“计算机地图制图”课程的科普推广式教学研究

［摘 要］ 江西农业大学的地理信息科学专业致力于农业应用的发展，在为农林和旅游类专业提供专业基础的地图制图教学服务方面具有优势。“计算机地图制图”作为地理信息科学专业的基础课程，如何针对缺乏地图制图知识的非测绘专业学生，以实际地图制图应用需求为出发点实施科学有效的科普式教学，是课程教学研究的难点问题。“计算机地图制图”教学研究注重尊重学生的知识学习曲线，构建从接受到理解再到创造的学习层次，通过教学与学习的互相反馈，实施地图制图课程的科普推广式教学。

［关键词］ 地图制图；科普式教学；学习梯度

［基金项目］ 2020年度江西农业大学校级教改课题“《计算机地图制图》课程教学研究”（2020B2ZZ25）

［作者简介］ 黄鹤声（1986—），女，湖北黄石人，工学博士，江西农业大学国土资源与环境学院讲师，主要从事地图制图研究；黄宏胜（1976—），男，江西南城人，理学博士，江西农业大学国土资源与环境学院副教授，主要从事土地利用变化研究；段 萍（1978—），男，江西萍乡人，农学博士，江西农业大学国土资源与环境学院讲师，主要从事土地生态研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）26-0093-04 ［收稿日期］ 2023-07-06

地图是利用图形图像传递空间信息的语言，在农业资源保护、旅游资源开发、生态环境规划等方面起着基础作用。地图应用范围广泛，信息传达准确，是农林科学领域研究的有力工具。农林高校将地理信息科学专业（以下缩写为GIS专业）的“计算机地图制图”课程作为多个非GIS专业的选修课程，以推广GIS专业的计算机地图制图知识，提高学生的地图阅读和制作能力，培养学生的地图空间认知综合素质。

“计算机地图制图”作为GIS专业的基础课程，前导课程有“GIS概论”“地图学”“计算几何学”“数据结构”等，这些地图学类和测绘类专业前导课程涵盖数理逻辑和计算机知识。“计算机地图制图”课程的部分知识点在前导课程的基础上进一步展开深入，如地图投影系统、地图数据的数据结构等。对于非GIS专业的学生，如旅游管理专业、农业资源与环境专业等，在缺乏前导课程讲授的情况下，对本门课程讲授的知识梯度理解难度较大。作为地图制图课程，“计算机地图制图”实践性很强，需要学生重现完整的地图制图过程，充分发挥主观能动性，将个人对地理世界的理解转化为制图语言，利用多来源地理数据和多样化地图制图工具制作可读性强、具备一定科学可靠性的地图。因此，本门课程需要花费较多时间研究如何划分知识点的难易层次，设计科学的阶梯式知识学习过程，着重于地图制图技能的实践可操作性，课程的教学要充分激发学生的学习兴趣，让学生从接受知识，到理解知识，最后到自主寻求知识，在理论与实践结合的教学过程中培养学生的空间认知力。

一、地图制图课程的推广式教学需求

江西农业大学土地资源管理专业、旅游管理专业、农业水利等专业的研究对象为农业资源和旅游资源，有着较强的区域性、实时性和综合性。农业资源和旅游资源的充分利用必须建立在掌握相应地理特征的基础上，譬如，江西省的柑橘种植产业，就是具备地方地理特色的农业资源，适宜柑橘种植的土壤类型、降水、光照、湿度和地貌等都具有地理环境约束特征；江西省的旅游资源地理分布位置遍布全省，旅游产业对地图在内容性、实时性、表现性等方面都有较高要求。这需要GIS专业教师在充分掌握地图制图学教学规律的基础上，结合其他专业对地图制作和推广使用的要求，不断更新教学内容，总结教学成效，制作循序渐进的地图制图教学方案。

二、课程定位和课程重心的转变

当前的大数据时代，众源地图制图是关注的方向。众源即多种来源，人人都可以是地图数据的来源，一些开源地图网站如超图、天地图等均鼓励人们收集和传播自己的地理信息，非测绘从业人员能够使用开源地图平台的地图模板，创建自己的地理数据，公开发布和共享行业信息地图。

高俊院士对地图学的定位阐述为：地图制图是一种从数到图、从图到人的信息流动模型［1］。一幅设计精良的地图，必须充分考虑人作为认知主体，对地理要素的位置、数量、质量、方位、关系的处理机制，人的空间认知规律是驱动地图制图学发展和应用的关键［2-4］。“计算机地图制图”课程的理论部分仅8个课时，所以在理论课讲授环节，必须将教材章节进行适当删减和顺序调整，设计较为平缓的知识学习曲线，使非GIS专业学生更易接受。

“计算机地图制图”作为科普应用型的专业选修课时，定位不同于GIS专业的基础课程，应略过计算机制图原理内容，将课程讲授的重点放在数字地图产品的生产方式上，重点讲授地图的制作过程，关注农林、旅游等应用案例中的地理信息如何在有限的地图上科学高效地表达，关注学生对于地理信息的理解和展示方式。

三、教学内容和节奏的创新改革

为充分利用“计算机地图制图”课程的32个课时（其中理论课时8个，实验课时24个），课程教学从学生对地图的认知习惯出发，到接受地图制图基本知识，再到理解地图制图中的一些关键技术难点，最后到主观实践环节，地图制图知识遵循接受—理解—创造的学习规律，并设计合理的知识难度梯度，让非GIS专业学生得到较为平缓的知识学习反馈曲线。

（一）地图阅读环节

平缓的知识学习过程一般是由学生已经掌握的旧有的知识向待学习的陌生知识点迁徙。因此，在本课程的地图阅读环节，引导学生阅读普通地图及专题地图，建立关于地图符号表示、地图编制内容的感性认知，并观察同一地理区域不同坐标系、不同比例尺的地图表示差别，建立关于地图坐标系、地图投影的感性认知，使学生能够在最短时间内了解本门课程知识的主要重点和难点。

地图坐标系是隐含知识点，在纸质地图上无法直观地了解地图坐标系原理，需要结合专业GIS软件演示才能让学生熟悉地图坐标框架体系。在地图上，地图符号这一知识点最为直观。地图符号包含地图符号的设计和制作、地图上信息的表示方法等。地图编绘是完整的地图生产过程，包括地图的制图内容和资料准备、数学基础设计、内容设计、图面设计、制图工艺方案等，在本环节，让学生在阅读地图的过程中对地图编制的知识点有感性认知，串联起各个知识点，具体的学习需要在实践环节加强。

（二）阶梯式知识模块设计

“计算机地图制图”涉及“数据结构”“GIS概论”“地图学”“计算机图形学”等课程的知识点。非GIS专业学生缺乏前导课程的知识基础作支持，在“计算机地图制图”授课时应做简化教学，讲解入门层次的地图制图知识点和地图学的通识概念，主要包括地图学的坐标系和投影、数据来源和数据的拓扑关系及地图设计编绘等知识点。

“计算机地图制图”作为地图学课程方阵群中的重要课程，知识点具备扩展性，因此，学生需要具备发散思维。用科学可视化作主线设计实验，学生从数字扩展到图形图像，图形图像又能反映科学规律的观察，从中建构自己的空间想象能力。本门课程旨在引导学生理解地图学体系的重要知识点，尽快地掌握制图知识，所以知识点应当科学地分解和简化为接受型知识点、理解型知识点和创造型知识点三个阶梯层次（如图1所示）。其中，接受型知识点包括地图投影和坐标系、普通地图和专题地图的表示方法、地图符号设计、地图图层；理解型知识点要求学生能够理解空间信息的数形结合表达、地图布局和地图版面设计、地图数据组织方式、地图数据来源；创造型知识点要求学生在掌握基础制图知识的基础上发挥主观能动性，收集并分析专题地图制图资料、设计专题地图数据库，且能够进行多来源地理数据制图。在这些知识点中，地图投影与地理坐标系是地图知识方阵中的难点内容，在讲授过程中要注重概念代替和数形结合思想，给学生阅读电子球面地图和平面方里网地图，让学生形成关于球面坐标和平面坐标的感性认知，再利用教学演示动画，形象化地说明从曲面地理坐标到平面地图坐标的拉伸变形过程。最后实操演示如何在ArcGIS软件中查看规范地图的坐标点信息，演示如何做地理坐标校正处理。让学生形成从空间感性到逻辑理性的认知过程。

在创造型知识点的讲授过程中，根据学生的专业背景设计地图制作作业。如旅游管理专业的学生可布置旅游地图的设计与制作，在课程实验环节为学生提供江西省旅游地图的设计素材和范例地图，引导学生从模仿到创造，制作自定义的旅游地图。

四、实践环节

当前地图的信息传播方式已从专门部门制作地图分发的广播式向自媒体时代人人皆为地图制图者的散点分发式转变，数字地图制图技术从过去的实验室绘图审图向电子网页制图快速出版转变，在众源地图时代，越来越多的非GIS专业人士在设计和使用地图，这一趋势要求地图制图类课程能够设计一些应用，帮助非GIS专业背景的学生快速掌握地图制图技术。

“计算机地图制图”课程有24个实践课时，其中，12个课时作为基础练习实验课时，做分章节基础练习，包括熟悉GIS制图软件界面和基础功能、地图编制过程中的数据准备、为地理数据配置和转换坐标系、地图数据处理与编辑四个小节。此部分为GIS软件操作基础知识，需要学生熟练掌握。另外12个课时作为学生自主设计制作地图的课时。本课程为学生设计了南昌市公交线路图制作、北京市出租车时空分布图制作和江西省地形模型的制作三个题目，学生可自由组队选择一个题目，利用GIS地图制图软件工具，以模拟竞赛的形式制作自己的地图案例，并讲述地图设计的思路。在此环节，学生需要练习的技能包括地理数据搜集、地理数据处理、地理数据格式转换与多源数据的集成，分析制图需求、设计地图编制内容、设计地图符号库、针对行业应用需求设计地图专题表达内容和可视化分析内容等。

实践环节起着连接理论知识与项目应用实际需求的作用，能够帮助学生理解知识、消化知识，进而把知识同化为自身空间认知体系的一部分，形成感性的空间理解经验，起到“授人以鱼不如授人以渔”的教学效果。

五、教学总结

“计算机地图制图”课程在本校旅游管理专业和农业资源专业的教学实践过程中，已总结出一套有效的从易到难、从科普性知识点到专业制图知识点的螺旋式提升的教学模式，理论环节和实践环节紧紧相扣。在理论环节，简要讲授入门的地图学基础知识，包括地图坐标系和投影、地理数据库、地理数据的采集、电子地图的设计四个章节的部分内容，在有限的课时内充分精简课程教材中过于专业的理论阐述段落，用科普语言让学生熟悉地图学的基础知识。在实验课时内，充分激发学生的动手兴趣，模拟GIS学科应用竞赛，让学生分组互助制作地图，展示地图作品并相互答辩，使教师在学生动手交流合作的过程中了解学生掌握知识的情况。在本门课程的实践答辩环节中，学生的不足主要集中在专题地理数据的获取受限和遥感影像数据的处理技术方面，这部分内容还需要学生进行测绘和GIS类后续课程的学习。

目前多平台、多工具的地图学习资料比较丰富，这些网络平台上的地图学课程视频能够为学生的进一步学习提供了良好的参考。学生的自学潜能到底发挥了多少？在教学总结环节，学生提供的反馈信息能够给出答案。课程围绕接受型、理解型和创造型三个层次的知识设计了调查问卷，以了解学生掌握的程度，对哪些知识点更感兴趣等，统计结果见表1。

表1中，星号越多表示得分越高，例如，知识点难度这个观察维度下，投影和坐标系为三颗星，表示学生认为这个知识点较难；软件操作界面知识点在自学资源丰富性这个维度上，学生打分结果为三颗星，表示软件操作界面的网络自学资源较多。

结语

“计算机地图制图”课程立足于计算机地图制图的基础知识，培养学生的地图制作技术。在地图的扩展阅读环节，教师引导学生了解国内外地图制图领域的新进展，结合自身的专业知识背景，开展多种地理来源、多种表达方式、多种传播媒介的地图阅读，在自身理解的基础上，利用制图工具传达地理要素和地理规律互相作用、地理对象这一概念在具体应用领域的体现。在实践环节鼓励学生尝试开源制图工具和地理数据。课程教学由知识的单向灌输型转变为以学生制图需求为主导的师生双向流动型。鼓励学生使用超图、天地图等国产开源地图网站的网络制图功能，充分利用已有的地图资源，制作自己的网络共享地图。

参考文献

［1］高俊.地图学四面体：数字化时代地图学的诠释［J］.测绘学报，2004（1）：6-11.