地理信息科学概念精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇地理信息科学概念范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1　地理科学在科学体系中的地位

钱学森在20世纪80-90年代逐步完成了总结全人类研究的科学体系。概括起来分11个门类、5大巨系统、4项建设（图1、图2、图3、表1），下面分别表述原著与解解的内容。

附图

图1　钱学森论人类的知识体系

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

钱学森将当今人类对科学知识的体系，分为数学科学、自然科学、地理科学、社会科学、建筑科学、军事科学、人体科学、思维科学、行为科学、系统科学与美学11个体系。对上述人类知识体系解读，可以将自然科学、社会科学和地理科学作为客体世界的主要研究对象；而人体科学、思维科学和行为科学作为人类主体的主要研究对象；建筑科学界于客体与主体科学之间；军事科学实际上是指谋略科学（包括经济、政治、军事等），是在掌握所有科学基础上的智慧较量；美学是纵贯于各个学科的；数学科学与系统科学是横贯于各个学科的。因此有以下的科学分类网络系统（图2）。

附图

图2　科学分类的网络体系

fig.2 the network system of science classification

在五个开放的、复杂巨系统中（图3），地理系统与星系系统、社会系统、人体系统、人脑系统并列，其中的物理、地理、事理、人理、脑理中的“理”都是指研究的“规律”。

钱学森提出的社会主义总体设计部（表1）中，除了政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设外，特别提出地理建设，笔者将其修改为地理系统工程，并增加了人口、科教、城镇、资源、灾害、产业。

表1　社会主义建设的系统结构（略有修改）

tablel the system structure of socialism construction

附图

2　地理信息科学

20世纪70年代以来，随着航天技术的迅猛发展，来自外层空间的遥感、遥测、定位、通讯信息海量地增加；随着计算机技术的迅猛发展，处理与解决这些海量数据的能力大幅度地提高。地理信息系统、地理专家系统、管理信息系统、辅助决策系统应运而生，使得地理信息科学首先获得发展的机会。正是地理信息科学这门用高新技术武装起来的技术科学的发展，带动了整个地理科学的建立与发展。

附图

图3　五个开放的复杂巨系统

fig.3 five open complex giant system

地理信息科学的主要内容就是天地信息一体化网络系统，包括航天信息网络系统（外层空间卫星之间的信息网络）、地面的网络系统、天地之间的网络系统三部分，是有线网络与无线网络连通的一体化网络系统。1998年笔者发表了“航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用”的论文[5]，2002年又发表了“论地理信息科学的发展”[6]一文。两篇论文基本上代表了地理信息科学的创始与发展，当前各行各业都在进行数字化或信息化的建设，实际上都是天地信息一体化网络中的部分子网络或子系统。地理信息科学中最重要的原创性的成果是遥感信息模型与地理信息编码模型。

随着遥感信息的大量获取，数学家以模式识别为工具对遥感信息进行图像处理与分类，使用的数学工具主要是数理统计的方法，把遥感信息看成是没有成因关系的随机变量；物理学家则把获取遥感的物理过程视为遥感信息的成因，因此采用反演的方法，使用辐射传输方程为主的数学工具，事实上不承认地理现象的不确定性；大多数地理学家将遥感信息当成系列成图的基础信息，快速、准确地制作系列地图。地图是符号系统，其信息量远不可与遥感信息量比较，地图学家把遥感信息转化成符号系统的系列图谱。遥感信息模型则是将地理复杂现象中的非遥感信息转变为归一化的影像信息，与遥感信息一起用方程、统计与相似准则结合，也即演绎逻辑、归纳逻辑与类比逻辑结合；确定性与不确定性（包括随机的不确定性、模糊的不确定性、灰色的不确定性、分形的不确定性）辩证统一；图像与方程（一个像元或一个图斑、一个方程）耦合；抽象思维与形象思维互动而建立起来的一种地理复杂信息模型[7-9]。这种信息模型只有在遥感技术的推动下才有可能产生。这种信息模型是遥感信息与地理信息连接的纽带。

地理信息系统本来就是为了制作地图而创建的，因此地图学家将从遥感中提取的系列地图存入地理信息系统，是顺理成章的。但是这种地理信息系统无论空间分析功能多么强大，也不可能进行模型计算，外挂、内嵌种种方式都不可能解决直接进行模型计算问题。系列地图存入计算机的图形库时，信息又是冗余的，因此带来一系列与计算机技术发展格格不入的疑难，最为典型的是数据挖掘，数据挖掘说明存在数据库中的信息有冗余。遥感信息模型的运算要求地理信息系统可以直接进行模型计算，由此地理信息编码模型应运而生[10,11]。传统的地理信息系统以图形的叠合(overlay)为主；而能够进行遥感信息模型运算的地理信息系统则以像元或图斑中的多位编码的抽取(extract)为主。这又是完全相反的途径。地理信息编码模型还是地理定量信息与定性信息转化的纽带，也是地理信息系统中属性库与地理专家系统中知识库联系的桥梁。

总之，天地信息一体化网络系统是开放的复杂巨系统，研究这个巨系统的地理信息科学的内容远远超过了3s(remote sensing,global positioning system,geographical information system)的范围，而是以天地信息一体化网络系统为核心的天—地—人—机系统。地理信息科学虽然是从属于地理科学的技术科学，但是地理信息科学的诞生与发展是引领地理科学成长的核心力量，因此本刊更名时，将地理信息科学与地理科学相提并论，突出了地理信息科学的重要性。

3　地理系统工程

地理系统工程当前尚未被广泛认识，已经认识到的也仅仅是系统工程在地理学中的应用。当地理信息科学中的模型在实践中应用时，必然会涉及地理系统工程的可操作性。地理遥感复杂信息模型的建立，可以进行定量预报和回溯，因此为地理系统工程打下了工程的基础。国民经济的主战场主要包括人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等8个方面，这8个方面是互动的。

如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究复杂的地理系统工程就是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，地理系统工程的实践指日可待。

4　理论地理科学

地理信息科学一方面可以进一步为地理系统工程提供研究方法与手段；另一方面又为理论地理科学提供技术基础。从遥感信息模型发展到地理复杂信息模型再到地理数学[8]，为理论地理科学奠定了坚实的基础。

理论地理科学中首要的是建立开放的复杂巨地理系统的理论；其次是地理类比的广义相似理论[13]；第三是一般地理复杂模型理论与地理数学；第四是地理数学在部门地理—部门子地理系统工程与区域地理—区域地理系统工程中的应用。理论地理科学如果不能指导部门子地理系统工程的研究和区域地理系统工程的研究，那么就失去了理论意义。

如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究理论地理科学也是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，理论地理科学的建立指日可待。

5　地理科学在可持续发展信息社会中的作用

地理学的发展经历了“地理环境决定论”、“人类中心主义”，然后达到了地理科学的可持续发展的阶段。地球上人类消耗的资源、能源是极其不平衡的，按照发达国家的水平，一个地球是满足不了全人类的需求的。可持续发展只有在信息社会中才能实现，人类一方面需要依靠科学技术开发资源，如太阳能的利用，靠基因工程使绿色植被更多地利用太阳辐射，靠纳米技术直接转化太阳能为电能；另一方面是靠信息技术节省资源、能源，如天地信息一体化网络系统就是信息社会的重要支柱之一，靠航天技术获取外层空间信息源，靠计算机技术建立信息网络。由此可见，地理信息科学在可持续发展信息社会中的作用[14]。随着地理信息科学的发展，地理系统工程与理论地理科学的发展，将为国民经济的主战场做出重要的贡献。

由上分析，可见地理科学与地理信息科学已经被广泛共识，地理系统工程与理论地理科学的发展尚不够充分，因此本刊更名为“地理与地理信息科学”是适时的，是既有继承性又有发展性的；是既有前瞻性又有现实性的。在这里我们希望地理科学界的同仁，切不要轻视技术，高新技术恰恰是新理论、新应用的强大推动力。

【参考文献】

[1]　钱学森，等.论地理科学[m].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]　钱学森.发展地理科学的建议[j].大自然探索，1987,6(19):36-46

[3]　钱学森.就“地理科学”答《地理知识》记者问[j].地理知识，1990,(1):90-93.

[4]　马蔼乃.论地理科学的发展[j].北京大学学报（自然科学版），1996,32(1):120-129.

[5]　马蔼乃.航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用[j].北京大学学报（自然科学版），1998,34(4):533-541.

[6]　马蔼乃，等.论地理信息科学的发展[j].地理学与国土研究，2002,18(1):1-8.

[7]　马蔼乃.遥感信息模型[m].北京：北京大学出版社，1997.1-165.

[8]　马蔼乃.遥感信息模型与地理数学[j].北京大学学报（自然科学版），2001,37(4):521-529.

[9]　马蔼乃.遥感地理信息模型[j].地理学报，1996,51(3):266-271.

[10]　马蔼乃.地理信息编码模型[a].地理科学与地理信息科学论[c].武汉，武汉出版社，2000.283-302.

[11]　马蔼乃.地理知识的形式化[a].地理科学与地理信息科学论[c].武汉，武汉出版社，2000.261-274.

[12]　马蔼乃.21世纪黄河系统工程方略（首届黄河论坛暨王化云治黄思想研讨会）[n].黄河报（转载），2002.

篇(2)

关键词：GIS；发展；演化

一、前言

地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）是一种专门用于采集、存储、管理、分析、和表达空间数据的信息系统。其既是表示、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具”，也可看作是人们用于解决空间问题的“资源”，同时还是一门关于空间信息处理分析的“科学技术”。

二、GIS的提出和迅速发展

50年代，由于电子计算机科学的兴起和它在航空摄影测量与地图制图学中的应用，使人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务，这样就导致了地理信息系统的问世。

1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统（LIS），用于地籍管理。1963年，加拿大测量学家R.T.Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个GIS—加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。稍后，美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。但是，由于当时计算机技术水平不高，存储量小、磁带存取速度慢，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。当时的系统能实现手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的拓扑编辑，分幅数据的拼接，并发展了基于栅格的操作方法。

进入70年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备—磁盘的使用，为空间数据的录入、存贮、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使GIS朝着实用方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统和地理信息系统。GIS这一技术成为一个引人注目的领域。

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

80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现，为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输效率得到极大的提高。另外，软件开发工具的广泛应用和数据库技术的推广，推动了GIS的数据处理能力、空间分析功能、人机交互对话、地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并逐步走向成熟。GIS的应用从解决基础设施的规划（如道路、输电线等）转向更加复杂的区域开发问题。当时，GIS已跨越国界，在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题（如全球变化、全球沙漠化监测等）。因此，国际著名的GIS专家，即前面提到的R.T.Tomlinson认为：“如果70年代是GIS发展的巩固时期，那么80年代则是国际上GIS发展具有突破性的年代”。这个时期，GIS还保留有地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）的含义和意思。

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

地理信息系统技术的应用大大提高了人类处理和分析大量有关地球资源、环境、社会与经济数据的能力，而地理信息系统技术及其应用的进一步发展则必须以地球信息机理理论为基础。陈述彭院士在论述地理信息系统发展时强调了对于地球信息基础理论的研究，并指出地球信息基础理论的实质内容：地理信息系统已不仅仅限于物质流与能量流的信息载体，而且包括研究地学信息流程的动力学机理与时空特征、地学信息传输机理及其不确定性(多解)与可预见性等；并认为：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于这个Info还包括很多地学规律，其分析模型必须以地学为基础。

Goodchild于1992年提出地理信息科学(GeographicinformationScience)的概念。地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响、地理信息系统的社会实践等。地理信息科学的提出是地理信息系统技术及应用发展到相当水平后的必然要求，它是在人们不再满足于仅仅利用计算机技术来对地理信息进行可视化表达及其空间查询，而强调地理信息系统的空间分析和模拟能力时产生的；它在注重地理信息技术发展的同时，还注意到了与地理数据、地理信息有关的其他一些理论问题，如地理数据的不确定性、地理信息的认知以及社会对于地理信息技术运用于实践的认可等。由此可见，地理信息科学在地理信息技术研究的同时，还指出了对于支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。世纪之交，由于地理信息系统的应用日益广泛，加上航空和航天遥感、全球定位系统、数字网络(Internet)和地理信息系统等现代信息技术的发展及其相互间的渗透和整合，逐渐形成了以地理信息系统为核心的地球空间信息集成化技术系统，为解决区域范围更广、复杂性更高的现代地学问题提供了新的分析方法和技术保证；同时，这些现代信息技术的综合发展及其应用的日益深广，掀起了全球变化研究与对地观测计划的新高朝，于是时势造英雄，促使一门新兴的交叉学科“地理信息科学”的脱颖而出。这个时期，GIS己经渐变地含有地理信息科学（GeographicInformationScience,GIS）的含义和意思。

五、现在的GIS—地理信息服务(GeographicInformationService,GIS)

近年来，随着地理信息产业的建立和地球数字化产品的普及应用，GIS的发展进入到各行各业乃至各家各户的用户时代，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。这个时期，社会对GIS的认识普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系统已成为许多机构（特别是政府决策部门）必备的工作和决策咨询系统。国家级乃至全球级的地理信息系统已成为公众关注的问题，地理信息系统已被列入“信息高速公路”计划，也是美国前副总统戈尔提出的“数字地球”战略的重要组成部分。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。

近来，个人数字助理（PersonalDigitalAssistant,PDA）、移动电话的普及给新的应用创造了许多机会。这样的应用有流动工作人员和基于位置服务。流动工作人员，顾名思义，他们工作在远程位置，如客户处、分公司或者野外现场。这些工作人员经常要为完成某项任务下载一段所需的数据，在远端使用这段数据，然后在每天工作结束的时候将改动更新（同步地）到主数据库上。这种场景的一个重要方面是：客户端保留有数据，并以离线方式在本地对数据进行操作。基于位置服务的使用是近年来出现的一个重要趋势，这类服务彻底改变了对用户地理位置的依赖。随着全球定位系统（GPS）的应用，可以很容易确定任何一个客户/使用者的精确位置，并根据用户的地理位置提出最佳解决方案。基于位置服务的影响和重要性促使开放GIS协会（OpenGISConsortium,OGC）提出了开放位置服务（OpenLocationService，OpenLS）,希望能够将地理空间数据和地理操作的资源集成到位置服务和电信基础设施中去。美国联邦政府已于2001年10月颁布了规定：所有蜂窝电话的位置在67%的使用时间里必须是可追踪的，追踪精度为125米。这样，一方面人们总在评述着Internet革命“消灭”了地理的概念，与此同时，对于空间技术的需求却在不断增长。位置服务（LocationBasedService,LBS）的巨大魅力在于通过固定或移动网络发送GIS功能和基于位置信息，从而在任何时间应用到任何人、任何位置和任何设备上。当前，LBS已成为科学研究、技术发展和市场开拓领域共同的热点话题。此时，GIS已朝着地理信息服务(GeographicInformationService,GIS)的方向发展。

六、结论

篇(3)

[关键词]GIS应用 认知阶层性 地理信息 有效传输

[中图分类号] P25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-175-1

随着科学技术的快速发展，GIS的应用越来越广泛，逐渐成为人们获取地理信息的主要依据。而GIS想要有更广泛的应用市场，则必须将GIS地理信息的传输与人们的普遍认知进行有效的结合，以此才能够得到用户对于GIS的信赖，并逐步的渗透到用户的生活中。

1 GIS应用在地理信息传输中的优势

GIS的优势在于它的数据综合、地理模拟和空间分析能力，这是GIS的核心和优势。GIS首先是一个信息系统，其特征和功能与一般的信息系统类似，不同的是GIS把各种信息通过“地理位置”有机地组织起来，其存储处理的信息是经过地理编码的，地理位置和与位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。以查询工厂数据库为例，只要数据库记录了工厂的地址和产值等信息，信息系统就可以回答诸如“北京有哪些工厂？”，“上海年产值超过2000万元的工厂有哪些？”之类的查询，因为城市、产值都是数据库的数据项。但如果用户需要回答“在某商店附近10公里范围内共有多少消费者？”之类的查询，一般的信息系统就无能为力了，因为数据库里没有记录每个工厂与任意一个地点之间的距离或是所在地点的所有人口信息。地理信息系统可以解答以下类型的问题：在地域中研究对象A的位置；研究对象B和地点的关系；在距离研究对象A某一范围内有多少研究对象B；在某一地点A，数据项B的值是多少（如某公司所在街道的人均收入有多高）；从地点A经由地点B至地点C的最短路线是什么？GIS不仅可以直接查询数据库里记录的信息，还可以通过运算查询数据库里没有直接记录的信息。例如房地产经纪人可以用GIS在一定的区域内寻找满足“框架结构、有四室2厅2卫1厨、房价每平方公尺少于3000元”的所有房屋。模拟某事件产生的后果（例如，如果附近的湖水位上升3米，某公司所在地会不会被水淹没？）等。

2 GIS的阶层性认知原则

人类对于外部环境的认知是基于对各种关系的理解，根据对各种关系的理解而进行阶层性类别的分类。而这种阶层性的认知具有着广泛的普遍性和个别的差异性。抓住人类阶层性认知的普遍性就是GIS应用有效传输的一个关键性因素。在GIS应用中，根据人类阶层性认知原则，可以将GIS应用分为两个空间，一个是人类认知空间，一个是地理认知空间。

2.1人类认知空间

人类认知事物是通过阶层性的认知形式来实现的，也就是分类认知。譬如说人可以很快的分辨出这个动物是猫而不是狗，这就是通过阶层性的认知来实现的。但人类在进行事物的阶层性认知过程中，可以根据不同的关系和分类条件来进行分类。譬如说猫和石头相比，猫是有生命的，而石头是没有生命的。其对比参造物不同，其阶层性认知也存在着不同的差异性。如果根据人类的认知进行GIS应用认知阶层的粗略花贩，是不能够实现GIS地理信息的有效传输的。因此必须要进行更深层次，更细致的划分。当信息制造者所发出的信息与信息接受者能够认知的信息相吻合，就能够实现信息的有效传输。因此，只有将人类认知空间与GIS应用系统的地理空间进行有效的融合，就可以实现信息的有效传输了。

2.2地理认知空间

其实，地理认知空间也是根据不同的关系和分类条件进行实际复杂的地理情况的阶层性认知空间和层次的划分的。GIS应用中地理空间阶层性的分类依据是位置的相互关系。通过相互关系的确定来进行等级的分类，并通过信息制造者绘制的概念地图模型来反映地理信息，与人类的认知空间有着一定的对应关系。其地图模型需要与人类的认知空间相匹配的，否则就会造成信息的传输障碍，影响信息的有效传输。

3 GIS的感觉和概念的认知原则

首先，在信息的传输过程中，当人类的认知空间与信息制造者所模拟的地理空间发生重叠时，用户会产生对地理信息的感知和共鸣，从而获得地理信息这种概念而实现地理信息的有效传输。在信息制造者进行概念地图模型的创建时，不仅需要注意认知的阶层性问题，还需要注意到认知的感觉性问题。而概念地图模型中最为关键的感觉是视觉。因此，在进行视觉变量（包括颜色、形状以及相对尺寸比例等）和几何变量（点、线、面等）的设计时，需要实现感觉认知的对应性，否则也会影响地理信息的有效传输。此外，GIS应用还具有查询和分析功能。如果想要这两个功能得到实现，则需要依赖感觉和概念认知所产生的学习认知。只有设计者将设计的认知空间与人类的学习认知实现有效的对应和重叠，才能够真正的发挥其应用的效果。

4地理信息有效传输的条件

根据上面的叙述可以知道，一条地理信息传输链需要经过四个认知空间：信息制造者的地理空间和认知空间；信息接受者的地理空间和认知空间。这四个空间是相互对应的关系，也只有这四个空间实现相互重叠，才可能实现GIS应用的地理信息的有效传输。

信息的制造者也就是绘图者，绘图者需要根据客观世界当中的地理实体进行公路的测量，并通过制图的形式绘制出地图，并用红色线将地图中的地理要素进行绘制。绘图过程不但依靠的是客观世界，也包括制图者对客观世界的认知。只有制图者对客观世界的认知与信息接受者对客观世界的认知相符合，才能够完成信息的有效传输。

5总结

综上所述可以知道，GIS应用系统的地理信息传递过程有三个主体，如果要实现有效传输，则需要保证三个主体都能够实现相对应的地理空间和认知空间的重叠。因此，可以知道在进行GIS应用概念地图模型的设计时，不但需要依靠信息技术科学、地理科学，还要依靠认知科学。只有基于认知科学的掌握，才能够保证GIS应用中地理信息的有效传输。

参考文献

[1]张亢峰，任晓蕾，Xiao-lei.地理信息数据传输和使用的安全问题[J].测绘与空间地理信息，2010（6）.

篇(4)

关键词：地学三维可视化；教学改革；课程建设

中图分类号：P208 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2012）09-0155-02

科学计算可视化[1]（visualization in scientific computation）是20世纪80年达国家提出的一个新的研究领域，是通过运用计算机图形学和图像处理，将科学计算的过程和结果以图形或图像的形式显示，并进行交互处理的方法和技术。它涉及计算机图形学、计算机视觉、图像处理和人机交互等多个领域。科学可视化在地学领域，如地理信息系统（GIS）和地学建模（GMS）的应用，形成了地学可视化。通过地学三维可视化可以提高人们对复杂、抽象的三维地学现象的空间感知、理解和分析能力。随着地学可视化技术的发展和广阔的应用前景，一些高校在与地学相关的专业中相继开设了地学可视化相关课程。

一、课程开设的必要性

从学科发展需要而言，孙九林院士认为“地球信息科学这个学科是地球科学与现代信息科学技术交叉融合综合集成在一起的新兴学科，是以信息流为手段，来研究地球系统内部的物质流、能量流、人流和运动状态、方式。”地学领域关于三维空间信息的采集、组织、表达、建模、可视化、交互分析的研究日益重要，发展为两个并行的研究方向[1]，一个是3D GIS（三维地理信息系统），是以地球表面及其以上的自然地理实体和人工建筑实体为研究对象，另一个是3D GMS（三维地学模拟系统），是以地表及其以下自然地质实体和人工开掘实体为研究对象。目前，真三维地学建模、三维拓扑描述、地表地下空间无缝集成、三维动态地学过程模拟、三维地学可视化等问题已成为地球空间信息的技术前沿和攻关热点[1-3]，吸引了计算机科学、测绘、地理、地质、采矿、岩土、环境、资源等诸多领域的学者的研究兴趣。因此为了适应地球信息科学的学科发展，有必要开设“地学三维可视化”课程，使学生了解研究前沿和热点，实现本科生与研究生教育的良好衔接；并且，地学可视化在测绘、地质、环境、资源等诸多领域的重要性，使其成为学生应该掌握的重要技能。

从社会需求而言，随着三维可视化技术的发展，地学可视化具有十分广阔的应用前景和社会需求，主要应用于数字城市、矿山、海洋、地质、水利、气象、环境等领域[1]，例如城市景观分析、城市规划、地下水源污染监测、地下管线规划、地表沉陷监测、多煤层矿层储量分析、地层结构解析等。因此，通过开设“地学三维可视化”课程，使学生掌握三维地学建模、可视化和交互分析的方法和技能，可促进就业，适应社会需要。

因此，考虑到学科发展、就业和社会需求，有必要在地学相关专业开设“地学三维可视化”课程，使学生掌握地球信息科学领域的重要技能，促进学生在测绘、地质、环境、资源、气象等诸多领域较好就业。

二、课程的主要内容

本课程的目的是通过系统讲授地学可视化的基本概念、原理、方法和技术，使学生掌握面向地学的常用的三维空间模型、基本的三维空间建模算法、能够运用常用的三维空间信息系统与图形工具，如IDL（Interactive Data Language）或ArcGIS，进行三维地学建模和交互分析。

本课程主要包括以下5个方面的内容：

（1）“地学三维可视化”的内涵和相关概念，如“地学认知模型”、“空间数据模型”、“空间维数分析”、“真三维”“3D GIS”、“3D GMS”、“地学多维图解”等。

（2）针对“地学可视化”应用最多的两个领域：数字城市和地质领域，介绍常用的三维空间信息系统和三维图形工具。

（3）面向地学常用的三维空间模型，包括面元模型、体元模型（规则体元和不规则体元模型）、混合三维模型（断面-三角网混合模型、线框-块体混合模型、八叉树-四面体混合模型）、集成三维模型（三角网-八叉树集成模型、矢栅集成模型）；三维地质空间模型的原理、特点、优缺点及其适用范围。

（4）典型的三维空间建模算法，包括三维图形几何变换、地物模型与地形模型无缝集成、TEN模型生成、Octree模型生成、面向对象的三维模型重建、GTP模型剖切、LOD模型生成、多分辨率纹理生成与映射、三维空间索引与显示判断等代表性算法。

（5）从常用的三维空间信息系统与图形工具中选择一种典型系统或图形工具，如IDL或ArcGIS进行三维地学模型的建立、可视化和交互分析。

三、教学方法和考核机制

本课程是一门实践性很强的课程，要求以学生为主体，激发学生的学习兴趣、主动性和创造性；本课程并不指定某一具体的三维地学模型，不是要求所有学生都建立三维地形模型，而是鼓励学生创设自己感兴趣的三维地学模型，如洪水演进模型、地面沉降模型、三维地层模型、数字城市模型等，并鼓励学生根据模型的需要来选择合适的三维系统或图形工具，建立自己的三维地学模型。有的学生擅长编程，则可以用VC或IDL编程实现三维空间建模算法或建立三维地学模型；有的学生对菜单操作更感兴趣，则可以根据模型特点，选择ArcGIS或3D Max来建立三维模型。因此本课程给予学生充分的学习主动性，鼓励学生大胆想象和创设自己的三维地学模型，并根据自身特长和兴趣，选择合适的三维系统或图形工具实现自己的三维地学模型。

为了激发学生的学习热情，培养学生的创新精神，本人对教学方法作了一些探索和改进：

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摘 要：该文通过对国内外自然地理学内容体系及其演变过程的梳理，结合中国现实的自然地理问题，以案例和实践为导向的课程改革完善了高校自然地理学的课程内容，丰富了实践案例，使得教学效果得到了显著提高。

关键词：自然地理学；案例；实践；课程改革

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 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

自然地理学是研究自然地理环境的组成、结构、功能、动态及其空间分异规律的学科，它既是地理学的重要分支，又是信息科学群的重要基础内容，是一门极具应用性和现实性的学科[1]。在地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等信息技术飞速发展的形势下，我国自然地理学的学科建设、理论体系架构以及内容体系也需进一步改进与完善，以有效地促进自然地理学的内容体系、科学化、信息化，并推进对现实环境各类问题的认识的不断深化。

自然地理学是安徽科技学院资源与环境学院地理信息科学专业大学本科的专业基础课程。随着自然地理学理论的不断发展，新技术的不断出现，教学方法的不断改进，人才培养层次和水平不断提高，要求自然地理学教学需要承担增强学生的理论水平，同时要锻炼学生分析问题解决问题的能力和达到为社会不断输送理论水平高、工作能力强、品学兼优的“技术+管理”复合型专门人才的教学目标。因此，尝试对自然地理学课程内容体系、教学方法与手段、实践教学等方面进行改革与探索十分必要。为解决本科生学习自然地理学过程中存在的实际困难与问题，提高自然地理学课程教学效果，促进自然地理学与其专业课程的融合，笔者以满足学生需要与实现培养目标为出发点，尝试进行了以案例和实践为导向的自然地理学课程改革研究。

1 研究方法

为提高《自然地理学》课程教学质量，促进学生对自然地理学基本原理及应用自然地理学解决实际问题能力的提高，进一步完善学生的知识结构，本课题研究遵循现状分析―文献梳理―资料收集―分析问题―案例、实践的课程改革―解决问题的研究思路（图1）。本研究主要应用比较分析法、文献检索、专家咨询法、调研法等方法。“现行自然地理学内容体系及教学中存在的问题分析”部分，在构建指标体系基础上，采用调研与深度访谈方式来获取数据，采用比较分析法比较不同发展时期自然地理学的主要内容以及不同国家和地区的《自然地理学》著作内容体系。在“教学方法与教学内容的改革优化”部分，则主要以访谈与个案调查方法的研究结论为依据，采用系统分析与个案研究相结合，宏观分析与微观分析相结合，规范分析与实证分析相结合，加强自然地理学的教学研究对教学内容进行优化设计。

2 研究现状

2.1 关于自然地理学研究内容体系 自然地理学与地理信息、土地管理、区域规划等课程内容有诸多交错，在有限的教学时间内需要把握重点、合理取舍，自然地理学的主要研究内容包括研究某一区域内地质、地貌、土壤、植被、夂颉⑺文等要素的结构、功能、物质迁移、动态演变以及地域分异规律。通过与其他课程有效整合后，将“自然地理概念”、“自然地理结构”、“区域自然及地域分异规律”、“土壤污染”、“气候变化”、“植被分类”、“空间分布体系”作为自然地理学教学的重点。

2.2 自然地理学课程实践教学模式的改革研究 通过课程讨论和实地调查的方式来提高学生对自然地理研究的认识水平以及分析问题、解决问题的能力，强调学生对教学的参与性，对于提高学生的学习积极性十分重要，并具有引导作用。过去我国自然地理学研究引用国外的理论较多，但由于国情不同，经济发展阶段不同，所以内容出现理论与实践脱节的现象。在进行理论讲解的同时，增加实践教学内容，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力。也有学者提出构筑面向本专业全体学生的“授课―模拟―调查”的实践平台[2]，结合自然地理学课程的特点与讲授内容，以地统计学理论解释地域分异等问题，创新提出自己的观点和想法。

2.3 自然地理学课程教学方法与手段的改革研究 有学者提出在教学过程中利用多媒体教学手段，采用“案例式”、“启发引导式”、“讨论式”和“自助式”等教学方法，同时改变传统的考核方式，以适应新的教学改革[3]。其中，以“讨论式”教学法能够拓宽学生的知识视野，加强理论与实践的联系，增强学生的创新意识和创新能力。也有专家提出综合运用典型案例分析、课堂讨论、启发引导式提问、自助式课下学习等多种教学方式方法[4]；采用传统教学与现代多媒体技术相结合的教学手段；通过以实际调查为核心的综合实习制度的实施，搭建培养优秀复合型人才的教学平台。

2.4 自然地理学课程教学内容的改革研究 有学者强调以先进性、创新性教学理念和适应性、引领性原则改革课程教学内容[5]；以宽厚的地学背景和艰苦朴素、求真务实的精神为依托，重视专业理论水平和实践能力的培养，强化创新思维、创新能力的激发，造就“技术+管理”复合型人才。本着“先进性”和“创新性”的教学理念，设计与改革课程内容。

纵观自然地理学教改研究现状，从研究内容、教学方法、模式、教学内容等角度均提出了一些针对性的建议，但也存在一些不足：一是对于现阶段学习自然地理学的导向、目标没有进行清晰的界定；二是对自然地理学教学中存在的问题，往往是基于现状的定性归纳总结，缺少当前各地热点研究问题解决的鲜活案例及实践经验支持；三是研究方法大多为定性分析，定量研究较少，未能为研究结论提供良好的方法支撑；四是对实践和案例式教学多为设想及建议，没有充分试验进行验证。

3 课程改革

3.1 现行自然地理学内容体系及教学中存在的问题分析 首先，从自然地理学课程体系、学生先修课程、教学方法等几个方面制定评价教学效果的三级指标体系，对安徽科技学院已修自然地理学学生或毕业进行抽样调查，全方位了解自然地理学课程的教学效果、存在的问题及原因。其次，对国内自然地理学任课教师和教学专家采取深度访谈的方式，从学科专家和授课教师角度了解该课程教学中存在的困难分析其原因。对自然地理学课程现行教学内容及教学中存在的问题进行了归纳分析。

3.2 培养目标设定与自然地理学课程改革设计 针对调查反映的问题，结合本科教学大纲对学生培养目标等基本要求，从以下步骤对现行自然地理学课程体系进行了优化。首先，培养对象基本情况分析，主要包括培养对象专业基础、先修课程的学习及学生知识结构等多个方面，以达到明确培养对象基本情况的目的。其次，在明确学生基本情况基础上，以专业的培养要求和社会实践的应用能力为导向制定该课程的教学目标，即在保证学生掌握基本知识的同时，满足地理信息科学专业对自然地理学的现实要求，并培养提高学生对自然地理学学以致用的能力。

3.3 自然地理学课程教学内容与教学方法的改革优化 结合前期调研结果分析，以及进一步的访谈结果为依据，以课程体系的培养目的、目标为准则，确定匹配的教学内容及与之适应的教学方法。首先，建设“相关人物”档案库：由于课程内容所限，学生无法全面了解有关知识，为了使学生全面系统地了解自然地理学发展情况，在绪论教学中都增加了相关人物的详细材料。其次，建立一套详细的“文献解读”：为了让学生了解自然地理学相应领域的观点和理论，选取一些重要的参考文献，并由老师进行点评和分析，以便学生更好地理解。再次，建立一系列的“学生学习记录”：包括照片、录像、演讲及讨论记录，以便更好地总结学生对该课程学习的有效途径。最后，根据对自然地理的基本知识、基本概念、典型案例、综合应用、前沿专题、热点问题等内容更新，结合现阶段我国自然地理问题特点和解决要求，补充全国及区域地理问题案例。

3.4 实践教学改革 打造调查研究的平台，拓展发现问题视野的实践教学，在自然地理学教学中有着重要的地位与作用。为学生营造研究气氛，挖掘研究问题的潜力，发挥分析问题、解决问题的主观能动性，丰富教学内容，与课堂教学形成互补、互促的态势，学生对该课程的学习由被动转为主动，可以整体提高课程的学习水平。学生能运用课堂理论结合地理信息科学专业特点设计调查研究路径。如土壤一章中“关于地力评价的调查研究方法”，学生设计出按照“随机选点，辐射扩散”的调查研究方法，即采用空间分析的方法，满足采样点的需求，然后插值获取该地地力等级的评价（图2）。

另如，讲解地理区划章节时，可给学生提供不同的地图数据资料，鼓励学生采用地理信息科学专业知识，通过绘制地形图、专题地理图等图幅加强学生对地理事物的空间位置、形态及其分布范围、分布特征、分布规律等认识。指导学生读图、识图，然后再进一步分析该图所反映地理事物的位置、数量、大小、分布范围、分布规律、特征和地理事物间的相互关系及其影响，以培养学生对现实问题的理解、认识并探讨解决路径的能力。图3为学生所做淮河流域位置图。

3.5 分析总结 主要就上述调研结果、实践教学内容及教学方法优化、案例式教学进行了归纳总结，指出研究中存在的不足和改进方向，并根据自然地理的基本知识、基本概念、典型案例、综合应用、前沿专题、热点问题等内容更新。

4 结语

自然地理学历来都重视实践课程，翻开全国各有关高校的教学计划，无一例外地都有安排实践教学的内容，但受实验课课时及实验条件等因素的限制，尚未开设选做的具有前沿性和创新性的实验项目，因此，有必要增设一定量的创新性实验，这对培养创新人才至关重要。具体做法就是将一些验证性实验改进为综合性实验或设计性实验，增设创新性实验项目，增强学生的实践创新能力。同时，将实验和野外实习与教师纵横向课题、大学生创新课题项目及毕业论文相结合，以改变学生心目中自然地理学课程实验以观察、描述为主，技术含量不高、仪器落后的观念，提高学生开展自主创新的兴趣，使得自然地理学课程的实践教学在培养学生实践能力和创新能力方面发挥更大的作用。

参考文献

[1]刘福刚，高岩.自然地理实践教学内容和方法的改革[J].聊城大学学报，2004，17（3）：98-10.

[2]张振国，简兴，邱银国，等.应用型本科院校 GIS 专业人才培养方案的研究――以安徽科技W院为例[J].测绘与空间地理信息，2014，37（10）：13-16.

[3]孟万忠，刘晓峰，马义娟.加强地图在高校地理实践教学中应用的探讨[J].太原师范学院学报（社会科学版），2007，6（6）：157-159.

[4]冀玉祥.英国高校地理专业课程体系的特征与意义[J].经济地理，2000（5）.

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依托科普场馆，面向社会开放

黑龙江省测绘地理信息科技馆全面充分地展示了各个时期的地图产品、测绘仪器、测绘成果等发展历程。

测绘地理信息技术基础知识科普展厅，从什么是测绘、什么是地图、什么是地理信息技术等最基本的测绘概念开始，按测绘学科规律详细展出。有依据年代不同排列的测绘及地理信息工作者在具体的测绘生产科研工作中使用的国家标准、行业标准和规范图示；有传统手工绘制的地图产品；有我们在地图上经常能看到的象形符号，如天安门、纪念塔、百货商店等。大家在这里还能了解到过去地图制图工作者检查国界线使用的标准画法图，以及省界、县界画法标准图。在这里我们可以一步一步地了解测绘的全过程，了解测绘地理信息在国民经济建设、社会发展及国防建设中的作用，比如南极科考、三峡工程、西气东输、青藏铁路、南水北调、防灾减灾、资源普查、科学研究、文化教育、规划设计、决策管理等方面，都和测绘息息相关。

地图发展展区展示了从古到今地图的发展，远古时代的木板星象图、古代地理工作者绘制的黄河地图、秦墓中出土的地图复本等，以及唐、宋、明、清的地图，分城市图、山河图、建筑图、天文图等，种类齐全。大家在这里会发现地图信息越详尽越接近现代地图。这些古地图由简单的工笔描摹到精确的经纬刻画，都显示了测绘技术的一步步发展。只有经过了岁月的坚实积累，才能有我们今天测绘科学的飞速发展。

极地科普教育基地展区内容丰富，这里展示了黑龙江测绘地理信息局自参加了南极科学考察活动以来积累的丰富的图文和实物资料，系统地展出极地（主要是南极）自然环境、国际南极探险史和我国极地科学考察研究情况，同时阐述进行极地科学考察研究的政治、经济与科学意义；以图文形式展示南极长城站、中山站、昆仑站等景观，以及冰山、极光、风雪、动物等极地风光；以沙盘形式展示南北极地貌；展出我国极地测绘科考成果；以多媒体音像、电影播放等方式，展示极地地貌、地质结构等自然环境；以南极科考人员实际生活、工作的实物，展示人类为揭开那些未知的科学之谜，前仆后继，艰苦奋斗的探索历程。

测绘仪器展区展示了各时期国内外测绘仪器及测量附属工具，展示了手工绘制地图使用的制图工具。展品大到测绘航空摄影无人机，小到绘制地图笔尖。航测仪器展区展示了代表各个时期、各个工序的先进仪器。这里还有很多野外测量露营时使用的帐篷、手电筒和做饭用的锅碗瓢盆等，再现野外测绘工作者风餐露宿的艰苦场景。

测绘高新技术展区，融科学性、知识性、趣味性、互动性于一体，图文并茂地全面展示了丰富的卫星遥感技术、自动化测图技术、地理信息成果、全球定位系统、网络时代的虚拟现实技术及战场仿真技术等，都在经济建设和国防建设中发挥着越来越重要的作用。

科技馆全天候面向学生、社区居民及社会各界免费开放，以推动公民科学素质建设，通过传播与普及测绘地理信息科普知识，展示测绘事业与地理信息产业的发展历程，宣传其在服务经济建设和维护国家安全中的重要性，弘扬测绘精神，提高全民科学素质为目的，让参观者感受科学技术的进步，切身体会到科学技术是第一生产力。

测绘科普走进大学校园，走向社会

近年来，科普基地在黑龙江测绘地理信息局极地测绘工程中心的配合下，到省科技馆、大学生科技活动周、哈尔滨工业大学等高校、哈尔滨市第三中学等举办南极测绘科考报告会及展览会。使学生们了解到测绘在南极科学考察中的重要作用，宣传测绘在服务经济建设和维护国家安全中的重要性，弘扬测绘精神，使青少年进一步认识测绘，热爱测绘，有效地开展了测绘科学知识的普及工作，取得了良好的社会效果。

科普基地几年来一直与黑龙江工程学院、东北林业大学等院校开展校园测绘技能竞赛等科技活动月活动，包括水准仪测量竞赛、全站仪数字测图技能竞赛、GPS-RTK数字测图技能竞赛、全站仪放样比赛、数字摄影测量工作站模型定向、内业计算、专业知识问答、定向运动等多种技能竞赛，极大地丰富了测绘科普内容。其中与黑龙江工程学院测绘工程学院共同主办的“测绘杯暨测绘科技活动月”活动，有全省多个高校代表队参加，扩大了科普基地的影响力。黑龙江工程学院、哈尔滨市勘察测绘研究院也先后建设开放了测绘展馆，3个展馆互借展品，互为补充，成为全国测绘科普工作的亮点。

通过“黑龙江省科普月”、“中国测绘法宣传日”等活动，展出根据主题精心制作的科普展板，包含应急测绘、地理信息技术、南极科考测绘先行、地理国情普查监测、智慧城市云平台、天地图、测量标志保护等丰富多彩的科普宣传内容，同时展出测绘应急监测车和无人机实物，发放宣传材料并讲解测绘科学知识、南极科考和国家版图知识等，融大众性、服务性、知识性、趣味性于一体，让社会公众进一步认识测绘地理信息工作的重要性及其与百姓生活的息息相关。

【基地简介】

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关键词：问题教学法；地理信息系统原理；空间认知

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）44-0187-02

高校教学改革的重点是教学方法的改革。但长期以来，高校中普遍流行的教学方法就是课堂讲授法，该方法虽然能使学生系统全面地获取知识，但因其过分强调预设，形成了以教案为中心的封闭性教学，学生在教学过程中的主体地位难以落实，因而使课堂教学变得机械，课堂气氛沉闷。因此，如何探索有效的教学方法，以增强大学生学习的积极性和主动性，提高课堂教学质量，是摆在大学教师面前不可回避的现实问题。

一、地理信息系统原理课程的特点

地理信息系统是地理信息科学专业的入门课程，该课程覆盖面广，涵盖基本概念、基础理论、技术原理和应用方法等。其中基本概念是构成该学科的基础，包含专有部分和通用部分，各概念间难区分，总体说来晦涩难懂。技术原理是课程的主体，其数据结构、程序算法和实现均不直观，难于揣摩。应用方法涉及一系列的思维转换，无法身临其境，有空洞感。课程存在知识台阶，不能和已有知识无缝衔接，同时基础学科众多，其先修基础课程开设不全，教师需即时补充基础知识点。因此课程教学内容存在由易到难、由虚到实、逐层递进的内在关系。

教师常采用铺垫、启发、引导、提问和讲授相结合的教学方法，但教学效果仍不尽如人意。

我们曾对本校地理信息科学三个年级236位学生进行了问卷调查和访谈，91%认为学习有难度（一般，较难），95%的认为内容抽象。多数认为现有的讲授方法难以保证持久的注意力和兴趣，有厌学情绪。

凡此种种，给课堂教学带来极大挑战。因此，如何在现有的教学条件下，改进教学方法，提高教学质量，显得尤为重要。

二、问题教学法的含义与特点

随着教学理论的研究和教法的探索，问题教学法越来越受到重视。它有着悠久的渊源，历史上用提出问题的方式教导学生的孔子和苏格拉底，他们就采用问题教学法。它以提出问题为主线，即教师提出问题，学生自学教材，探求问题，讨论问题，教师引导讲解，最终达到解决问题的教学目标。可见，问题教学法具有“针对性、参与性、主动性”的特点[1]，它既能改变传统教学中教师教给学生的都是定论知识的现象，又改变了传统的大学课堂中教师满堂灌的弊病。该方法通过讨论争辩、质疑探索，使学生的学习变得主动，也能培养学生的问题意识，大大调动学生的学习积极性。它把学生的学习变为感受知识―理解知识―深入探究的活动，使学生实现了再发现和再创造，养成良好的学习习惯，提升学习能力。同时，问题教学法对于教师来说能有助于教师化解理论讲授的枯燥性，降低教学的难度，提升教学效果。因此我们不难发现，采用问题教学法可以让地理信息系统原理课程教学中的问题迎刃而解。

三、地理信息系统原理课的兴趣养成

1.教学模式。问题教学法实施过程可概括为三环六步模式。三环为：①自学，即提出问题。提出问题是此法的首要环节。首先，学生可以根据对教材的预习，提出自己需要解决的问题，然后教师将筛选、总结归纳出的典型性问题作为教学的依据，如教学中相关概念的区别与联系、关系与法则的理解等，即生成问题。②研学，即讨论问题。它是此法的核心，它主要展示学生研究问题的过程，从而使学生掌握解决问题的具体方法。当学生的思维模糊不清时，教师必须提出需进一步澄清的问题。③固学，即解决问题。以培养学生的知识迁移能力为目的，通过学生讨论引发的问题，教师总结解决问题的方法，使学生的经验和知识达到再增长。六步为具体化：①明确目标。创设问题情境，使学生发现，提出问题，明确要解决的主要问题。②学生自主探究。分析问题，提出假设，设计解决问题方案。③小组研讨。学生分小组讨论未解决的问题，教师通过巡视、质疑、提问、上堂板演等形式，发现学生共同性的疑难问题，对互助研讨加以引导。④质疑点拨。通过学生间和师生间的讨论、质疑、争论、辩解、分析、更正、补充等互动形式，形成班内全员参与、积极探究、氛围热烈的场面，把课堂教学推向，使学生再次享受获得知识的快乐。⑤总结归纳。师生梳理、总结。⑥检测达标。用检测题等方法进行测试，学生答，教师评，并展示交流，并为接续导出下堂课的新知做准备[2]。时间分配一般为35∶10，前35分钟解决学生已预习的问题，完成本节课教学内容，后10分钟，导出新问题，分发材料，指导预习，确保前后衔接。

2.教学设计。参照以上模式，在地理信息系统原理课程教学中，遵从三环六步，将理论教学从整体设计为课前、课中、课后三大过程。课前，教师编写教案，实现知识问题化，问题层次化；学生预习上次课导出问题的基础知识，并回顾旧课的内容。课堂上，首先进行目标再现，由教师简述教学目标；接下来用提问、竞答等方式对预习情况进行调查，重点关注学生预习中发现的问题与质疑；教师归纳汇总问题，即时设计解决方案；后续问题讨论，教师适当点拨，并适时精讲；最终在教师指导下，对本课内容进行总结梳理、明确重点难点与关键点。在每次课的最后10分钟，依照提供给学生的“导学案”及讲授提纲与知识要点，从常规概念，用普通思路导出问题，指定自学的教材内容，提出学习目标，留待下次课讨论学习。课后，教师对课堂进行回顾，总结经验教训；学生温习已学内容，预习教材，查询相关基础知识。

3.教学实例。在空间认知一课的教学中，于前一节课的末段，指定了自学的内容，设计出“现实世界到底有什么？基本空间对象有哪些？你找到的对象是连续，还是离散的？怎样表达它？”等带递进和层次的问题作为导学案，由学生课后自习。这样就将教学延伸到课外，缓解了课时紧张。

课中第一段，教师简述目标――现实世界的基本空间单元和表达方法，完成目标再现，提示地理语义是从空中看世界；后接层次问题的提问，学生分小组自由回答，教师适当启发，以掌握问题和质疑；接下来的讨论，因为学生对问题和基础知识比较陌生，依教材常能得出的仅是“世界由空间实体组成”这一结论，难以逃脱常规思维的束缚，难以建立起正确的认识观，需要加以及时引导、精讲，教师依“地物―离散的―呈点线面状；地理现象―连续分布―分割为形状大小相同的面元”进行了点拨，这时学生积极参与，课堂气氛活跃；接下来是分小组总结环节，指定较好的小组进行总结发言，可辅以幻灯片演示，最终让学生明确关键点（难点）――离散化，点状、线状和面状抽象是自然离散化，是仅关注自己感兴趣的东西，可称实体空间观；真实而连续的现实世界，需要另行离散化，划分空间面元就是要离散连续的空间对象，可称为连续空间观，最终总结出基本空间单元为点状、线状、面状和栅格4类，基本空间图元为点、线、面与像元。从而让学生建立正确的空间认知观和空间表达方式，完成主体教学。

课中的第二段，教师导入下次课的问题。

下课后，师生进入课后阶段。

整个过程，根据教师的节奏，环环紧扣，调动了学生的兴趣和主动性，达到了对知识前所未有的深度学习，教学效果良好。同时，结合教改，将讨论、答问和总结，计入课堂考试成绩，完成课堂考试。

对于比较复杂的内容采用了打通两节课连上的形式，将一二段时间分配为80∶10。

四、结语

实践证明，运用问题教学法进行地理信息系统教学，保证了教师的主导地位，体现了学生的主体性，降低了理论的抽象性，增强了学生的兴趣，培养了学生的学习能力，提高了目标的达成度。实践中还发现鼓励同学大胆质疑与讨论，才是成败的关键。

参考文献：