GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

劉遠(yuǎn)剛，蔡永香，陳華軍 (長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

龍穎波 (長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020)

GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

劉遠(yuǎn)剛，蔡永香，陳華軍 (長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

龍穎波 (長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020)

針對(duì)目前GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，對(duì)該學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革探討，具體包括安排涵蓋驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的綜合性、通過開展第二課堂以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性等。教學(xué)實(shí)踐表明，采取上述改革措施后完成了預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)，取得了較好的教學(xué)效果。

地圖學(xué)；GIS；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《地圖學(xué)》作為地理信息系統(tǒng)(GIS)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，涵蓋了地理坐標(biāo)系統(tǒng)、地圖投影、地圖信息源、地圖符號(hào)、地圖綜合、地圖設(shè)計(jì)、普通地圖及專題地圖、電子地圖等理論與方法，具有多學(xué)科集成、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[1-2]。因此，需要通過配套的實(shí)驗(yàn)課程幫助學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握《地圖學(xué)》的相關(guān)理論、方法和技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。目前，《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下問題：①課時(shí)有限但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繁多；②教學(xué)內(nèi)容單一，綜合性差，不能有效將相關(guān)知識(shí)貫穿起來；③教學(xué)素材匱乏；④教學(xué)手段單一，互動(dòng)少，學(xué)生獨(dú)立思考的空間小。為此，筆者對(duì)GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革探討，以便為提高該學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量提供幫助。

1 適當(dāng)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

通過對(duì)相關(guān)高校同類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)研與分析[3-5]，結(jié)合筆者執(zhí)教學(xué)校的實(shí)際情況，對(duì)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行如下安排：①地圖投影的判別與轉(zhuǎn)換；②地圖分幅與編號(hào)；③地圖數(shù)字化；④地圖符號(hào)的設(shè)計(jì)與制作；⑤專題地圖的設(shè)計(jì)與制作；⑥地圖綜合算法實(shí)現(xiàn)；⑦電子地圖的設(shè)計(jì)與開發(fā)。其中，①②為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，③④⑤為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，⑥⑦為綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)有限，部分難度比較大、耗時(shí)比較多、需要學(xué)生自由發(fā)揮的設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以通過第二課堂的形式來完成。這樣既可解決學(xué)時(shí)不足的問題，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。因此，將①②③④作為計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)完成的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而將⑤⑥⑦作為第二課堂(課外)完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)的選擇方面，針對(duì)不同的需求選用不同的軟件平臺(tái)，對(duì)于計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)完成的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選用目前地圖制圖、GIS、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)業(yè)界的主流軟件，如ArcGIS、CoreDRAW和Visual Studio，掌握上述軟件的基本功能和操作，有利于學(xué)生將來就業(yè)和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的需要；對(duì)于第二課堂完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)學(xué)生所參加的科研活動(dòng)、專業(yè)技能大賽的實(shí)際需求選擇特定的軟件平臺(tái)。

2 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

1)地圖投影的判別與轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) 地圖投影介紹了如何將地球橢球體上的點(diǎn)轉(zhuǎn)換到平面上的點(diǎn)的理論與方法，包括投影變形、投影分類、投影公式和投影轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。地圖投影的判別與轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中提供多種不同投影下的世界地圖樣圖，學(xué)生通過應(yīng)用ArcGIS軟件瀏覽這些樣圖，判斷其分別歸屬于何種類型的投影，分析各類投影的投影變形性質(zhì)與特點(diǎn)，并選用ArcGIS軟件中的投影坐標(biāo)性轉(zhuǎn)換模塊完成常用的投影系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)換操作。通過該實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生回顧地圖投影基本概念和分類、投影變形與投影轉(zhuǎn)換等基本知識(shí)點(diǎn)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)。

2)地圖分幅與編號(hào)實(shí)驗(yàn) 按一定幅面大小將某種比例尺地圖所包含范圍內(nèi)的圖幅劃分成許多幅地圖并編注其序號(hào)的做法，稱為地圖分幅與編號(hào)。我國基本比例尺地形圖分幅編號(hào)系統(tǒng)包括新舊2套標(biāo)準(zhǔn)，是進(jìn)行地形圖編圖、印刷、保管和使用的基礎(chǔ)。由于學(xué)生通過理論課學(xué)習(xí)已經(jīng)初步掌握了新舊2套標(biāo)準(zhǔn)所涉及的8種比例尺地形圖的分幅與編號(hào)的計(jì)算公式，因而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以要求學(xué)生采用相應(yīng)計(jì)算公式計(jì)算出能全部包含其家鄉(xiāng)所在不同級(jí)別行政單元(市、縣(區(qū))、街道等)的基本比例尺地形圖的圖幅編號(hào)，并在Visual Studio中編程實(shí)現(xiàn)根據(jù)已知圖幅的經(jīng)緯度范圍計(jì)算圖幅編號(hào)、根據(jù)已知圖幅編號(hào)計(jì)算圖幅的經(jīng)緯度范圍和新舊圖幅編號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換等小程序，由此加深對(duì)地圖分幅與編號(hào)方法的理解。

3)地圖數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 地圖數(shù)字化是GIS建立空間數(shù)據(jù)的基本手段。地圖數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是在ArcGIS軟件中完成紙質(zhì)地圖的數(shù)字化工作，主要步驟如下：①確定技術(shù)路線(地圖分層);②地圖預(yù)處理；③設(shè)置數(shù)字化設(shè)備；④掃描圖像；⑤柵格圖像配準(zhǔn)；⑥分層矢量化。⑦將數(shù)字化得到的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化、圖幅整飾和輸出。該實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)耗時(shí)的機(jī)械性工作，其主要目的是讓學(xué)生掌握地圖數(shù)字化的基本流程和方法。

4)地圖符號(hào)的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn) 地圖符號(hào)是地圖的語言，對(duì)地圖符號(hào)的設(shè)計(jì)與制作是《地圖學(xué)》的基本內(nèi)容。在進(jìn)行地圖符號(hào)的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生在CoreDRAW或ArcGIS軟件的支持下設(shè)計(jì)并制作常用的點(diǎn)、線、面地圖符號(hào)，如獨(dú)立地物、建筑物、道路、鐵路、河流、湖泊、植被等表達(dá)各種地圖要素的符號(hào)，并總結(jié)不同類型符號(hào)的設(shè)計(jì)思路及視覺變量對(duì)地圖符號(hào)表達(dá)效果的影響。此外，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的符號(hào)可應(yīng)用到后續(xù)的專題地圖的設(shè)計(jì)與制作、電子地圖的設(shè)計(jì)與開發(fā)等第二課堂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。

5)專題地圖的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn) 專題地圖是指采用特殊的表示方法突出表達(dá)某一類或幾類空間地理現(xiàn)象的分布及其專題屬性特征的地圖。常用的專題地圖表示方法有10種，且隨著地圖在各行各業(yè)的大量應(yīng)用，出現(xiàn)了各種新的專題地圖表示方法。筆者所執(zhí)教學(xué)校的GIS專業(yè)具有一定的石油地質(zhì)學(xué)科背景，目前承擔(dān)的很多科研項(xiàng)目與油田勘探開發(fā)相關(guān)，這些項(xiàng)目經(jīng)常需要制作各種石油地質(zhì)專題地圖，如地質(zhì)構(gòu)造分布圖、油氣資源分布圖、井位分布圖、連井剖面圖、地質(zhì)柱狀圖等。因此，可將該實(shí)驗(yàn)與相關(guān)科研項(xiàng)目中石油地質(zhì)專題地圖制圖的需求相結(jié)合，讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下運(yùn)用各種專題地圖制圖軟件設(shè)計(jì)和制作各種全新的專題地圖，這樣既能促進(jìn)教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合，又能進(jìn)一步豐富教學(xué)素材。

6)地圖綜合算法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn) 地圖綜合是《地圖學(xué)》課程中的教學(xué)難點(diǎn)，理論課中僅僅介紹其基本概念和操作算子的定義，很少介紹相關(guān)算法的具體實(shí)現(xiàn)，這樣不利于學(xué)生今后在相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。由于目前地圖綜合中與選取、化簡相關(guān)的算法已經(jīng)比較成熟，因而在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可將相關(guān)算法推薦給學(xué)生，要求學(xué)生通過查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)，深入了解算法的設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)流程，并在Visual Studio中選擇感興趣的算法加以實(shí)現(xiàn)，由此更深刻地理解相應(yīng)的理論概念。

7)電子地圖的設(shè)計(jì)與開發(fā) 電子地圖是以數(shù)字地圖為基礎(chǔ)并用多種媒體顯示地圖的可視化產(chǎn)品。在各種GIS大賽中，電子地圖的設(shè)計(jì)與制作是競(jìng)賽熱門選題。因此，應(yīng)將電子地圖的設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成完全開放的形式，從選題、調(diào)研、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都由學(xué)生自主完成，其間老師僅提供技術(shù)指導(dǎo)與建議，并選擇比較優(yōu)秀的作品參加各種GIS技能大賽。

3 結(jié) 語

根據(jù)目前GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，有針對(duì)性地提出了相應(yīng)教學(xué)改革措施，即適當(dāng)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目和合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)效果顯示，通過上述實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠加深對(duì)《地圖學(xué)》相關(guān)理論知識(shí)的理解，而且能夠熟練地掌握ArcGIS、CoreDraw等專業(yè)軟件的操作，動(dòng)手實(shí)踐能力得到了明顯的提高。同時(shí)，通過采取第二課堂的教學(xué)形式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，既發(fā)揮了學(xué)生自主學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的潛力，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，其中多項(xiàng)研究成果在全國GIS開發(fā)大賽中獲獎(jiǎng)。今后，在教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)第二課堂教學(xué)形式的研究并探索更加客觀合理的考核模式，從而進(jìn)一步提高GIS專業(yè)《地圖學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

[1]沈婕，劉曉艷.GIS專業(yè)《地圖學(xué)》與測(cè)量學(xué)教學(xué)方法研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2002，23(6)：64-67.

[2]湯國安，周衛(wèi).“地理信息系統(tǒng)”課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].地球信息科學(xué)，2005，7(2)：65-69.

[3]龍毅，周侗，沈婕.發(fā)揮GIS專業(yè)特色培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2006，29(1)：46-48.

[4]江暢，蘇高華.GIS專業(yè)中《地圖學(xué)》教學(xué)方法的研究[J].地理空間信息，2008，6(2)：120-122.

[5]田雨.《地圖學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008(5)：39-41.

2013-06-12

劉遠(yuǎn)剛(1982-)，男，碩士，講師，現(xiàn)主要從事地理信息系統(tǒng)方面的教學(xué)與研究工作。

N4

A

1673-1409(2013)28-0143-02

[編輯] 李啟棟