“計算機地圖制圖”課程的科普推廣式教學研究

［摘 要］ 江西農業大學的地理信息科學專業致力于農業應用的發展，在為農林和旅游類專業提供專業基礎的地圖制圖教學服務方面具有優勢。“計算機地圖制圖”作為地理信息科學專業的基礎課程，如何針對缺乏地圖制圖知識的非測繪專業學生，以實際地圖制圖應用需求為出發點實施科學有效的科普式教學，是課程教學研究的難點問題。“計算機地圖制圖”教學研究注重尊重學生的知識學習曲線，構建從接受到理解再到創造的學習層次，通過教學與學習的互相反饋，實施地圖制圖課程的科普推廣式教學。

［關鍵詞］ 地圖制圖；科普式教學；學習梯度

［基金項目］ 2020年度江西農業大學校級教改課題“《計算機地圖制圖》課程教學研究”（2020B2ZZ25）

［作者簡介］ 黃鶴聲（1986—），女，湖北黃石人，工學博士，江西農業大學國土資源與環境學院講師，主要從事地圖制圖研究；黃宏勝（1976—），男，江西南城人，理學博士，江西農業大學國土資源與環境學院副教授，主要從事土地利用變化研究；段 萍（1978—），男，江西萍鄉人，農學博士，江西農業大學國土資源與環境學院講師，主要從事土地生態研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）26-0093-04 ［收稿日期］ 2023-07-06

地圖是利用圖形圖像傳遞空間信息的語言，在農業資源保護、旅游資源開發、生態環境規劃等方面起著基礎作用。地圖應用范圍廣泛，信息傳達準確，是農林科學領域研究的有力工具。農林高校將地理信息科學專業（以下縮寫為GIS專業）的“計算機地圖制圖”課程作為多個非GIS專業的選修課程，以推廣GIS專業的計算機地圖制圖知識，提高學生的地圖閱讀和制作能力，培養學生的地圖空間認知綜合素質。

“計算機地圖制圖”作為GIS專業的基礎課程，前導課程有“GIS概論”“地圖學”“計算幾何學”“數據結構”等，這些地圖學類和測繪類專業前導課程涵蓋數理邏輯和計算機知識。“計算機地圖制圖”課程的部分知識點在前導課程的基礎上進一步展開深入，如地圖投影系統、地圖數據的數據結構等。對于非GIS專業的學生，如旅游管理專業、農業資源與環境專業等，在缺乏前導課程講授的情況下，對本門課程講授的知識梯度理解難度較大。作為地圖制圖課程，“計算機地圖制圖”實踐性很強，需要學生重現完整的地圖制圖過程，充分發揮主觀能動性，將個人對地理世界的理解轉化為制圖語言，利用多來源地理數據和多樣化地圖制圖工具制作可讀性強、具備一定科學可靠性的地圖。因此，本門課程需要花費較多時間研究如何劃分知識點的難易層次，設計科學的階梯式知識學習過程，著重于地圖制圖技能的實踐可操作性，課程的教學要充分激發學生的學習興趣，讓學生從接受知識，到理解知識，最后到自主尋求知識，在理論與實踐結合的教學過程中培養學生的空間認知力。

一、地圖制圖課程的推廣式教學需求

江西農業大學土地資源管理專業、旅游管理專業、農業水利等專業的研究對象為農業資源和旅游資源，有著較強的區域性、實時性和綜合性。農業資源和旅游資源的充分利用必須建立在掌握相應地理特征的基礎上，譬如，江西省的柑橘種植產業，就是具備地方地理特色的農業資源，適宜柑橘種植的土壤類型、降水、光照、濕度和地貌等都具有地理環境約束特征；江西省的旅游資源地理分布位置遍布全省，旅游產業對地圖在內容性、實時性、表現性等方面都有較高要求。這需要GIS專業教師在充分掌握地圖制圖學教學規律的基礎上，結合其他專業對地圖制作和推廣使用的要求，不斷更新教學內容，總結教學成效，制作循序漸進的地圖制圖教學方案。

二、課程定位和課程重心的轉變

當前的大數據時代，眾源地圖制圖是關注的方向。眾源即多種來源，人人都可以是地圖數據的來源，一些開源地圖網站如超圖、天地圖等均鼓勵人們收集和傳播自己的地理信息，非測繪從業人員能夠使用開源地圖平臺的地圖模板，創建自己的地理數據，公開發布和共享行業信息地圖。

高俊院士對地圖學的定位闡述為：地圖制圖是一種從數到圖、從圖到人的信息流動模型［1］。一幅設計精良的地圖，必須充分考慮人作為認知主體，對地理要素的位置、數量、質量、方位、關系的處理機制，人的空間認知規律是驅動地圖制圖學發展和應用的關鍵［2-4］。“計算機地圖制圖”課程的理論部分僅8個課時，所以在理論課講授環節，必須將教材章節進行適當刪減和順序調整，設計較為平緩的知識學習曲線，使非GIS專業學生更易接受。

“計算機地圖制圖”作為科普應用型的專業選修課時，定位不同于GIS專業的基礎課程，應略過計算機制圖原理內容，將課程講授的重點放在數字地圖產品的生產方式上，重點講授地圖的制作過程，關注農林、旅游等應用案例中的地理信息如何在有限的地圖上科學高效地表達，關注學生對于地理信息的理解和展示方式。

三、教學內容和節奏的創新改革

為充分利用“計算機地圖制圖”課程的32個課時（其中理論課時8個，實驗課時24個），課程教學從學生對地圖的認知習慣出發，到接受地圖制圖基本知識，再到理解地圖制圖中的一些關鍵技術難點，最后到主觀實踐環節，地圖制圖知識遵循接受—理解—創造的學習規律，并設計合理的知識難度梯度，讓非GIS專業學生得到較為平緩的知識學習反饋曲線。

（一）地圖閱讀環節

平緩的知識學習過程一般是由學生已經掌握的舊有的知識向待學習的陌生知識點遷徙。因此，在本課程的地圖閱讀環節，引導學生閱讀普通地圖及專題地圖，建立關于地圖符號表示、地圖編制內容的感性認知，并觀察同一地理區域不同坐標系、不同比例尺的地圖表示差別，建立關于地圖坐標系、地圖投影的感性認知，使學生能夠在最短時間內了解本門課程知識的主要重點和難點。

地圖坐標系是隱含知識點，在紙質地圖上無法直觀地了解地圖坐標系原理，需要結合專業GIS軟件演示才能讓學生熟悉地圖坐標框架體系。在地圖上，地圖符號這一知識點最為直觀。地圖符號包含地圖符號的設計和制作、地圖上信息的表示方法等。地圖編繪是完整的地圖生產過程，包括地圖的制圖內容和資料準備、數學基礎設計、內容設計、圖面設計、制圖工藝方案等，在本環節，讓學生在閱讀地圖的過程中對地圖編制的知識點有感性認知，串聯起各個知識點，具體的學習需要在實踐環節加強。

（二）階梯式知識模塊設計

“計算機地圖制圖”涉及“數據結構”“GIS概論”“地圖學”“計算機圖形學”等課程的知識點。非GIS專業學生缺乏前導課程的知識基礎作支持，在“計算機地圖制圖”授課時應做簡化教學，講解入門層次的地圖制圖知識點和地圖學的通識概念，主要包括地圖學的坐標系和投影、數據來源和數據的拓撲關系及地圖設計編繪等知識點。

“計算機地圖制圖”作為地圖學課程方陣群中的重要課程，知識點具備擴展性，因此，學生需要具備發散思維。用科學可視化作主線設計實驗，學生從數字擴展到圖形圖像，圖形圖像又能反映科學規律的觀察，從中建構自己的空間想象能力。本門課程旨在引導學生理解地圖學體系的重要知識點，盡快地掌握制圖知識，所以知識點應當科學地分解和簡化為接受型知識點、理解型知識點和創造型知識點三個階梯層次（如圖1所示）。其中，接受型知識點包括地圖投影和坐標系、普通地圖和專題地圖的表示方法、地圖符號設計、地圖圖層；理解型知識點要求學生能夠理解空間信息的數形結合表達、地圖布局和地圖版面設計、地圖數據組織方式、地圖數據來源；創造型知識點要求學生在掌握基礎制圖知識的基礎上發揮主觀能動性，收集并分析專題地圖制圖資料、設計專題地圖數據庫，且能夠進行多來源地理數據制圖。在這些知識點中，地圖投影與地理坐標系是地圖知識方陣中的難點內容，在講授過程中要注重概念代替和數形結合思想，給學生閱讀電子球面地圖和平面方里網地圖，讓學生形成關于球面坐標和平面坐標的感性認知，再利用教學演示動畫，形象化地說明從曲面地理坐標到平面地圖坐標的拉伸變形過程。最后實操演示如何在ArcGIS軟件中查看規范地圖的坐標點信息，演示如何做地理坐標校正處理。讓學生形成從空間感性到邏輯理性的認知過程。

在創造型知識點的講授過程中，根據學生的專業背景設計地圖制作作業。如旅游管理專業的學生可布置旅游地圖的設計與制作，在課程實驗環節為學生提供江西省旅游地圖的設計素材和范例地圖，引導學生從模仿到創造，制作自定義的旅游地圖。

四、實踐環節

當前地圖的信息傳播方式已從專門部門制作地圖分發的廣播式向自媒體時代人人皆為地圖制圖者的散點分發式轉變，數字地圖制圖技術從過去的實驗室繪圖審圖向電子網頁制圖快速出版轉變，在眾源地圖時代，越來越多的非GIS專業人士在設計和使用地圖，這一趨勢要求地圖制圖類課程能夠設計一些應用，幫助非GIS專業背景的學生快速掌握地圖制圖技術。

“計算機地圖制圖”課程有24個實踐課時，其中，12個課時作為基礎練習實驗課時，做分章節基礎練習，包括熟悉GIS制圖軟件界面和基礎功能、地圖編制過程中的數據準備、為地理數據配置和轉換坐標系、地圖數據處理與編輯四個小節。此部分為GIS軟件操作基礎知識，需要學生熟練掌握。另外12個課時作為學生自主設計制作地圖的課時。本課程為學生設計了南昌市公交線路圖制作、北京市出租車時空分布圖制作和江西省地形模型的制作三個題目，學生可自由組隊選擇一個題目，利用GIS地圖制圖軟件工具，以模擬競賽的形式制作自己的地圖案例，并講述地圖設計的思路。在此環節，學生需要練習的技能包括地理數據搜集、地理數據處理、地理數據格式轉換與多源數據的集成，分析制圖需求、設計地圖編制內容、設計地圖符號庫、針對行業應用需求設計地圖專題表達內容和可視化分析內容等。

實踐環節起著連接理論知識與項目應用實際需求的作用，能夠幫助學生理解知識、消化知識，進而把知識同化為自身空間認知體系的一部分，形成感性的空間理解經驗，起到“授人以魚不如授人以漁”的教學效果。

五、教學總結

“計算機地圖制圖”課程在本校旅游管理專業和農業資源專業的教學實踐過程中，已總結出一套有效的從易到難、從科普性知識點到專業制圖知識點的螺旋式提升的教學模式，理論環節和實踐環節緊緊相扣。在理論環節，簡要講授入門的地圖學基礎知識，包括地圖坐標系和投影、地理數據庫、地理數據的采集、電子地圖的設計四個章節的部分內容，在有限的課時內充分精簡課程教材中過于專業的理論闡述段落，用科普語言讓學生熟悉地圖學的基礎知識。在實驗課時內，充分激發學生的動手興趣，模擬GIS學科應用競賽，讓學生分組互助制作地圖，展示地圖作品并相互答辯，使教師在學生動手交流合作的過程中了解學生掌握知識的情況。在本門課程的實踐答辯環節中，學生的不足主要集中在專題地理數據的獲取受限和遙感影像數據的處理技術方面，這部分內容還需要學生進行測繪和GIS類后續課程的學習。

目前多平臺、多工具的地圖學習資料比較豐富，這些網絡平臺上的地圖學課程視頻能夠為學生的進一步學習提供了良好的參考。學生的自學潛能到底發揮了多少？在教學總結環節，學生提供的反饋信息能夠給出答案。課程圍繞接受型、理解型和創造型三個層次的知識設計了調查問卷，以了解學生掌握的程度，對哪些知識點更感興趣等，統計結果見表1。

表1中，星號越多表示得分越高，例如，知識點難度這個觀察維度下，投影和坐標系為三顆星，表示學生認為這個知識點較難；軟件操作界面知識點在自學資源豐富性這個維度上，學生打分結果為三顆星，表示軟件操作界面的網絡自學資源較多。

結語

“計算機地圖制圖”課程立足于計算機地圖制圖的基礎知識，培養學生的地圖制作技術。在地圖的擴展閱讀環節，教師引導學生了解國內外地圖制圖領域的新進展，結合自身的專業知識背景，開展多種地理來源、多種表達方式、多種傳播媒介的地圖閱讀，在自身理解的基礎上，利用制圖工具傳達地理要素和地理規律互相作用、地理對象這一概念在具體應用領域的體現。在實踐環節鼓勵學生嘗試開源制圖工具和地理數據。課程教學由知識的單向灌輸型轉變為以學生制圖需求為主導的師生雙向流動型。鼓勵學生使用超圖、天地圖等國產開源地圖網站的網絡制圖功能，充分利用已有的地圖資源，制作自己的網絡共享地圖。

參考文獻

［1］高俊.地圖學四面體：數字化時代地圖學的詮釋［J］.測繪學報，2004（1）：6-11.

［2］ 閭國年，俞肇元，袁林旺，等.地圖學的未來是場景學嗎？［J］.地球信息科學學報，2018，20（1）：1-6.

［3］黃曉君.地圖學課程傳統教學方法的改革探討［J］.教育教學論壇，2019（47）：117-118.

［4］朱宇，趙梅芳，朱良軍.“地理信息系統”愛國主義課程思政探索［J］.教育教學論壇，2023（13）：13-16.

Research on Popularized Teaching of Computer Aided Cartography Course

HUANG He-sheng， HUANG Hong-sheng， DUAN Ping

（College of Land Resources and Environment， Jiangxi Agricultural University， Nanchang， Jiangxi 330045， China）

Abstract： Jiangxi Agricultural University’s Geography Information Science department is committed to the advancement of agricultural applications and offers benefits to majors in agriculture， forestry， and tourism by offering expert instruction in fundamental cartography. Beginning with real-world cartographic application needs， computer cartography， a foundational course in the geography information science discipline， faces the difficult problem of how to apply scientifically effective popular science teaching for non-surveying professional students who lack cartographic knowledge. Respecting students’ knowledge learning curves， creating a learning gradient from acceptance to understanding to creation， and implementing popular science promotion teaching of cartography courses through mutual feedback between teaching and learning are all highlighted in research on computer cartographic teaching.

Key words： cartography; popularized teaching; learning gradients