新時代《地圖學(xué)》的教學(xué)思考

王曉延，方 坤，王雨雙，張 偉

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）信息工程學(xué)院，北京 100083）

近年來，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，地圖與地圖學(xué)的概念內(nèi)涵、研究領(lǐng)域、制作手段、應(yīng)用理論等均發(fā)生了演變，由傳統(tǒng)地圖學(xué)走向了數(shù)字地圖制圖學(xué)、網(wǎng)絡(luò)地圖制圖學(xué)和智能地圖制圖學(xué)[1-2]。相應(yīng)地，《地圖學(xué)》教學(xué)也應(yīng)隨之發(fā)生改變，以適應(yīng)技術(shù)的更新和發(fā)展。

1 新時代的地圖與地圖學(xué)

地圖的歷史悠久，早期古希臘的地圖投影思想，戰(zhàn)國時期的準(zhǔn)繩、規(guī)矩理論，漢朝的地圖符號雛形和“制圖六體”理論，宋朝的“計里畫方”，近現(xiàn)代西方測繪技術(shù)的大力發(fā)展，地圖學(xué)在歷史的長河中不斷豐富和嚴(yán)謹(jǐn)起來[3-6]。

早期的學(xué)者認(rèn)為，地圖學(xué)是研究地圖及其制作理論、工藝技術(shù)和應(yīng)用的科學(xué)?？偨Y(jié)出視覺變量的貝爾廷則認(rèn)為，地圖學(xué)屬于顯示科學(xué)。前蘇聯(lián)學(xué)者從地理模式和地圖認(rèn)知的角度解釋了地圖學(xué)。有的學(xué)者從信息傳遞理論的角度理解地圖學(xué)，也有學(xué)者強(qiáng)調(diào)地圖學(xué)的地圖數(shù)據(jù)管理和可視化功能[3-6]。王家耀院士認(rèn)為，隨著信息論、控制論和系統(tǒng)論的出現(xiàn)，地圖模型論和技術(shù)在地圖制圖中得以普遍應(yīng)用；計算機(jī)軟硬件的發(fā)展、遙感和衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高速進(jìn)步、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算的出現(xiàn)與應(yīng)用，使得地圖學(xué)也已大步邁入信息化時代，其中以數(shù)字化地圖學(xué)、網(wǎng)絡(luò)地圖制圖學(xué)、智能地圖學(xué)為典型標(biāo)志性特征[1,7]。地圖學(xué)的重點已從如何制作一幅地圖向如何更好地輔助管理空間數(shù)據(jù)遷移，地圖則由地表展示向空間信息可視化、時空大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、地理美學(xué)等轉(zhuǎn)化，地圖的使用者和制作者也逐漸一體化[1-2,7]?！兜貓D學(xué)》作為地學(xué)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也需要隨著學(xué)科體系的變更而不斷變革。

2 目前教學(xué)中存在的問題

目前很多高校都開設(shè)了《地圖學(xué)》，特別是地理信息科學(xué)專業(yè)。這門課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，也是很多課程的前導(dǎo)課程[7-10]，但在教學(xué)中仍存在一些問題。

2.1 課程內(nèi)容不能緊跟時代發(fā)展要求

目前課程內(nèi)容主要還是以傳統(tǒng)地圖學(xué)理論為主，而隨著3S技術(shù)的應(yīng)用普及、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的更新、云計算和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，地圖學(xué)和其他學(xué)科之間的交叉更為密切，《地圖學(xué)》在課程內(nèi)容設(shè)置方面需要緊跟時代變化?，F(xiàn)在市面上的《地圖學(xué)》教材，大多以傳統(tǒng)地圖學(xué)理論為主，而針對三維地圖、網(wǎng)絡(luò)地圖、動態(tài)地圖、新圖種相關(guān)內(nèi)容的筆墨較少；側(cè)重于符號制作和表示方法，而輕于地圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和處理分析；偏向于傳統(tǒng)地圖技術(shù)流程，而對地圖美學(xué)、地圖評價、地圖文化等內(nèi)容涉及較少。此外，不同專業(yè)對《地圖學(xué)》要求的深度和側(cè)重不同，與其他課程的前后銜接關(guān)系也有差異，對教學(xué)內(nèi)容有很大影響，使得選擇一本合適的教材較為困難[9]。

2.2 課堂教學(xué)模式的欠缺

教學(xué)手段基本延續(xù)了傳統(tǒng)的教師全堂灌的模式，學(xué)生被動接收，知識的傳遞是單向的[11-12]。該模式存在很多弊端，如地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)部分，課堂教學(xué)容易使學(xué)生感到不知所云、枯燥沉悶；地圖符號部分，符號設(shè)計原則等條框的理解不夠具體，容易混淆，學(xué)生思路不能緊跟教師，課堂教學(xué)質(zhì)量不高。雖然多媒體的教學(xué)手段應(yīng)用多年，但主要功能只是課件展示，課件中以文字和圖片為主，音頻、視頻和動畫等應(yīng)用較少。采用電子課件后，板書減少，課堂容量明顯增加，學(xué)生記筆記的寥寥無幾，在這種內(nèi)容多、速度快、交互少、時間緊、課件已有的情況下，沒有開發(fā)學(xué)生的課堂思考、專注力不夠，往往把對知識的融會貫通壓到課后，最后就不了了之。

2.3 應(yīng)用實踐的簡化

隨著教學(xué)改革，《地圖學(xué)》的課時均有不同程度的壓縮，從各高校的情況來看，實踐課時約占總課時的1/3，而總課時基本在32～64學(xué)時范圍之內(nèi)，極個別院校安排到80學(xué)時[10]，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）的總課時也是48學(xué)時。實踐安排時間短，只能完成一些基礎(chǔ)性、驗證性的實驗，無法安排綜合性、創(chuàng)新性強(qiáng)的實驗，內(nèi)容的完整性與連貫性不易均衡，深度挖掘往往不足。

在具體的教學(xué)中，為了彌補(bǔ)時間的不足，教師盡量將實驗教程做得足夠詳細(xì)，學(xué)生按實踐指導(dǎo)逐步操作，只要得到預(yù)期結(jié)果，一個實驗就算是完結(jié)了。實驗前沒有方案設(shè)計，實驗中忙于照貓畫虎沒有思考，實驗后沒有回顧總結(jié)，實驗之間的聯(lián)系也難以發(fā)現(xiàn)。后續(xù)學(xué)習(xí)或科研中用到時依然一片茫然，還需再翻當(dāng)時的實驗教程。

3 新時代《地圖學(xué)》教學(xué)的思考

針對上述現(xiàn)實問題，結(jié)合教學(xué)中的一些思索，筆者認(rèn)為《地圖學(xué)》的教學(xué)應(yīng)從3個方面加以改進(jìn)。

3.1 教學(xué)內(nèi)容合理安排和調(diào)整

目前，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）《地圖學(xué)》教學(xué)選用的教材是毛贊猷等主編的《新編地圖學(xué)教程》，同時參考了王家耀院士等主編的《地圖學(xué)原理與方法》、祝國瑞等主編的《地圖學(xué)》和《地圖設(shè)計與編繪》、廖克等主編的《現(xiàn)代地圖學(xué)》以及黃仁濤等主編的《專題地圖編制》等書籍。結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，課程教研組對內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和補(bǔ)充。

導(dǎo)論部分介紹地圖的概念、特征、構(gòu)成要素、類型、應(yīng)用以及地圖學(xué)的概念、知識體系、相關(guān)學(xué)科等[9-10]。結(jié)合應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生理解地圖的特征，從而準(zhǔn)確掌握地圖的概念，借助各種地圖教具直觀地理解地圖構(gòu)成要素等內(nèi)容。地圖與地圖學(xué)的發(fā)展是個趣味性強(qiáng)且不斷補(bǔ)充證據(jù)的過程，授課中可補(bǔ)充一些視頻資料，提高學(xué)生的興趣。針對當(dāng)前地圖學(xué)的研究前沿，介紹國內(nèi)外知名學(xué)者的研究思想和觀點，讓學(xué)生擴(kuò)展性閱讀一定的中英文參考文獻(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生初步了解研究主題和查閱資料之間的關(guān)系，為學(xué)生的科研文獻(xiàn)查閱做一定的鋪墊。

地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)中地圖投影是重點，主要包括地圖投影的概念、理論方法、投影的變形分布特點以及制圖中的地圖投影選擇等內(nèi)容。地圖投影部分比較抽象，需要空間思維，否則很難想象經(jīng)緯線網(wǎng)投影后的形狀和變化規(guī)律，可通過現(xiàn)實教具、形象動畫、軟件展示、虛擬仿真等手段讓學(xué)生理解地圖投影的空間過程，這樣對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的其他內(nèi)容會一通百通。

地圖符號與地圖表示方法主要包括地圖符號的概念、視覺變量，色彩的含義和選擇，地圖的表示方法，動態(tài)時空信息的地圖表示等內(nèi)容。其重點是地圖符號的設(shè)計，選擇合適的視覺變量來表示地物的質(zhì)的差異或量的含義以及變化的相應(yīng)狀態(tài)，授課時可讓學(xué)生采用試錯、比對、模仿的方式完成一定的訓(xùn)練，并結(jié)合地圖生產(chǎn)單位的參觀和實習(xí)，讓學(xué)生體會心象地圖與現(xiàn)實場景、計算機(jī)地圖設(shè)計與實體地圖之間的關(guān)聯(lián)和差異，從而將地圖設(shè)計的原則規(guī)律與地圖美學(xué)的素養(yǎng)整合在一起。

普通地圖與專題地圖主要包括兩種地圖的概念、特點、內(nèi)容與區(qū)別，普通地圖中的地形圖和地理圖的區(qū)別對比、所表示的要素內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、表示方法、視覺變量、地形圖的分幅和編號等，專題地圖的類型、內(nèi)容特點、設(shè)計與整飾，幾種常見地圖的選材、設(shè)計、編制、圖面安排和評價，網(wǎng)絡(luò)專題地圖的數(shù)據(jù)選擇和制作流程以及評價。

地圖概括一直是地圖學(xué)領(lǐng)域的一個研究難點，主要內(nèi)容包括地圖概括的概念和本質(zhì)，概括實施過程中的方法、適用范圍和應(yīng)用特點，介紹當(dāng)前自動概括領(lǐng)域的研究方向、算法分析和新思路，以及目前軟件支持的自動概括方法和限制因素。

3S、新技術(shù)與地圖介紹了地圖數(shù)據(jù)庫與GIS的關(guān)系，3S與地圖、數(shù)字地圖的類型和區(qū)別，電子地圖的特點和制作以及遙感地圖的比較；介紹了網(wǎng)絡(luò)地圖的應(yīng)用與制作、網(wǎng)絡(luò)地圖小工具的使用；介紹了泛地圖的概念、非常規(guī)地圖的類型和生產(chǎn)；還介紹了云地圖、大數(shù)據(jù)、人工智能與地圖等。

地圖應(yīng)用與文化主要講述地圖的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法、地圖的應(yīng)用分析和案例、地圖的文化內(nèi)涵、新文化地圖、地圖文化的發(fā)展和地圖文化的人文精神等。

3.2 教學(xué)模式的改進(jìn)

《地圖學(xué)》教學(xué)以學(xué)生對地圖學(xué)知識和方法的掌握為最終目的，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對教學(xué)效果具有極大的促進(jìn)作用。傳統(tǒng)《地圖學(xué)》教學(xué)中，按照概念的逐步推進(jìn)，教師以課堂講授為主，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)較少，學(xué)習(xí)興趣不高，效果總體不好[11-12]。因此，探索教學(xué)模式的改進(jìn)，對提高學(xué)習(xí)成效有很大意義[12]?！耙詫W(xué)生為本，以項目為驅(qū)動[13-15]，以問題為導(dǎo)引[16]，強(qiáng)調(diào)小組合作，重過程控制和探索[17]創(chuàng)新”的教學(xué)模式探索逐步取得成效。

《地圖學(xué)》是強(qiáng)調(diào)動手實踐能力的課程，開課之初，就以現(xiàn)實需求為項目驅(qū)動，以從無到有完成一幅地圖為任務(wù)，學(xué)生組成合作小組，選擇感興趣的制圖項目，以完成該項目為學(xué)習(xí)動機(jī)開始學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中逐步完成其中的各個環(huán)節(jié)。將項目驅(qū)動與過程控制相結(jié)合，在學(xué)習(xí)過程中，教師要協(xié)助學(xué)生合理分割制圖項目，從選題、數(shù)據(jù)、處理、設(shè)計、制圖、整飾等方面合理規(guī)劃，并把握進(jìn)度，設(shè)置各階段的成果檢驗和反饋機(jī)制。學(xué)生組成合作小組，在項目的實施過程中集思廣益、討論分配工作、各階段廣泛交流，根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整提升。以項目為主線能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，在課程講授過程中，注重以學(xué)生為本，因內(nèi)容施教；對于陳述性的知識，注重展示的豐富性和概念之間的邏輯聯(lián)系；對于擴(kuò)展性的內(nèi)容，提前拋出問題，讓學(xué)生以小組為單位搜集資料、論證問題，并在課堂安排展示交流，驅(qū)動學(xué)生的探索和創(chuàng)新。

根據(jù)動機(jī)模式理論，激勵力量可激發(fā)、維持并貫穿整個動機(jī)行為，隨著時間的推移，內(nèi)外部機(jī)制會不斷生成新的自我激勵力量[14]。在教學(xué)過程中，應(yīng)注意這些方面；①以項目為主線的目標(biāo)確定性和可實現(xiàn)性，地圖項目選擇與生活相關(guān)的，更有利于實現(xiàn)，實施過程中可根據(jù)各環(huán)節(jié)進(jìn)行切割，形成一系列易于操作的子項目，完成每個子項目都會形成新的激勵力量；②積極的反饋和情感肯定，教師追蹤子項目的進(jìn)展情況，給予小組必要的幫助和指導(dǎo)，在子目標(biāo)如期完成時，對成果給予肯定的評價，學(xué)生會獲得成就感和滿足感，這種積極情感會帶來快樂并可投射到后續(xù)的學(xué)習(xí)活動中，起到維持并放大學(xué)習(xí)動機(jī)的作用。以項目驅(qū)動的教學(xué)模式設(shè)計如圖1所示。

圖1 以項目驅(qū)動的教學(xué)模式設(shè)計

3.3 新時代《地圖學(xué)》學(xué)習(xí)中對實踐課程的要求

地圖學(xué)雖然具有很多理論基礎(chǔ)知識，但更注重實踐性。通過實踐課程，能加深學(xué)生對理論的理解和貫通，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和處理問題的能力，使其能自主完成一幅地圖從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理、設(shè)計、編輯符號化到出版應(yīng)用的整個過程[15,18-23]。

在實踐課程的設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)制定好每次課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，圍繞問題，引出《地圖學(xué)》中的方法和思路，利用工具或軟件形成可行的技術(shù)方案，完成任務(wù)。合理安排基礎(chǔ)性、驗證性、綜合性和創(chuàng)新項目實驗的時間；實驗應(yīng)難易結(jié)合，以綜合性、創(chuàng)造性的實驗為整個課程的大脈絡(luò)，課程伊始先給出一個整體的制圖項目任務(wù)，再逐步安排驗證性的實驗，同時副線開展預(yù)分割的子項目、大任務(wù)的自主完成。實驗應(yīng)采用多樣化的工具軟件，GIS軟件具有空間數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢和符號化的便利[18]，平面繪圖軟件的圖面美觀、個性化設(shè)計效果更好，圖像處理軟件具有良好的圖面整飾效果，有些小工具可針對性地處理某類特定問題。積極利用虛擬仿真實驗環(huán)境，搭建地圖學(xué)虛擬仿真實驗，將難以理解的內(nèi)容直觀化，并通過學(xué)生成果的迭代，不斷豐富實驗的內(nèi)容。

實踐課程不僅安排上機(jī)實驗，還可安排去生產(chǎn)單位進(jìn)行參觀交流學(xué)習(xí)，使學(xué)生對地圖生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程更加了解，對多圖種的區(qū)別和生產(chǎn)認(rèn)知更深刻，對地圖生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制更明確。實驗也可結(jié)合部分行業(yè)競賽的形式，展開文化地圖制作評比，邀請相關(guān)的老師和專家做評委，點評學(xué)生的作品，從而讓學(xué)生對地圖文化和地圖應(yīng)用方面的理解更加深刻。

4 結(jié) 語

目前《地圖學(xué)》教學(xué)中仍存在一些問題，需要授課教師對問題進(jìn)行深入挖掘，對《地圖學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容、方法、側(cè)重點，實驗內(nèi)容，實驗銜接等問題進(jìn)行合理安排規(guī)劃，并引入當(dāng)下的研究熱點，合理利用學(xué)校和社會企業(yè)等資源，結(jié)合各學(xué)科優(yōu)勢，使學(xué)生既有扎實的地圖理論基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)的動手實踐能力；既能制作出符合目標(biāo)和地圖“美商”的地圖，又具有地圖科研和創(chuàng)新的能力，緊跟應(yīng)用發(fā)展，為祖國發(fā)展做出貢獻(xiàn)。