GIS专业《地图学》实验教学改革探讨

刘远刚，蔡永香，陈华军 (长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100)

龙颖波 (长江大学工程技术学院，湖北 荆州 434020)

GIS专业《地图学》实验教学改革探讨

刘远刚，蔡永香，陈华军 (长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100)

龙颖波 (长江大学工程技术学院，湖北 荆州 434020)

针对目前GIS专业《地图学》实验教学的不足，对该学科实验教学进行了改革探讨，具体包括安排涵盖验证型和设计型实验项目以增强实验教学内容的综合性、通过开展第二课堂以调动学生自主学习的积极性等。教学实践表明，采取上述改革措施后完成了预定的教学目标，取得了较好的教学效果。

地图学；GIS；实验教学

《地图学》作为地理信息系统(GIS)专业的必修基础课程，涵盖了地理坐标系统、地图投影、地图信息源、地图符号、地图综合、地图设计、普通地图及专题地图、电子地图等理论与方法，具有多学科集成、实践性强、应用范围广等特点[1-2]。因此，需要通过配套的实验课程帮助学生进一步理解和掌握《地图学》的相关理论、方法和技术，培养学生的工程实践能力，进而提高学生的创新意识、创新思维和创新能力。目前，《地图学》实验教学主要存在以下问题：①课时有限但实验内容繁多；②教学内容单一，综合性差，不能有效将相关知识贯穿起来；③教学素材匮乏；④教学手段单一，互动少，学生独立思考的空间小。为此，笔者对GIS专业《地图学》实验教学进行了改革探讨，以便为提高该学科的教学质量提供帮助。

1 适当安排实验教学项目

通过对相关高校同类课程实验教学内容的调研与分析[3-5]，结合笔者执教学校的实际情况，对《地图学》实验教学项目进行如下安排：①地图投影的判别与转换；②地图分幅与编号；③地图数字化；④地图符号的设计与制作；⑤专题地图的设计与制作；⑥地图综合算法实现；⑦电子地图的设计与开发。其中，①②为验证型实验项目，③④⑤为设计型实验项目，⑥⑦为综合型实验项目。由于实验课程学时有限，部分难度比较大、耗时比较多、需要学生自由发挥的设计型和综合型实验项目可以通过第二课堂的形式来完成。这样既可解决学时不足的问题，也能激发学生的学习兴趣，培养学生的团队协作精神。因此，将①②③④作为计划学时内完成的基础实验项目，而将⑤⑥⑦作为第二课堂(课外)完成的实验项目。在实验软件平台的选择方面，针对不同的需求选用不同的软件平台，对于计划学时内完成的基础实验项目，选用目前地图制图、GIS、计算机程序设计业界的主流软件，如ArcGIS、CoreDRAW和Visual Studio，掌握上述软件的基本功能和操作，有利于学生将来就业和进一步学习的需要；对于第二课堂完成的实验项目，应根据学生所参加的科研活动、专业技能大赛的实际需求选择特定的软件平台。

2 合理设计实验教学内容

1)地图投影的判别与转换实验 地图投影介绍了如何将地球椭球体上的点转换到平面上的点的理论与方法，包括投影变形、投影分类、投影公式和投影转换等内容。地图投影的判别与转换实验中提供多种不同投影下的世界地图样图，学生通过应用ArcGIS软件浏览这些样图，判断其分别归属于何种类型的投影，分析各类投影的投影变形性质与特点，并选用ArcGIS软件中的投影坐标性转换模块完成常用的投影系统之间的相互转换操作。通过该实验可让学生回顾地图投影基本概念和分类、投影变形与投影转换等基本知识点，从而进一步加强感性认识。

2)地图分幅与编号实验 按一定幅面大小将某种比例尺地图所包含范围内的图幅划分成许多幅地图并编注其序号的做法，称为地图分幅与编号。我国基本比例尺地形图分幅编号系统包括新旧2套标准，是进行地形图编图、印刷、保管和使用的基础。由于学生通过理论课学习已经初步掌握了新旧2套标准所涉及的8种比例尺地形图的分幅与编号的计算公式，因而在实验教学中可以要求学生采用相应计算公式计算出能全部包含其家乡所在不同级别行政单元(市、县(区)、街道等)的基本比例尺地形图的图幅编号，并在Visual Studio中编程实现根据已知图幅的经纬度范围计算图幅编号、根据已知图幅编号计算图幅的经纬度范围和新旧图幅编号之间相互转换等小程序，由此加深对地图分幅与编号方法的理解。

3)地图数字化实验 地图数字化是GIS建立空间数据的基本手段。地图数字化实验是在ArcGIS软件中完成纸质地图的数字化工作，主要步骤如下：①确定技术路线(地图分层);②地图预处理；③设置数字化设备；④扫描图像；⑤栅格图像配准；⑥分层矢量化。⑦将数字化得到的地图数据进行符号化、图幅整饰和输出。该实验是一项耗时的机械性工作，其主要目的是让学生掌握地图数字化的基本流程和方法。

4)地图符号的设计与制作实验 地图符号是地图的语言，对地图符号的设计与制作是《地图学》的基本内容。在进行地图符号的设计与制作实验时，应让学生在CoreDRAW或ArcGIS软件的支持下设计并制作常用的点、线、面地图符号，如独立地物、建筑物、道路、铁路、河流、湖泊、植被等表达各种地图要素的符号，并总结不同类型符号的设计思路及视觉变量对地图符号表达效果的影响。此外，该实验项目中设计的符号可应用到后续的专题地图的设计与制作、电子地图的设计与开发等第二课堂实验项目中。

5)专题地图的设计与制作实验 专题地图是指采用特殊的表示方法突出表达某一类或几类空间地理现象的分布及其专题属性特征的地图。常用的专题地图表示方法有10种，且随着地图在各行各业的大量应用，出现了各种新的专题地图表示方法。笔者所执教学校的GIS专业具有一定的石油地质学科背景，目前承担的很多科研项目与油田勘探开发相关，这些项目经常需要制作各种石油地质专题地图，如地质构造分布图、油气资源分布图、井位分布图、连井剖面图、地质柱状图等。因此，可将该实验与相关科研项目中石油地质专题地图制图的需求相结合，让学生在老师的指导下运用各种专题地图制图软件设计和制作各种全新的专题地图，这样既能促进教学与科研的有机结合，又能进一步丰富教学素材。

6)地图综合算法实现实验 地图综合是《地图学》课程中的教学难点，理论课中仅仅介绍其基本概念和操作算子的定义，很少介绍相关算法的具体实现，这样不利于学生今后在相关领域的进一步学习。由于目前地图综合中与选取、化简相关的算法已经比较成熟，因而在该实验教学过程中可将相关算法推荐给学生，要求学生通过查阅相关科技文献，深入了解算法的设计思路与实现流程，并在Visual Studio中选择感兴趣的算法加以实现，由此更深刻地理解相应的理论概念。

7)电子地图的设计与开发 电子地图是以数字地图为基础并用多种媒体显示地图的可视化产品。在各种GIS大赛中，电子地图的设计与制作是竞赛热门选题。因此，应将电子地图的设计与开发实验项目设计成完全开放的形式，从选题、调研、设计和实现都由学生自主完成，其间老师仅提供技术指导与建议，并选择比较优秀的作品参加各种GIS技能大赛。

3 结 语

根据目前GIS专业《地图学》实验教学的实际情况，有针对性地提出了相应教学改革措施，即适当安排实验教学项目和合理设计实验教学内容。教学效果显示，通过上述实验课程的学习，学生不仅能够加深对《地图学》相关理论知识的理解，而且能够熟练地掌握ArcGIS、CoreDraw等专业软件的操作，动手实践能力得到了明显的提高。同时，通过采取第二课堂的教学形式，激发了学生的学习兴趣，既发挥了学生自主学习与团队学习的潜力，也培养了学生的工程实践能力和创新能力，其中多项研究成果在全国GIS开发大赛中获奖。今后，在教学中应加强第二课堂教学形式的研究并探索更加客观合理的考核模式，从而进一步提高GIS专业《地图学》实验教学质量。

[1]沈婕，刘晓艳.GIS专业《地图学》与测量学教学方法研究[J].测绘通报，2002，23(6)：64-67.

[2]汤国安，周卫.“地理信息系统”课程的设计与实践[J].地球信息科学，2005，7(2)：65-69.

[3]龙毅，周侗，沈婕.发挥GIS专业特色培养学生的综合能力[J].现代测绘，2006，29(1)：46-48.

[4]江畅，苏高华.GIS专业中《地图学》教学方法的研究[J].地理空间信息，2008，6(2)：120-122.

[5]田雨.《地图学》课程实验教学设计与实践[J].实验室科学，2008(5)：39-41.

2013-06-12

刘远刚(1982-)，男，硕士，讲师，现主要从事地理信息系统方面的教学与研究工作。

N4

A

1673-1409(2013)28-0143-02

[编辑] 李启栋