務教學

地圖數(shù)據(jù)作為地圖的核心內容，在地圖制作和地圖分析過程中具有不可替代的作用.信息化時代下，地圖數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出多源化的趨勢，數(shù)據(jù)來源廣泛、數(shù)據(jù)種類繁多.因此在教學模式設置上要針對地圖數(shù)據(jù)的特點，采用任務教學的方式，即通過設定不同的學習目標，分組完成各類地圖數(shù)據(jù)源的采集和分析處理工作，進而課上不同小組間進行學習成果展示與交流，達到大家共同學習的目標.任務教學方式能夠充分調動學生學習興趣，學生參與感強且學習效果深刻，不僅可以掌握地圖專業(yè)知識，而且能夠提高學生解決問題的能力.

3.3 地圖顯示的演示教學

空間顯示功能是地圖學區(qū)別于其他學科的最大學科屬性，通過地圖可視化功能可以直觀展示出各類數(shù)據(jù)和信息的空間分布.信息化時代下地圖顯示方式已完全超出傳統(tǒng)的二維和三維顯示，新的概念地圖難以通過語言描述去直觀感受地圖的呈現(xiàn)方式，如全息位置地圖、時空大數(shù)據(jù)地圖等.因此在教學過程中應充分利用三維動畫、多媒體可視化設備等進行地圖新圖種的演示教學，增加學生對不同地圖圖種顯示方式的直觀認識，從中總結出地圖顯示方式的演進過程，并鼓勵學生跟蹤最新發(fā)展動態(tài)，設計富有開創(chuàng)性的電子地圖作品.

3.4 地圖應用的案例教學

地圖應用是地圖理論和地圖技術的主要出口，而案例教學可以作為聯(lián)接數(shù)字制圖理論與應用的通道，起到促進理論知識吸收、完善課程教學效果的作用.通過在案例教學中設置一些學生感興趣的問題，如美國在中國的什么方位？在具體解答過程中，學生需對所學地圖相關知識進行綜合運用，在這個過程中，地圖知識得到消化吸收，即學生對所學知識進行理解打散、重新組合、形成自己知識體系中的一部分的過程.同時，在案例教學中還要加強多門學科之間的聯(lián)系，鼓勵創(chuàng)新性思維，使學生具備寬闊的知識面，快速更新知識.

4 結 語

地圖學是一門理論性、技術性和實踐性都很強的學科，信息時代下地圖學教學需緊跟科學技術發(fā)展前沿，不斷完善教學內容，探索教學方法，以提高整體教學效果.本文從目前地圖學教學內容和教學模式中存在的不足出發(fā)，探討了信息化時代下地圖學教育內容和教學模式應該做出的調整，并就具體的教學內容和教學模式的調整提出了一些建議，以期能夠為地圖學教學改革和教學實踐提供參考.