地理信息科學概念精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇地理信息科學概念范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

1　地理科學在科學體系中的地位

錢學森在20世紀80-90年代逐步完成了總結全人類研究的科學體系。概括起來分11個門類、5大巨系統、4項建設（圖1、圖2、圖3、表1），下面分別表述原著與解解的內容。

附圖

圖1　錢學森論人類的知識體系

fig.1 the statement of human knowledge system by qian xuesen

錢學森將當今人類對科學知識的體系，分為數學科學、自然科學、地理科學、社會科學、建筑科學、軍事科學、人體科學、思維科學、行為科學、系統科學與美學11個體系。對上述人類知識體系解讀，可以將自然科學、社會科學和地理科學作為客體世界的主要研究對象；而人體科學、思維科學和行為科學作為人類主體的主要研究對象；建筑科學界于客體與主體科學之間；軍事科學實際上是指謀略科學（包括經濟、政治、軍事等），是在掌握所有科學基礎上的智慧較量；美學是縱貫于各個學科的；數學科學與系統科學是橫貫于各個學科的。因此有以下的科學分類網絡系統（圖2）。

附圖

圖2　科學分類的網絡體系

fig.2 the network system of science classification

在五個開放的、復雜巨系統中（圖3），地理系統與星系系統、社會系統、人體系統、人腦系統并列，其中的物理、地理、事理、人理、腦理中的“理”都是指研究的“規律”。

錢學森提出的社會主義總體設計部（表1）中，除了政治文明建設、物質文明建設、精神文明建設外，特別提出地理建設，筆者將其修改為地理系統工程，并增加了人口、科教、城鎮、資源、災害、產業。

表1　社會主義建設的系統結構（略有修改）

tablel the system structure of socialism construction

附圖

2　地理信息科學

20世紀70年代以來，隨著航天技術的迅猛發展，來自外層空間的遙感、遙測、定位、通訊信息海量地增加；隨著計算機技術的迅猛發展，處理與解決這些海量數據的能力大幅度地提高。地理信息系統、地理專家系統、管理信息系統、輔助決策系統應運而生，使得地理信息科學首先獲得發展的機會。正是地理信息科學這門用高新技術武裝起來的技術科學的發展，帶動了整個地理科學的建立與發展。

附圖

圖3　五個開放的復雜巨系統

fig.3 five open complex giant system

地理信息科學的主要內容就是天地信息一體化網絡系統，包括航天信息網絡系統（外層空間衛星之間的信息網絡）、地面的網絡系統、天地之間的網絡系統三部分，是有線網絡與無線網絡連通的一體化網絡系統。1998年筆者發表了“航天信息與地理信息一體化網絡系統及其應用”的論文[5]，2002年又發表了“論地理信息科學的發展”[6]一文。兩篇論文基本上代表了地理信息科學的創始與發展，當前各行各業都在進行數字化或信息化的建設，實際上都是天地信息一體化網絡中的部分子網絡或子系統。地理信息科學中最重要的原創性的成果是遙感信息模型與地理信息編碼模型。

隨著遙感信息的大量獲取，數學家以模式識別為工具對遙感信息進行圖像處理與分類，使用的數學工具主要是數理統計的方法，把遙感信息看成是沒有成因關系的隨機變量；物理學家則把獲取遙感的物理過程視為遙感信息的成因，因此采用反演的方法，使用輻射傳輸方程為主的數學工具，事實上不承認地理現象的不確定性；大多數地理學家將遙感信息當成系列成圖的基礎信息，快速、準確地制作系列地圖。地圖是符號系統，其信息量遠不可與遙感信息量比較，地圖學家把遙感信息轉化成符號系統的系列圖譜。遙感信息模型則是將地理復雜現象中的非遙感信息轉變為歸一化的影像信息，與遙感信息一起用方程、統計與相似準則結合，也即演繹邏輯、歸納邏輯與類比邏輯結合；確定性與不確定性（包括隨機的不確定性、模糊的不確定性、灰色的不確定性、分形的不確定性）辯證統一；圖像與方程（一個像元或一個圖斑、一個方程）耦合；抽象思維與形象思維互動而建立起來的一種地理復雜信息模型[7-9]。這種信息模型只有在遙感技術的推動下才有可能產生。這種信息模型是遙感信息與地理信息連接的紐帶。

地理信息系統本來就是為了制作地圖而創建的，因此地圖學家將從遙感中提取的系列地圖存入地理信息系統，是順理成章的。但是這種地理信息系統無論空間分析功能多么強大，也不可能進行模型計算，外掛、內嵌種種方式都不可能解決直接進行模型計算問題。系列地圖存入計算機的圖形庫時，信息又是冗余的，因此帶來一系列與計算機技術發展格格不入的疑難，最為典型的是數據挖掘，數據挖掘說明存在數據庫中的信息有冗余。遙感信息模型的運算要求地理信息系統可以直接進行模型計算，由此地理信息編碼模型應運而生[10,11]。傳統的地理信息系統以圖形的疊合(overlay)為主；而能夠進行遙感信息模型運算的地理信息系統則以像元或圖斑中的多位編碼的抽取(extract)為主。這又是完全相反的途徑。地理信息編碼模型還是地理定量信息與定性信息轉化的紐帶，也是地理信息系統中屬性庫與地理專家系統中知識庫聯系的橋梁。

總之，天地信息一體化網絡系統是開放的復雜巨系統，研究這個巨系統的地理信息科學的內容遠遠超過了3s(remote sensing,global positioning system,geographical information system)的范圍，而是以天地信息一體化網絡系統為核心的天—地—人—機系統。地理信息科學雖然是從屬于地理科學的技術科學，但是地理信息科學的誕生與發展是引領地理科學成長的核心力量，因此本刊更名時，將地理信息科學與地理科學相提并論，突出了地理信息科學的重要性。

3　地理系統工程

地理系統工程當前尚未被廣泛認識，已經認識到的也僅僅是系統工程在地理學中的應用。當地理信息科學中的模型在實踐中應用時，必然會涉及地理系統工程的可操作性。地理遙感復雜信息模型的建立，可以進行定量預報和回溯，因此為地理系統工程打下了工程的基礎。國民經濟的主戰場主要包括人口、資源、生態、環境、災害、城鎮、基建、產業等8個方面，這8個方面是互動的。

如果沒有以高新技術武裝起來的地理信息科學的支撐，研究復雜的地理系統工程就是空想，然而所幸的是人們已經掌握了地理信息科學的許多關鍵技術，地理系統工程的實踐指日可待。

4　理論地理科學

地理信息科學一方面可以進一步為地理系統工程提供研究方法與手段；另一方面又為理論地理科學提供技術基礎。從遙感信息模型發展到地理復雜信息模型再到地理數學[8]，為理論地理科學奠定了堅實的基礎。

理論地理科學中首要的是建立開放的復雜巨地理系統的理論；其次是地理類比的廣義相似理論[13]；第三是一般地理復雜模型理論與地理數學；第四是地理數學在部門地理—部門子地理系統工程與區域地理—區域地理系統工程中的應用。理論地理科學如果不能指導部門子地理系統工程的研究和區域地理系統工程的研究，那么就失去了理論意義。

如果沒有以高新技術武裝起來的地理信息科學的支撐，研究理論地理科學也是空想，然而所幸的是人們已經掌握了地理信息科學的許多關鍵技術，理論地理科學的建立指日可待。

5　地理科學在可持續發展信息社會中的作用

地理學的發展經歷了“地理環境決定論”、“人類中心主義”，然后達到了地理科學的可持續發展的階段。地球上人類消耗的資源、能源是極其不平衡的，按照發達國家的水平，一個地球是滿足不了全人類的需求的。可持續發展只有在信息社會中才能實現，人類一方面需要依靠科學技術開發資源，如太陽能的利用，靠基因工程使綠色植被更多地利用太陽輻射，靠納米技術直接轉化太陽能為電能；另一方面是靠信息技術節省資源、能源，如天地信息一體化網絡系統就是信息社會的重要支柱之一，靠航天技術獲取外層空間信息源，靠計算機技術建立信息網絡。由此可見，地理信息科學在可持續發展信息社會中的作用[14]。隨著地理信息科學的發展，地理系統工程與理論地理科學的發展，將為國民經濟的主戰場做出重要的貢獻。

由上分析，可見地理科學與地理信息科學已經被廣泛共識，地理系統工程與理論地理科學的發展尚不夠充分，因此本刊更名為“地理與地理信息科學”是適時的，是既有繼承性又有發展性的；是既有前瞻性又有現實性的。在這里我們希望地理科學界的同仁，切不要輕視技術，高新技術恰恰是新理論、新應用的強大推動力。

【參考文獻】

[1]　錢學森，等.論地理科學[m].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]　錢學森.發展地理科學的建議[j].大自然探索，1987,6(19):36-46

[3]　錢學森.就“地理科學”答《地理知識》記者問[j].地理知識，1990,(1):90-93.

[4]　馬藹乃.論地理科學的發展[j].北京大學學報（自然科學版），1996,32(1):120-129.

[5]　馬藹乃.航天信息與地理信息一體化網絡系統及其應用[j].北京大學學報（自然科學版），1998,34(4):533-541.

[6]　馬藹乃，等.論地理信息科學的發展[j].地理學與國土研究，2002,18(1):1-8.

[7]　馬藹乃.遙感信息模型[m].北京：北京大學出版社，1997.1-165.

[8]　馬藹乃.遙感信息模型與地理數學[j].北京大學學報（自然科學版），2001,37(4):521-529.

[9]　馬藹乃.遙感地理信息模型[j].地理學報，1996,51(3):266-271.

[10]　馬藹乃.地理信息編碼模型[a].地理科學與地理信息科學論[c].武漢，武漢出版社，2000.283-302.

[11]　馬藹乃.地理知識的形式化[a].地理科學與地理信息科學論[c].武漢，武漢出版社，2000.261-274.

[12]　馬藹乃.21世紀黃河系統工程方略（首屆黃河論壇暨王化云治黃思想研討會）[n].黃河報（轉載），2002.

篇(2)

關鍵詞：GIS；發展；演化

一、前言

地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）是一種專門用于采集、存儲、管理、分析、和表達空間數據的信息系統。其既是表示、模擬現實空間世界和進行空間數據處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關于空間信息處理分析的“科學技術”。

二、GIS的提出和迅速發展

50年代，由于電子計算機科學的興起和它在航空攝影測量與地圖制圖學中的應用，使人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯和處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據，并希望通過計算機對數據的分析來直接為管理和決策服務，這樣就導致了地理信息系統的問世。

1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍數據庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發展土地信息系統（LIS），用于地籍管理。1963年，加拿大測量學家R.T.Tomlinson首先提出了地理信息系統這一術語，并建立了世界上第一個GIS—加拿大地理信息系統（CGIS），用于自然資源的管理和規劃。稍后，美國哈佛大學研究出SYMAP系統軟件。但是，由于當時計算機技術水平不高，存儲量小、磁帶存取速度慢，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，地學分析功能極為簡單。當時的系統能實現手扶跟蹤數字化地圖，進行地圖數據的拓撲編輯，分幅數據的拼接，并發展了基于柵格的操作方法。

進入70年代以后，由于計算機硬件和軟件技術的飛速發展，尤其是大容量存取設備—磁盤的使用，為空間數據的錄入、存貯、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發展增強了人機對話和高質量圖形顯示功能，促使GIS朝著實用方向迅速發展。一些發達國家先后建立了許多專業性的土地信息系統和地理信息系統。GIS這一技術成為一個引人注目的領域。

三、80年代的GIS—地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）

80年代是GIS在理論、方法和技術上取得突破與趨向成熟的階段。由于大規模和超大規模集成電路的問世，推出了第四代計算機，特別是微型計算機和遠程通訊傳輸設備的出現，為計算機的普及應用創造了條件，加上計算機網絡的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開發工具的廣泛應用和數據庫技術的推廣，推動了GIS的數據處理能力、空間分析功能、人機交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出技術的進一步發展，并逐步走向成熟。GIS的應用從解決基礎設施的規劃（如道路、輸電線等）轉向更加復雜的區域開發問題。當時，GIS已跨越國界，在全世界范圍內全面推廣，應用領域不斷擴大，并與衛星遙感技術結合，開始應用于全球性的問題（如全球變化、全球沙漠化監測等）。因此，國際著名的GIS專家，即前面提到的R.T.Tomlinson認為：“如果70年代是GIS發展的鞏固時期，那么80年代則是國際上GIS發展具有突破性的年代”。這個時期，GIS還保留有地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）的含義和意思。

四、90年代的GIS—地理信息科學（GeographicInformationScience,GIS）

地理信息系統技術的應用大大提高了人類處理和分析大量有關地球資源、環境、社會與經濟數據的能力，而地理信息系統技術及其應用的進一步發展則必須以地球信息機理理論為基礎。陳述彭院士在論述地理信息系統發展時強調了對于地球信息基礎理論的研究，并指出地球信息基礎理論的實質內容：地理信息系統已不僅僅限于物質流與能量流的信息載體，而且包括研究地學信息流程的動力學機理與時空特征、地學信息傳輸機理及其不確定性(多解)與可預見性等；并認為：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于這個Info還包括很多地學規律，其分析模型必須以地學為基礎。

Goodchild于1992年提出地理信息科學(GeographicinformationScience)的概念。地理信息科學主要研究在應用計算機技術對地理信息進行處理、存貯、提取以及管理和分析過程中所提出的一系列基本問題，如數據的獲取和集成、分布式計算、地理信息的認知和表達、空間分析、地理信息基礎設施建設、地理數據的不確定性及其對于地理信息系統操作的影響、地理信息系統的社會實踐等。地理信息科學的提出是地理信息系統技術及應用發展到相當水平后的必然要求，它是在人們不再滿足于僅僅利用計算機技術來對地理信息進行可視化表達及其空間查詢，而強調地理信息系統的空間分析和模擬能力時產生的；它在注重地理信息技術發展的同時，還注意到了與地理數據、地理信息有關的其他一些理論問題，如地理數據的不確定性、地理信息的認知以及社會對于地理信息技術運用于實踐的認可等。由此可見，地理信息科學在地理信息技術研究的同時，還指出了對于支撐地理信息技術發展的基礎理論研究的重要性。世紀之交，由于地理信息系統的應用日益廣泛，加上航空和航天遙感、全球定位系統、數字網絡(Internet)和地理信息系統等現代信息技術的發展及其相互間的滲透和整合，逐漸形成了以地理信息系統為核心的地球空間信息集成化技術系統，為解決區域范圍更廣、復雜性更高的現代地學問題提供了新的分析方法和技術保證；同時，這些現代信息技術的綜合發展及其應用的日益深廣，掀起了全球變化研究與對地觀測計劃的新高朝，于是時勢造英雄，促使一門新興的交叉學科“地理信息科學”的脫穎而出。這個時期，GIS己經漸變地含有地理信息科學（GeographicInformationScience,GIS）的含義和意思。

五、現在的GIS—地理信息服務(GeographicInformationService,GIS)

近年來，隨著地理信息產業的建立和地球數字化產品的普及應用，GIS的發展進入到各行各業乃至各家各戶的用戶時代，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。這個時期，社會對GIS的認識普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系統已成為許多機構（特別是政府決策部門）必備的工作和決策咨詢系統。國家級乃至全球級的地理信息系統已成為公眾關注的問題，地理信息系統已被列入“信息高速公路”計劃，也是美國前副總統戈爾提出的“數字地球”戰略的重要組成部分。地理信息系統的研究和應用正逐步形成行業，具備了走向產業化的條件。

近來，個人數字助理（PersonalDigitalAssistant,PDA）、移動電話的普及給新的應用創造了許多機會。這樣的應用有流動工作人員和基于位置服務。流動工作人員，顧名思義，他們工作在遠程位置，如客戶處、分公司或者野外現場。這些工作人員經常要為完成某項任務下載一段所需的數據，在遠端使用這段數據，然后在每天工作結束的時候將改動更新（同步地）到主數據庫上。這種場景的一個重要方面是：客戶端保留有數據，并以離線方式在本地對數據進行操作?；谖恢梅盏氖褂檬墙陙沓霈F的一個重要趨勢，這類服務徹底改變了對用戶地理位置的依賴。隨著全球定位系統（GPS）的應用，可以很容易確定任何一個客戶/使用者的精確位置，并根據用戶的地理位置提出最佳解決方案。基于位置服務的影響和重要性促使開放GIS協會（OpenGISConsortium,OGC）提出了開放位置服務（OpenLocationService，OpenLS）,希望能夠將地理空間數據和地理操作的資源集成到位置服務和電信基礎設施中去。美國聯邦政府已于2001年10月頒布了規定：所有蜂窩電話的位置在67%的使用時間里必須是可追蹤的，追蹤精度為125米。這樣，一方面人們總在評述著Internet革命“消滅”了地理的概念，與此同時，對于空間技術的需求卻在不斷增長。位置服務（LocationBasedService,LBS）的巨大魅力在于通過固定或移動網絡發送GIS功能和基于位置信息，從而在任何時間應用到任何人、任何位置和任何設備上。當前，LBS已成為科學研究、技術發展和市場開拓領域共同的熱點話題。此時，GIS已朝著地理信息服務(GeographicInformationService,GIS)的方向發展。

六、結論

篇(3)

[關鍵詞]GIS應用 認知階層性 地理信息 有效傳輸

[中圖分類號] P25 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-10-175-1

隨著科學技術的快速發展，GIS的應用越來越廣泛，逐漸成為人們獲取地理信息的主要依據。而GIS想要有更廣泛的應用市場，則必須將GIS地理信息的傳輸與人們的普遍認知進行有效的結合，以此才能夠得到用戶對于GIS的信賴，并逐步的滲透到用戶的生活中。

1 GIS應用在地理信息傳輸中的優勢

GIS的優勢在于它的數據綜合、地理模擬和空間分析能力，這是GIS的核心和優勢。GIS首先是一個信息系統，其特征和功能與一般的信息系統類似，不同的是GIS把各種信息通過“地理位置”有機地組織起來，其存儲處理的信息是經過地理編碼的，地理位置和與位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。以查詢工廠數據庫為例，只要數據庫記錄了工廠的地址和產值等信息，信息系統就可以回答諸如“北京有哪些工廠？”，“上海年產值超過2000萬元的工廠有哪些？”之類的查詢，因為城市、產值都是數據庫的數據項。但如果用戶需要回答“在某商店附近10公里范圍內共有多少消費者？”之類的查詢，一般的信息系統就無能為力了，因為數據庫里沒有記錄每個工廠與任意一個地點之間的距離或是所在地點的所有人口信息。地理信息系統可以解答以下類型的問題：在地域中研究對象A的位置；研究對象B和地點的關系；在距離研究對象A某一范圍內有多少研究對象B；在某一地點A，數據項B的值是多少（如某公司所在街道的人均收入有多高）；從地點A經由地點B至地點C的最短路線是什么？GIS不僅可以直接查詢數據庫里記錄的信息，還可以通過運算查詢數據庫里沒有直接記錄的信息。例如房地產經紀人可以用GIS在一定的區域內尋找滿足“框架結構、有四室2廳2衛1廚、房價每平方公尺少于3000元”的所有房屋。模擬某事件產生的后果（例如，如果附近的湖水位上升3米，某公司所在地會不會被水淹沒？）等。

2 GIS的階層性認知原則

人類對于外部環境的認知是基于對各種關系的理解，根據對各種關系的理解而進行階層性類別的分類。而這種階層性的認知具有著廣泛的普遍性和個別的差異性。抓住人類階層性認知的普遍性就是GIS應用有效傳輸的一個關鍵性因素。在GIS應用中，根據人類階層性認知原則，可以將GIS應用分為兩個空間，一個是人類認知空間，一個是地理認知空間。

2.1人類認知空間

人類認知事物是通過階層性的認知形式來實現的，也就是分類認知。譬如說人可以很快的分辨出這個動物是貓而不是狗，這就是通過階層性的認知來實現的。但人類在進行事物的階層性認知過程中，可以根據不同的關系和分類條件來進行分類。譬如說貓和石頭相比，貓是有生命的，而石頭是沒有生命的。其對比參造物不同，其階層性認知也存在著不同的差異性。如果根據人類的認知進行GIS應用認知階層的粗略花販，是不能夠實現GIS地理信息的有效傳輸的。因此必須要進行更深層次，更細致的劃分。當信息制造者所發出的信息與信息接受者能夠認知的信息相吻合，就能夠實現信息的有效傳輸。因此，只有將人類認知空間與GIS應用系統的地理空間進行有效的融合，就可以實現信息的有效傳輸了。

2.2地理認知空間

其實，地理認知空間也是根據不同的關系和分類條件進行實際復雜的地理情況的階層性認知空間和層次的劃分的。GIS應用中地理空間階層性的分類依據是位置的相互關系。通過相互關系的確定來進行等級的分類，并通過信息制造者繪制的概念地圖模型來反映地理信息，與人類的認知空間有著一定的對應關系。其地圖模型需要與人類的認知空間相匹配的，否則就會造成信息的傳輸障礙，影響信息的有效傳輸。

3 GIS的感覺和概念的認知原則

首先，在信息的傳輸過程中，當人類的認知空間與信息制造者所模擬的地理空間發生重疊時，用戶會產生對地理信息的感知和共鳴，從而獲得地理信息這種概念而實現地理信息的有效傳輸。在信息制造者進行概念地圖模型的創建時，不僅需要注意認知的階層性問題，還需要注意到認知的感覺性問題。而概念地圖模型中最為關鍵的感覺是視覺。因此，在進行視覺變量（包括顏色、形狀以及相對尺寸比例等）和幾何變量（點、線、面等）的設計時，需要實現感覺認知的對應性，否則也會影響地理信息的有效傳輸。此外，GIS應用還具有查詢和分析功能。如果想要這兩個功能得到實現，則需要依賴感覺和概念認知所產生的學習認知。只有設計者將設計的認知空間與人類的學習認知實現有效的對應和重疊，才能夠真正的發揮其應用的效果。

4地理信息有效傳輸的條件

根據上面的敘述可以知道，一條地理信息傳輸鏈需要經過四個認知空間：信息制造者的地理空間和認知空間；信息接受者的地理空間和認知空間。這四個空間是相互對應的關系，也只有這四個空間實現相互重疊，才可能實現GIS應用的地理信息的有效傳輸。

信息的制造者也就是繪圖者，繪圖者需要根據客觀世界當中的地理實體進行公路的測量，并通過制圖的形式繪制出地圖，并用紅色線將地圖中的地理要素進行繪制。繪圖過程不但依靠的是客觀世界，也包括制圖者對客觀世界的認知。只有制圖者對客觀世界的認知與信息接受者對客觀世界的認知相符合，才能夠完成信息的有效傳輸。

5總結

綜上所述可以知道，GIS應用系統的地理信息傳遞過程有三個主體，如果要實現有效傳輸，則需要保證三個主體都能夠實現相對應的地理空間和認知空間的重疊。因此，可以知道在進行GIS應用概念地圖模型的設計時，不但需要依靠信息技術科學、地理科學，還要依靠認知科學。只有基于認知科學的掌握，才能夠保證GIS應用中地理信息的有效傳輸。

參考文獻

[1]張亢峰，任曉蕾，Xiao-lei.地理信息數據傳輸和使用的安全問題[J].測繪與空間地理信息，2010（6）.

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關鍵詞：地學三維可視化；教學改革；課程建設

中圖分類號：P208 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2012）09-0155-02

科學計算可視化[1]（visualization in scientific computation）是20世紀80年達國家提出的一個新的研究領域，是通過運用計算機圖形學和圖像處理，將科學計算的過程和結果以圖形或圖像的形式顯示，并進行交互處理的方法和技術。它涉及計算機圖形學、計算機視覺、圖像處理和人機交互等多個領域。科學可視化在地學領域，如地理信息系統（GIS）和地學建模（GMS）的應用，形成了地學可視化。通過地學三維可視化可以提高人們對復雜、抽象的三維地學現象的空間感知、理解和分析能力。隨著地學可視化技術的發展和廣闊的應用前景，一些高校在與地學相關的專業中相繼開設了地學可視化相關課程。

一、課程開設的必要性

從學科發展需要而言，孫九林院士認為“地球信息科學這個學科是地球科學與現代信息科學技術交叉融合綜合集成在一起的新興學科，是以信息流為手段，來研究地球系統內部的物質流、能量流、人流和運動狀態、方式?！钡貙W領域關于三維空間信息的采集、組織、表達、建模、可視化、交互分析的研究日益重要，發展為兩個并行的研究方向[1]，一個是3D GIS（三維地理信息系統），是以地球表面及其以上的自然地理實體和人工建筑實體為研究對象，另一個是3D GMS（三維地學模擬系統），是以地表及其以下自然地質實體和人工開掘實體為研究對象。目前，真三維地學建模、三維拓撲描述、地表地下空間無縫集成、三維動態地學過程模擬、三維地學可視化等問題已成為地球空間信息的技術前沿和攻關熱點[1-3]，吸引了計算機科學、測繪、地理、地質、采礦、巖土、環境、資源等諸多領域的學者的研究興趣。因此為了適應地球信息科學的學科發展，有必要開設“地學三維可視化”課程，使學生了解研究前沿和熱點，實現本科生與研究生教育的良好銜接；并且，地學可視化在測繪、地質、環境、資源等諸多領域的重要性，使其成為學生應該掌握的重要技能。

從社會需求而言，隨著三維可視化技術的發展，地學可視化具有十分廣闊的應用前景和社會需求，主要應用于數字城市、礦山、海洋、地質、水利、氣象、環境等領域[1]，例如城市景觀分析、城市規劃、地下水源污染監測、地下管線規劃、地表沉陷監測、多煤層礦層儲量分析、地層結構解析等。因此，通過開設“地學三維可視化”課程，使學生掌握三維地學建模、可視化和交互分析的方法和技能，可促進就業，適應社會需要。

因此，考慮到學科發展、就業和社會需求，有必要在地學相關專業開設“地學三維可視化”課程，使學生掌握地球信息科學領域的重要技能，促進學生在測繪、地質、環境、資源、氣象等諸多領域較好就業。

二、課程的主要內容

本課程的目的是通過系統講授地學可視化的基本概念、原理、方法和技術，使學生掌握面向地學的常用的三維空間模型、基本的三維空間建模算法、能夠運用常用的三維空間信息系統與圖形工具，如IDL（Interactive Data Language）或ArcGIS，進行三維地學建模和交互分析。

本課程主要包括以下5個方面的內容：

（1）“地學三維可視化”的內涵和相關概念，如“地學認知模型”、“空間數據模型”、“空間維數分析”、“真三維”“3D GIS”、“3D GMS”、“地學多維圖解”等。

（2）針對“地學可視化”應用最多的兩個領域：數字城市和地質領域，介紹常用的三維空間信息系統和三維圖形工具。

（3）面向地學常用的三維空間模型，包括面元模型、體元模型（規則體元和不規則體元模型）、混合三維模型（斷面-三角網混合模型、線框-塊體混合模型、八叉樹-四面體混合模型）、集成三維模型（三角網-八叉樹集成模型、矢柵集成模型）；三維地質空間模型的原理、特點、優缺點及其適用范圍。

（4）典型的三維空間建模算法，包括三維圖形幾何變換、地物模型與地形模型無縫集成、TEN模型生成、Octree模型生成、面向對象的三維模型重建、GTP模型剖切、LOD模型生成、多分辨率紋理生成與映射、三維空間索引與顯示判斷等代表性算法。

（5）從常用的三維空間信息系統與圖形工具中選擇一種典型系統或圖形工具，如IDL或ArcGIS進行三維地學模型的建立、可視化和交互分析。

三、教學方法和考核機制

本課程是一門實踐性很強的課程，要求以學生為主體，激發學生的學習興趣、主動性和創造性；本課程并不指定某一具體的三維地學模型，不是要求所有學生都建立三維地形模型，而是鼓勵學生創設自己感興趣的三維地學模型，如洪水演進模型、地面沉降模型、三維地層模型、數字城市模型等，并鼓勵學生根據模型的需要來選擇合適的三維系統或圖形工具，建立自己的三維地學模型。有的學生擅長編程，則可以用VC或IDL編程實現三維空間建模算法或建立三維地學模型；有的學生對菜單操作更感興趣，則可以根據模型特點，選擇ArcGIS或3D Max來建立三維模型。因此本課程給予學生充分的學習主動性，鼓勵學生大膽想象和創設自己的三維地學模型，并根據自身特長和興趣，選擇合適的三維系統或圖形工具實現自己的三維地學模型。

為了激發學生的學習熱情，培養學生的創新精神，本人對教學方法作了一些探索和改進：

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摘 要：該文通過對國內外自然地理學內容體系及其演變過程的梳理，結合中國現實的自然地理問題，以案例和實踐為導向的課程改革完善了高校自然地理學的課程內容，豐富了實踐案例，使得教學效果得到了顯著提高。

關鍵詞：自然地理學；案例；實踐；課程改革

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）11-0171-03

Curriculum Revolution Research of University Physical Geography Based on Case and Practice――Taking Anhui Science and Technology University as an Example

Zhang Zhenguo1 et al.

（College of Resources and Environment，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China）

Abstract：The curriculum revolution improved the curriculum content and increased practice cases according to carding content system of physical geography and its evolution. Teaching effect is improved significantly according to case and practice oriented curriculum revolution.

Key words：Physical geography；Case；Practice；Curriculum revolution

自然地理學是研究自然地理環境的組成、結構、功能、動態及其空間分異規律的學科，它既是地理學的重要分支，又是信息科學群的重要基礎內容，是一門極具應用性和現實性的學科[1]。在地理信息系統（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統（GPS）等信息技術飛速發展的形勢下，我國自然地理學的學科建設、理論體系架構以及內容體系也需進一步改進與完善，以有效地促進自然地理學的內容體系、科學化、信息化，并推進對現實環境各類問題的認識的不斷深化。

自然地理學是安徽科技學院資源與環境學院地理信息科學專業大學本科的專業基礎課程。隨著自然地理學理論的不斷發展，新技術的不斷出現，教學方法的不斷改進，人才培養層次和水平不斷提高，要求自然地理學教學需要承擔增強學生的理論水平，同時要鍛煉學生分析問題解決問題的能力和達到為社會不斷輸送理論水平高、工作能力強、品學兼優的“技術+管理”復合型專門人才的教學目標。因此，嘗試對自然地理學課程內容體系、教學方法與手段、實踐教學等方面進行改革與探索十分必要。為解決本科生學習自然地理學過程中存在的實際困難與問題，提高自然地理學課程教學效果，促進自然地理學與其專業課程的融合，筆者以滿足學生需要與實現培養目標為出發點，嘗試進行了以案例和實踐為導向的自然地理學課程改革研究。

1 研究方法

為提高《自然地理學》課程教學質量，促進學生對自然地理學基本原理及應用自然地理學解決實際問題能力的提高，進一步完善學生的知識結構，本課題研究遵循現狀分析―文獻梳理―資料收集―分析問題―案例、實踐的課程改革―解決問題的研究思路（圖1）。本研究主要應用比較分析法、文獻檢索、專家咨詢法、調研法等方法?！艾F行自然地理學內容體系及教學中存在的問題分析”部分，在構建指標體系基礎上，采用調研與深度訪談方式來獲取數據，采用比較分析法比較不同發展時期自然地理學的主要內容以及不同國家和地區的《自然地理學》著作內容體系。在“教學方法與教學內容的改革優化”部分，則主要以訪談與個案調查方法的研究結論為依據，采用系統分析與個案研究相結合，宏觀分析與微觀分析相結合，規范分析與實證分析相結合，加強自然地理學的教學研究對教學內容進行優化設計。

2 研究現狀

2.1 關于自然地理學研究內容體系 自然地理學與地理信息、土地管理、區域規劃等課程內容有諸多交錯，在有限的教學時間內需要把握重點、合理取舍，自然地理學的主要研究內容包括研究某一區域內地質、地貌、土壤、植被、夂頡⑺文等要素的結構、功能、物質遷移、動態演變以及地域分異規律。通過與其他課程有效整合后，將“自然地理概念”、“自然地理結構”、“區域自然及地域分異規律”、“土壤污染”、“氣候變化”、“植被分類”、“空間分布體系”作為自然地理學教學的重點。

2.2 自然地理學課程實踐教學模式的改革研究 通過課程討論和實地調查的方式來提高學生對自然地理研究的認識水平以及分析問題、解決問題的能力，強調學生對教學的參與性，對于提高學生的學習積極性十分重要，并具有引導作用。過去我國自然地理學研究引用國外的理論較多，但由于國情不同，經濟發展階段不同，所以內容出現理論與實踐脫節的現象。在進行理論講解的同時，增加實踐教學內容，有利于提高學生分析問題、解決問題的能力。也有學者提出構筑面向本專業全體學生的“授課―模擬―調查”的實踐平臺[2]，結合自然地理學課程的特點與講授內容，以地統計學理論解釋地域分異等問題，創新提出自己的觀點和想法。

2.3 自然地理學課程教學方法與手段的改革研究 有學者提出在教學過程中利用多媒體教學手段，采用“案例式”、“啟發引導式”、“討論式”和“自助式”等教學方法，同時改變傳統的考核方式，以適應新的教學改革[3]。其中，以“討論式”教學法能夠拓寬學生的知識視野，加強理論與實踐的聯系，增強學生的創新意識和創新能力。也有專家提出綜合運用典型案例分析、課堂討論、啟發引導式提問、自助式課下學習等多種教學方式方法[4]；采用傳統教學與現代多媒體技術相結合的教學手段；通過以實際調查為核心的綜合實習制度的實施，搭建培養優秀復合型人才的教學平臺。

2.4 自然地理學課程教學內容的改革研究 有學者強調以先進性、創新性教學理念和適應性、引領性原則改革課程教學內容[5]；以寬厚的地學背景和艱苦樸素、求真務實的精神為依托，重視專業理論水平和實踐能力的培養，強化創新思維、創新能力的激發，造就“技術+管理”復合型人才。本著“先進性”和“創新性”的教學理念，設計與改革課程內容。

縱觀自然地理學教改研究現狀，從研究內容、教學方法、模式、教學內容等角度均提出了一些針對性的建議，但也存在一些不足：一是對于現階段學習自然地理學的導向、目標沒有進行清晰的界定；二是對自然地理學教學中存在的問題，往往是基于現狀的定性歸納總結，缺少當前各地熱點研究問題解決的鮮活案例及實踐經驗支持；三是研究方法大多為定性分析，定量研究較少，未能為研究結論提供良好的方法支撐；四是對實踐和案例式教學多為設想及建議，沒有充分試驗進行驗證。

3 課程改革

3.1 現行自然地理學內容體系及教學中存在的問題分析 首先，從自然地理學課程體系、學生先修課程、教學方法等幾個方面制定評價教學效果的三級指標體系，對安徽科技學院已修自然地理學學生或畢業進行抽樣調查，全方位了解自然地理學課程的教學效果、存在的問題及原因。其次，對國內自然地理學任課教師和教學專家采取深度訪談的方式，從學科專家和授課教師角度了解該課程教學中存在的困難分析其原因。對自然地理學課程現行教學內容及教學中存在的問題進行了歸納分析。

3.2 培養目標設定與自然地理學課程改革設計 針對調查反映的問題，結合本科教學大綱對學生培養目標等基本要求，從以下步驟對現行自然地理學課程體系進行了優化。首先，培養對象基本情況分析，主要包括培養對象專業基礎、先修課程的學習及學生知識結構等多個方面，以達到明確培養對象基本情況的目的。其次，在明確學生基本情況基礎上，以專業的培養要求和社會實踐的應用能力為導向制定該課程的教學目標，即在保證學生掌握基本知識的同時，滿足地理信息科學專業對自然地理學的現實要求，并培養提高學生對自然地理學學以致用的能力。

3.3 自然地理學課程教學內容與教學方法的改革優化 結合前期調研結果分析，以及進一步的訪談結果為依據，以課程體系的培養目的、目標為準則，確定匹配的教學內容及與之適應的教學方法。首先，建設“相關人物”檔案庫：由于課程內容所限，學生無法全面了解有關知識，為了使學生全面系統地了解自然地理學發展情況，在緒論教學中都增加了相關人物的詳細材料。其次，建立一套詳細的“文獻解讀”：為了讓學生了解自然地理學相應領域的觀點和理論，選取一些重要的參考文獻，并由老師進行點評和分析，以便學生更好地理解。再次，建立一系列的“學生學習記錄”：包括照片、錄像、演講及討論記錄，以便更好地總結學生對該課程學習的有效途徑。最后，根據對自然地理的基本知識、基本概念、典型案例、綜合應用、前沿專題、熱點問題等內容更新，結合現階段我國自然地理問題特點和解決要求，補充全國及區域地理問題案例。

3.4 實踐教學改革 打造調查研究的平臺，拓展發現問題視野的實踐教學，在自然地理學教學中有著重要的地位與作用。為學生營造研究氣氛，挖掘研究問題的潛力，發揮分析問題、解決問題的主觀能動性，豐富教學內容，與課堂教學形成互補、互促的態勢，學生對該課程的學習由被動轉為主動，可以整體提高課程的學習水平。學生能運用課堂理論結合地理信息科學專業特點設計調查研究路徑。如土壤一章中“關于地力評價的調查研究方法”，學生設計出按照“隨機選點，輻射擴散”的調查研究方法，即采用空間分析的方法，滿足采樣點的需求，然后插值獲取該地地力等級的評價（圖2）。

另如，講解地理區劃章節時，可給學生提供不同的地圖數據資料，鼓勵學生采用地理信息科學專業知識，通過繪制地形圖、專題地理圖等圖幅加強學生對地理事物的空間位置、形態及其分布范圍、分布特征、分布規律等認識。指導學生讀圖、識圖，然后再進一步分析該圖所反映地理事物的位置、數量、大小、分布范圍、分布規律、特征和地理事物間的相互關系及其影響，以培養學生對現實問題的理解、認識并探討解決路徑的能力。圖3為學生所做淮河流域位置圖。

3.5 分析總結 主要就上述調研結果、實踐教學內容及教學方法優化、案例式教學進行了歸納總結，指出研究中存在的不足和改進方向，并根據自然地理的基本知識、基本概念、典型案例、綜合應用、前沿專題、熱點問題等內容更新。

4 結語

自然地理學歷來都重視實踐課程，翻開全國各有關高校的教學計劃，無一例外地都有安排實踐教學的內容，但受實驗課課時及實驗條件等因素的限制，尚未開設選做的具有前沿性和創新性的實驗項目，因此，有必要增設一定量的創新性實驗，這對培養創新人才至關重要。具體做法就是將一些驗證性實驗改進為綜合性實驗或設計性實驗，增設創新性實驗項目，增強學生的實踐創新能力。同時，將實驗和野外實習與教師縱橫向課題、大學生創新課題項目及畢業論文相結合，以改變學生心目中自然地理學課程實驗以觀察、描述為主，技術含量不高、儀器落后的觀念，提高學生開展自主創新的興趣，使得自然地理學課程的實踐教學在培養學生實踐能力和創新能力方面發揮更大的作用。

參考文獻

[1]劉福剛，高巖.自然地理實踐教學內容和方法的改革[J].聊城大學學報，2004，17（3）：98-10.

[2]張振國，簡興，邱銀國，等.應用型本科院校 GIS 專業人才培養方案的研究――以安徽科技W院為例[J].測繪與空間地理信息，2014，37（10）：13-16.

[3]孟萬忠，劉曉峰，馬義娟.加強地圖在高校地理實踐教學中應用的探討[J].太原師范學院學報（社會科學版），2007，6（6）：157-159.

[4]冀玉祥.英國高校地理專業課程體系的特征與意義[J].經濟地理，2000（5）.

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依托科普場館，面向社會開放

黑龍江省測繪地理信息科技館全面充分地展示了各個時期的地圖產品、測繪儀器、測繪成果等發展歷程。

測繪地理信息技術基礎知識科普展廳，從什么是測繪、什么是地圖、什么是地理信息技術等最基本的測繪概念開始，按測繪學科規律詳細展出。有依據年代不同排列的測繪及地理信息工作者在具體的測繪生產科研工作中使用的國家標準、行業標準和規范圖示；有傳統手工繪制的地圖產品；有我們在地圖上經常能看到的象形符號，如天安門、紀念塔、百貨商店等。大家在這里還能了解到過去地圖制圖工作者檢查國界線使用的標準畫法圖，以及省界、縣界畫法標準圖。在這里我們可以一步一步地了解測繪的全過程，了解測繪地理信息在國民經濟建設、社會發展及國防建設中的作用，比如南極科考、三峽工程、西氣東輸、青藏鐵路、南水北調、防災減災、資源普查、科學研究、文化教育、規劃設計、決策管理等方面，都和測繪息息相關。

地圖發展展區展示了從古到今地圖的發展，遠古時代的木板星象圖、古代地理工作者繪制的黃河地圖、秦墓中出土的地圖復本等，以及唐、宋、明、清的地圖，分城市圖、山河圖、建筑圖、天文圖等，種類齊全。大家在這里會發現地圖信息越詳盡越接近現代地圖。這些古地圖由簡單的工筆描摹到精確的經緯刻畫，都顯示了測繪技術的一步步發展。只有經過了歲月的堅實積累，才能有我們今天測繪科學的飛速發展。

極地科普教育基地展區內容豐富，這里展示了黑龍江測繪地理信息局自參加了南極科學考察活動以來積累的豐富的圖文和實物資料，系統地展出極地（主要是南極）自然環境、國際南極探險史和我國極地科學考察研究情況，同時闡述進行極地科學考察研究的政治、經濟與科學意義；以圖文形式展示南極長城站、中山站、昆侖站等景觀，以及冰山、極光、風雪、動物等極地風光；以沙盤形式展示南北極地貌；展出我國極地測繪科考成果；以多媒體音像、電影播放等方式，展示極地地貌、地質結構等自然環境；以南極科考人員實際生活、工作的實物，展示人類為揭開那些未知的科學之謎，前仆后繼，艱苦奮斗的探索歷程。

測繪儀器展區展示了各時期國內外測繪儀器及測量附屬工具，展示了手工繪制地圖使用的制圖工具。展品大到測繪航空攝影無人機，小到繪制地圖筆尖。航測儀器展區展示了代表各個時期、各個工序的先進儀器。這里還有很多野外測量露營時使用的帳篷、手電筒和做飯用的鍋碗瓢盆等，再現野外測繪工作者風餐露宿的艱苦場景。

測繪高新技術展區，融科學性、知識性、趣味性、互動性于一體，圖文并茂地全面展示了豐富的衛星遙感技術、自動化測圖技術、地理信息成果、全球定位系統、網絡時代的虛擬現實技術及戰場仿真技術等，都在經濟建設和國防建設中發揮著越來越重要的作用。

科技館全天候面向學生、社區居民及社會各界免費開放，以推動公民科學素質建設，通過傳播與普及測繪地理信息科普知識，展示測繪事業與地理信息產業的發展歷程，宣傳其在服務經濟建設和維護國家安全中的重要性，弘揚測繪精神，提高全民科學素質為目的，讓參觀者感受科學技術的進步，切身體會到科學技術是第一生產力。

測繪科普走進大學校園，走向社會

近年來，科普基地在黑龍江測繪地理信息局極地測繪工程中心的配合下，到省科技館、大學生科技活動周、哈爾濱工業大學等高校、哈爾濱市第三中學等舉辦南極測繪科考報告會及展覽會。使學生們了解到測繪在南極科學考察中的重要作用，宣傳測繪在服務經濟建設和維護國家安全中的重要性，弘揚測繪精神，使青少年進一步認識測繪，熱愛測繪，有效地開展了測繪科學知識的普及工作，取得了良好的社會效果。

科普基地幾年來一直與黑龍江工程學院、東北林業大學等院校開展校園測繪技能競賽等科技活動月活動，包括水準儀測量競賽、全站儀數字測圖技能競賽、GPS-RTK數字測圖技能競賽、全站儀放樣比賽、數字攝影測量工作站模型定向、內業計算、專業知識問答、定向運動等多種技能競賽，極大地豐富了測繪科普內容。其中與黑龍江工程學院測繪工程學院共同主辦的“測繪杯暨測繪科技活動月”活動，有全省多個高校代表隊參加，擴大了科普基地的影響力。黑龍江工程學院、哈爾濱市勘察測繪研究院也先后建設開放了測繪展館，3個展館互借展品，互為補充，成為全國測繪科普工作的亮點。

通過“黑龍江省科普月”、“中國測繪法宣傳日”等活動，展出根據主題精心制作的科普展板，包含應急測繪、地理信息技術、南極科考測繪先行、地理國情普查監測、智慧城市云平臺、天地圖、測量標志保護等豐富多彩的科普宣傳內容，同時展出測繪應急監測車和無人機實物，發放宣傳材料并講解測繪科學知識、南極科考和國家版圖知識等，融大眾性、服務性、知識性、趣味性于一體，讓社會公眾進一步認識測繪地理信息工作的重要性及其與百姓生活的息息相關。

【基地簡介】

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關鍵詞：問題教學法；地理信息系統原理；空間認知

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0187-02

高校教學改革的重點是教學方法的改革。但長期以來，高校中普遍流行的教學方法就是課堂講授法，該方法雖然能使學生系統全面地獲取知識，但因其過分強調預設，形成了以教案為中心的封閉性教學，學生在教學過程中的主體地位難以落實，因而使課堂教學變得機械，課堂氣氛沉悶。因此，如何探索有效的教學方法，以增強大學生學習的積極性和主動性，提高課堂教學質量，是擺在大學教師面前不可回避的現實問題。

一、地理信息系統原理課程的特點

地理信息系統是地理信息科學專業的入門課程，該課程覆蓋面廣，涵蓋基本概念、基礎理論、技術原理和應用方法等。其中基本概念是構成該學科的基礎，包含專有部分和通用部分，各概念間難區分，總體說來晦澀難懂。技術原理是課程的主體，其數據結構、程序算法和實現均不直觀，難于揣摩。應用方法涉及一系列的思維轉換，無法身臨其境，有空洞感。課程存在知識臺階，不能和已有知識無縫銜接，同時基礎學科眾多，其先修基礎課程開設不全，教師需即時補充基礎知識點。因此課程教學內容存在由易到難、由虛到實、逐層遞進的內在關系。

教師常采用鋪墊、啟發、引導、提問和講授相結合的教學方法，但教學效果仍不盡如人意。

我們曾對本校地理信息科學三個年級236位學生進行了問卷調查和訪談，91%認為學習有難度（一般，較難），95%的認為內容抽象。多數認為現有的講授方法難以保證持久的注意力和興趣，有厭學情緒。

凡此種種，給課堂教學帶來極大挑戰。因此，如何在現有的教學條件下，改進教學方法，提高教學質量，顯得尤為重要。

二、問題教學法的含義與特點

隨著教學理論的研究和教法的探索，問題教學法越來越受到重視。它有著悠久的淵源，歷史上用提出問題的方式教導學生的孔子和蘇格拉底，他們就采用問題教學法。它以提出問題為主線，即教師提出問題，學生自學教材，探求問題，討論問題，教師引導講解，最終達到解決問題的教學目標。可見，問題教學法具有“針對性、參與性、主動性”的特點[1]，它既能改變傳統教學中教師教給學生的都是定論知識的現象，又改變了傳統的大學課堂中教師滿堂灌的弊病。該方法通過討論爭辯、質疑探索，使學生的學習變得主動，也能培養學生的問題意識，大大調動學生的學習積極性。它把學生的學習變為感受知識―理解知識―深入探究的活動，使學生實現了再發現和再創造，養成良好的學習習慣，提升學習能力。同時，問題教學法對于教師來說能有助于教師化解理論講授的枯燥性，降低教學的難度，提升教學效果。因此我們不難發現，采用問題教學法可以讓地理信息系統原理課程教學中的問題迎刃而解。

三、地理信息系統原理課的興趣養成

1.教學模式。問題教學法實施過程可概括為三環六步模式。三環為：①自學，即提出問題。提出問題是此法的首要環節。首先，學生可以根據對教材的預習，提出自己需要解決的問題，然后教師將篩選、總結歸納出的典型性問題作為教學的依據，如教學中相關概念的區別與聯系、關系與法則的理解等，即生成問題。②研學，即討論問題。它是此法的核心，它主要展示學生研究問題的過程，從而使學生掌握解決問題的具體方法。當學生的思維模糊不清時，教師必須提出需進一步澄清的問題。③固學，即解決問題。以培養學生的知識遷移能力為目的，通過學生討論引發的問題，教師總結解決問題的方法，使學生的經驗和知識達到再增長。六步為具體化：①明確目標。創設問題情境，使學生發現，提出問題，明確要解決的主要問題。②學生自主探究。分析問題，提出假設，設計解決問題方案。③小組研討。學生分小組討論未解決的問題，教師通過巡視、質疑、提問、上堂板演等形式，發現學生共同性的疑難問題，對互助研討加以引導。④質疑點撥。通過學生間和師生間的討論、質疑、爭論、辯解、分析、更正、補充等互動形式，形成班內全員參與、積極探究、氛圍熱烈的場面，把課堂教學推向，使學生再次享受獲得知識的快樂。⑤總結歸納。師生梳理、總結。⑥檢測達標。用檢測題等方法進行測試，學生答，教師評，并展示交流，并為接續導出下堂課的新知做準備[2]。時間分配一般為35∶10，前35分鐘解決學生已預習的問題，完成本節課教學內容，后10分鐘，導出新問題，分發材料，指導預習，確保前后銜接。

2.教學設計。參照以上模式，在地理信息系統原理課程教學中，遵從三環六步，將理論教學從整體設計為課前、課中、課后三大過程。課前，教師編寫教案，實現知識問題化，問題層次化；學生預習上次課導出問題的基礎知識，并回顧舊課的內容。課堂上，首先進行目標再現，由教師簡述教學目標；接下來用提問、競答等方式對預習情況進行調查，重點關注學生預習中發現的問題與質疑；教師歸納匯總問題，即時設計解決方案；后續問題討論，教師適當點撥，并適時精講；最終在教師指導下，對本課內容進行總結梳理、明確重點難點與關鍵點。在每次課的最后10分鐘，依照提供給學生的“導學案”及講授提綱與知識要點，從常規概念，用普通思路導出問題，指定自學的教材內容，提出學習目標，留待下次課討論學習。課后，教師對課堂進行回顧，總結經驗教訓；學生溫習已學內容，預習教材，查詢相關基礎知識。

3.教學實例。在空間認知一課的教學中，于前一節課的末段，指定了自學的內容，設計出“現實世界到底有什么？基本空間對象有哪些？你找到的對象是連續，還是離散的？怎樣表達它？”等帶遞進和層次的問題作為導學案，由學生課后自習。這樣就將教學延伸到課外，緩解了課時緊張。

課中第一段，教師簡述目標――現實世界的基本空間單元和表達方法，完成目標再現，提示地理語義是從空中看世界；后接層次問題的提問，學生分小組自由回答，教師適當啟發，以掌握問題和質疑；接下來的討論，因為學生對問題和基礎知識比較陌生，依教材常能得出的僅是“世界由空間實體組成”這一結論，難以逃脫常規思維的束縛，難以建立起正確的認識觀，需要加以及時引導、精講，教師依“地物―離散的―呈點線面狀；地理現象―連續分布―分割為形狀大小相同的面元”進行了點撥，這時學生積極參與，課堂氣氛活躍；接下來是分小組總結環節，指定較好的小組進行總結發言，可輔以幻燈片演示，最終讓學生明確關鍵點（難點）――離散化，點狀、線狀和面狀抽象是自然離散化，是僅關注自己感興趣的東西，可稱實體空間觀；真實而連續的現實世界，需要另行離散化，劃分空間面元就是要離散連續的空間對象，可稱為連續空間觀，最終總結出基本空間單元為點狀、線狀、面狀和柵格4類，基本空間圖元為點、線、面與像元。從而讓學生建立正確的空間認知觀和空間表達方式，完成主體教學。

課中的第二段，教師導入下次課的問題。

下課后，師生進入課后階段。

整個過程，根據教師的節奏，環環緊扣，調動了學生的興趣和主動性，達到了對知識前所未有的深度學習，教學效果良好。同時，結合教改，將討論、答問和總結，計入課堂考試成績，完成課堂考試。

對于比較復雜的內容采用了打通兩節課連上的形式，將一二段時間分配為80∶10。

四、結語

實踐證明，運用問題教學法進行地理信息系統教學，保證了教師的主導地位，體現了學生的主體性，降低了理論的抽象性，增強了學生的興趣，培養了學生的學習能力，提高了目標的達成度。實踐中還發現鼓勵同學大膽質疑與討論，才是成敗的關鍵。

參考文獻：