GIS專業《地圖學》實驗教學改革探討

劉遠剛，蔡永香，陳華軍 (長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

龍穎波 (長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020)

GIS專業《地圖學》實驗教學改革探討

劉遠剛，蔡永香，陳華軍 (長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

龍穎波 (長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020)

針對目前GIS專業《地圖學》實驗教學的不足，對該學科實驗教學進行了改革探討，具體包括安排涵蓋驗證型和設計型實驗項目以增強實驗教學內容的綜合性、通過開展第二課堂以調動學生自主學習的積極性等。教學實踐表明，采取上述改革措施后完成了預定的教學目標，取得了較好的教學效果。

地圖學；GIS；實驗教學

《地圖學》作為地理信息系統(GIS)專業的必修基礎課程，涵蓋了地理坐標系統、地圖投影、地圖信息源、地圖符號、地圖綜合、地圖設計、普通地圖及專題地圖、電子地圖等理論與方法，具有多學科集成、實踐性強、應用范圍廣等特點[1-2]。因此，需要通過配套的實驗課程幫助學生進一步理解和掌握《地圖學》的相關理論、方法和技術，培養學生的工程實踐能力，進而提高學生的創新意識、創新思維和創新能力。目前，《地圖學》實驗教學主要存在以下問題：①課時有限但實驗內容繁多；②教學內容單一，綜合性差，不能有效將相關知識貫穿起來；③教學素材匱乏；④教學手段單一，互動少，學生獨立思考的空間小。為此，筆者對GIS專業《地圖學》實驗教學進行了改革探討，以便為提高該學科的教學質量提供幫助。

1 適當安排實驗教學項目

通過對相關高校同類課程實驗教學內容的調研與分析[3-5]，結合筆者執教學校的實際情況，對《地圖學》實驗教學項目進行如下安排：①地圖投影的判別與轉換；②地圖分幅與編號；③地圖數字化；④地圖符號的設計與制作；⑤專題地圖的設計與制作；⑥地圖綜合算法實現；⑦電子地圖的設計與開發。其中，①②為驗證型實驗項目，③④⑤為設計型實驗項目，⑥⑦為綜合型實驗項目。由于實驗課程學時有限，部分難度比較大、耗時比較多、需要學生自由發揮的設計型和綜合型實驗項目可以通過第二課堂的形式來完成。這樣既可解決學時不足的問題，也能激發學生的學習興趣，培養學生的團隊協作精神。因此，將①②③④作為計劃學時內完成的基礎實驗項目，而將⑤⑥⑦作為第二課堂(課外)完成的實驗項目。在實驗軟件平臺的選擇方面，針對不同的需求選用不同的軟件平臺，對于計劃學時內完成的基礎實驗項目，選用目前地圖制圖、GIS、計算機程序設計業界的主流軟件，如ArcGIS、CoreDRAW和Visual Studio，掌握上述軟件的基本功能和操作，有利于學生將來就業和進一步學習的需要；對于第二課堂完成的實驗項目，應根據學生所參加的科研活動、專業技能大賽的實際需求選擇特定的軟件平臺。

2 合理設計實驗教學內容

1)地圖投影的判別與轉換實驗 地圖投影介紹了如何將地球橢球體上的點轉換到平面上的點的理論與方法，包括投影變形、投影分類、投影公式和投影轉換等內容。地圖投影的判別與轉換實驗中提供多種不同投影下的世界地圖樣圖，學生通過應用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與特點，并選用ArcGIS軟件中的投影坐標性轉換模塊完成常用的投影系統之間的相互轉換操作。通過該實驗可讓學生回顧地圖投影基本概念和分類、投影變形與投影轉換等基本知識點，從而進一步加強感性認識。

2)地圖分幅與編號實驗 按一定幅面大小將某種比例尺地圖所包含范圍內的圖幅劃分成許多幅地圖并編注其序號的做法，稱為地圖分幅與編號。我國基本比例尺地形圖分幅編號系統包括新舊2套標準，是進行地形圖編圖、印刷、保管和使用的基礎。由于學生通過理論課學習已經初步掌握了新舊2套標準所涉及的8種比例尺地形圖的分幅與編號的計算公式，因而在實驗教學中可以要求學生采用相應計算公式計算出能全部包含其家鄉所在不同級別行政單元(市、縣(區)、街道等)的基本比例尺地形圖的圖幅編號，并在Visual Studio中編程實現根據已知圖幅的經緯度范圍計算圖幅編號、根據已知圖幅編號計算圖幅的經緯度范圍和新舊圖幅編號之間相互轉換等小程序，由此加深對地圖分幅與編號方法的理解。

3)地圖數字化實驗 地圖數字化是GIS建立空間數據的基本手段。地圖數字化實驗是在ArcGIS軟件中完成紙質地圖的數字化工作，主要步驟如下：①確定技術路線(地圖分層);②地圖預處理；③設置數字化設備；④掃描圖像；⑤柵格圖像配準；⑥分層矢量化。⑦將數字化得到的地圖數據進行符號化、圖幅整飾和輸出。該實驗是一項耗時的機械性工作，其主要目的是讓學生掌握地圖數字化的基本流程和方法。

4)地圖符號的設計與制作實驗 地圖符號是地圖的語言，對地圖符號的設計與制作是《地圖學》的基本內容。在進行地圖符號的設計與制作實驗時，應讓學生在CoreDRAW或ArcGIS軟件的支持下設計并制作常用的點、線、面地圖符號，如獨立地物、建筑物、道路、鐵路、河流、湖泊、植被等表達各種地圖要素的符號，并總結不同類型符號的設計思路及視覺變量對地圖符號表達效果的影響。此外，該實驗項目中設計的符號可應用到后續的專題地圖的設計與制作、電子地圖的設計與開發等第二課堂實驗項目中。

5)專題地圖的設計與制作實驗 專題地圖是指采用特殊的表示方法突出表達某一類或幾類空間地理現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的大量應用，出現了各種新的專題地圖表示方法。筆者所執教學校的GIS專業具有一定的石油地質學科背景，目前承擔的很多科研項目與油田勘探開發相關，這些項目經常需要制作各種石油地質專題地圖，如地質構造分布圖、油氣資源分布圖、井位分布圖、連井剖面圖、地質柱狀圖等。因此，可將該實驗與相關科研項目中石油地質專題地圖制圖的需求相結合，讓學生在老師的指導下運用各種專題地圖制圖軟件設計和制作各種全新的專題地圖，這樣既能促進教學與科研的有機結合，又能進一步豐富教學素材。

6)地圖綜合算法實現實驗 地圖綜合是《地圖學》課程中的教學難點，理論課中僅僅介紹其基本概念和操作算子的定義，很少介紹相關算法的具體實現，這樣不利于學生今后在相關領域的進一步學習。由于目前地圖綜合中與選取、化簡相關的算法已經比較成熟，因而在該實驗教學過程中可將相關算法推薦給學生，要求學生通過查閱相關科技文獻，深入了解算法的設計思路與實現流程，并在Visual Studio中選擇感興趣的算法加以實現，由此更深刻地理解相應的理論概念。

7)電子地圖的設計與開發 電子地圖是以數字地圖為基礎并用多種媒體顯示地圖的可視化產品。在各種GIS大賽中，電子地圖的設計與制作是競賽熱門選題。因此，應將電子地圖的設計與開發實驗項目設計成完全開放的形式，從選題、調研、設計和實現都由學生自主完成，其間老師僅提供技術指導與建議，并選擇比較優秀的作品參加各種GIS技能大賽。

3 結 語

根據目前GIS專業《地圖學》實驗教學的實際情況，有針對性地提出了相應教學改革措施，即適當安排實驗教學項目和合理設計實驗教學內容。教學效果顯示，通過上述實驗課程的學習，學生不僅能夠加深對《地圖學》相關理論知識的理解，而且能夠熟練地掌握ArcGIS、CoreDraw等專業軟件的操作，動手實踐能力得到了明顯的提高。同時，通過采取第二課堂的教學形式，激發了學生的學習興趣，既發揮了學生自主學習與團隊學習的潛力，也培養了學生的工程實踐能力和創新能力，其中多項研究成果在全國GIS開發大賽中獲獎。今后，在教學中應加強第二課堂教學形式的研究并探索更加客觀合理的考核模式，從而進一步提高GIS專業《地圖學》實驗教學質量。

[1]沈婕，劉曉艷.GIS專業《地圖學》與測量學教學方法研究[J].測繪通報，2002，23(6)：64-67.

[2]湯國安，周衛.“地理信息系統”課程的設計與實踐[J].地球信息科學，2005，7(2)：65-69.

[3]龍毅，周侗，沈婕.發揮GIS專業特色培養學生的綜合能力[J].現代測繪，2006，29(1)：46-48.

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

[5]田雨.《地圖學》課程實驗教學設計與實踐[J].實驗室科學，2008(5)：39-41.

2013-06-12

劉遠剛(1982-)，男，碩士，講師，現主要從事地理信息系統方面的教學與研究工作。

N4

A

1673-1409(2013)28-0143-02

[編輯] 李啟棟