地理信息科学的研究方法

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地理信息科学的研究方法范文第1篇

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.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen

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.2Thenetworksystemofscienceclassification

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）

TablelThesystemstructureofsocialismconstruction

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.3Fiveopencomplexgiantsystem

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(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)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。中国的人口问题、西部开发问题、21世纪水资源问题、能源问题、洪旱灾害问题、环境问题、生态农业问题、城镇体系问题、基建布局问题、产业结构动态调整问题以及相互之间的协调发展问题，无不属于地理系统工程。

地理现象是复杂现象，地理系统是开放的复杂巨系统。当研究西部开发时，如果国家各个部门各行其是，石油开发只考虑石油开采与输送管道；交通只考虑公路建设；铁路只考虑铁路建设；水利只考虑南水北调问题；城镇建设只考虑城市规划等，那么整体的西部地区有可能产生许多事倍功半的现象，例如修了公路没有物资运输；城市居民结构不尽合理；劳动力与产业结构不配套等。钱学森的社会主义总体设计部就是要把地理系统工程与政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设系统地结合起来，地理系统工程仅是其中的一个子系统。而人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业是地理系统工程中的子系统。人口中的数量、素质、结构、分布是人口系统中的要素；资源中的矿产资源、水资源、生物资源、土资源、大气资源等又是资源系统中的子系统；大气环境、水环境、土环境、生物环境、地质环境是环境系统的子系统；交通、铁路、航运、航空、供排水、供电、供气、供暖、电讯、电视、计算机网络是基础建设系统的子系统等。系统嵌套系统，分层次子系统与交叉子系统，构成完整的、开放的、复杂的巨系统。

研究开放复杂巨系统的方法，首先是将系统分解为多层次的子系统，明确其中的交叉子系统；其次是从定性到定量地确定子系统中各个要素与指标体系；第三是根据指标（相似准则）建立模型进行预测预报；最后是检验该巨系统的效益与效率。当前大多数是分别研究人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等子系统，在一个地区全面研究区域地理系统工程的有效实例不多，区域经济地理的研究还远远够不上地理系统工程。笔者曾在2000年底提出中国水资源、水灾害、水环境、生产用水、生活用水统一解决的洪水充分利用，全国水系网络化与渤海淡化的地理系统工程，中国科技报曾进行报道，之后笔者在“21世纪黄河系统工程方略”一文中进行阐述，首先所能进行的研究是虚拟地理系统工程。全国水系网络化与渤海淡化是21世纪的世纪工程，尚需有识之士共识，广泛地深入研究，进一步的论证。

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.

地理信息科学的研究方法范文第2篇

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

地理信息科学的研究方法范文第3篇

关键词：高师院校 GIS 教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-02

在现代，反映综合国力的显著标志之一就是该国的IT教育和科普水平。地理信息科学是信息技术的典型代表，是数字化的集中表现。1998年，教育部新颁布了高等教育目录。其中，在地理学和测量学这两个一级学科目录中，新设立地图学与地理信息系统、地图制图与地理信息系统两个本科专业，以期培养地理信息系统理论和工程应用人才。由于地理信息系统的广泛应用和普及，地理学科下其他专业，如地理科学专业，资源环境与城乡规划管理专业都开设了地理信息系统课程。它是新型强有力的地学研究工具，这对所有教学层次是十分必要的。在全球信息浪潮的推动下，2012年，教育部对1998年专业目录再次完善，把地理学中的地理信息系统专业更名为地理信息科学，由此可见对地理信息系统教学的重要程度。以人为本加强地理信息系统教育，大力培养创新型人才，是地方高师院校教学改革的重要课题。文章从多方面阐述地理信息系统课程的特征，分析了高师院校地理信息系统教学的存在问题并提出了发展对策。

1 地理信息系统课程特征

1.1 多学科交叉集成，知识广泛

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）于20世纪60年代兴起，是一门年轻却异常活跃的学科。它是地理学、测绘学、统计学与计算机和信息科学等之间的交叉学科[1]，已经渗透到各领域、各部门和各行业。GIS是数字地球的基础，是3S（GIS、RS、GPS）或5S（GIS、RS、GPS、ES、DPS）集成技术的核心，时刻影响和改变者人们的生产、生活、工作和思维方式。未来凡是与地理信息空间有关的社会、经济和人们生存、生活的98% 领域都将会应用到GIS技术。2007年，我国GIS产业规模达到500亿。据“中国地理信息产业协会”预测，到2015年，我国GIS产业规模将达到5000亿。

1.2 理论与技术应用并重

地理信息系统既是一门理论学科，又是一门应用性很强的技术型学科，全面反映“概念―原理―方法―操作―应用”五位一体的特征。学习GIS和学习游泳的道理相同，既要掌握理论知识，又要培养动手能力。理论与实践两面都要硬。没有实践的理论是纸上谈兵，没有理论的实践是瞎子摸象。教学中要注重理论的讲授，同时要加强实践能力的培养。

1.3 空间抽象和空间分析

空间分析的强大功能是GIS区别于其他信息系统的根本标志，也是GIS成熟发展与地理信息系科学发展的标志。空间实体的表达相对抽象，不易理解，可以借助PPT或一些实物，使之直观化、形象化，加强学生的感性认识。

1.4 更新快

GIS是地理学的第三代语言。发展了近50年的地理信息系统有着巨大的变化。从最初的GIS萌芽到现在的COMGIS、WEBGIS、VRGIS、时态GIS等，GIS正朝着一个可运行的、分布式的、开放的、网络化的全球GIS发展。GIS必将发展成为集社会科学、自然科学于一体的全球性、综合性巨型软科学。

2 高师院校GIS教学现状和存在问题

2.1 学时较少，兴趣不浓

地方高师院校开设的地理信息系统课程一般只有50学时左右，其中包括了理论课时和实践课时。这对于非GIS专业的教学来说是远远不够的。在我国，中学阶段对GIS的基础教育普及率不高。地理在高中阶段被分在文科类，地理科学专业和资环专业招生计划也受到影响，过多地招收了文科学生。尽管进行了高数、计算机技术和等级考试的学习，但数理基础薄弱，计算机知识缺乏，导致对GIS课程学习很吃力，并且兴趣不浓。

2.2 重理论轻实践

GIS实践性强，教学中需要安排大量的实践环节。但是由于高师院校地理科学专业、资源环境与城乡规划管理专业用于实践教学的软硬件设备配备不齐，并缺少必要的空间数据，只能偏重于理论教学，在动手能力培养上达不到要求[2]，教师难讲，学生难学，使实践教学无法深入，得不到巩固，阻碍了GIS教育发展。

2.3 师资力量薄弱

建立一支高素质教师队伍是教育改革的根本。地方高师院校中从事GIS教学的教师大都是从地理科学专业转过来的。盐城师范学院不只有一位教地理信息系统课程的教师，但仅有一位地图学与地理信息系统专业毕业的教师，这不能满足GIS课程教学的需要，会影响GIS人才的培养。

3 GIS有效教学途径探讨

3.1 从大环境着手，创造有利条件服务教学

3.1.1 转变教学观念，加强对GIS的重视

国家新颁布的《普通高中地理课程标准》加入了“地理信息技术应用”教育模块，该标准提出了对GIS的教学要求。因此在高师院校地理科学专业纳入并重视GIS教育相当重要。资源环境与城乡规划管理专业与GIS更是息息相关。学校应从师资队伍建设、教学科研等方面加以长远考虑与准备，应积极申办地理信息系统专业。

3.1.2 加强GIS软硬件设施建设

地理信息系统包括四大要素：地理空间数据和信息、硬件、软件和人员。近年来，计算机硬件价格大幅度降低，许多师范院校的地理系有自己的机房，只要再添加些设备，如大型扫描仪、数字化仪和大型绘图仪等[3]。再购买安装相应的地理信息软件，如ERSI公司的ARCGIS，国内超图公司的SuperMap、中地公司的MAPGIS等，就可以把普通的机房变为GIS实验室。除此之外，还需要购买地理数据和信息。当然，GIS教学软硬件离不开不菲资金的支撑。地方高师院校可以采取软件公司与高校共建实验室，即校企合作的方式以较小的成本获取正版软件。

3.1.3 师资队伍的建设

根据地方高师院校GIS课程培养的目标和要求，提高教师的GIS教学水平，可以通过派送教师进行GIS专业深造或引进GIS专业的高层次人才。

3.2 教学注重GIS特色

3.2.1 加强实践教学环节

实践是硬道理，只有实践才能出技术和人才。师范学校若忽视，难于适应培养创新型人才的大潮。为了确保教学效果，开课时间的选择很重要，最好安排在大三年级开设。这个时间段学生已经具备了高数、计算机、测量学、地图学、遥感的基础，已经掌握了一些学习方法，能接受地相对容易些，并且有充足的课余时间来实践。在讲授GIS基本理论的同时必须辅以必要的同步实验，例如地图数字化、创建专题地图、空间查询与检索、地图版面设计等。

3.2.2 强调与专业或专业方向相结合，适当调整内容

教师在教学中不仅要传道、授业，还要解惑。这要求GIS教育要本着解决实际问题原则。教师应抓住GIS社会化的契机，在第一堂课上，对绪论的讲解尤为重要，不能照本宣科，讲解GIS课程的学科前沿以及与实际生活息息相关的方面。地理科学专业，利用GIS软件制作地图、数字化地图等。资源环境与城乡规划管理专业，强调空间分析，如城市规划及管理、园林管理、房地产管理、城市管网、城市交通、土地管理和地籍管理等。采用案例教学，做到有的放矢，提高学生学习兴趣。

3.2.3 改进考核方式

考试不是目的，而是检验学习效果的手段之一。教学中应积极倡导学生参与式学习，结合课堂讨论与交流心得体会，拓宽学生视野，巩固教学成果。在考试中，加大软件操作题的比例和相关应用题。积极引导学生脱离死记硬背，期末考前“抱佛脚”的换习惯，尝试口试答辩、软件操作方式的考试，提高学习的创造性，与培养创新型人才接轨。考试内容不能局限于教材，不能划范围定重点，从而破坏高师院校的学风和校风建设。

3.3 学生利用共享资源主观能动地学习

21世纪需要的是人才，教学要扬长补短，激发学生的主体性和创造性。要积极配合国家的教育体制改革，勇于探讨专业教学的新理念、新模式和新方法，因材施教，因人而异，因势利导，有意识、有重点的培养创新能力[4]。

同时，可以组建由学生自由协作和自主学习的应用研究性学习小组和创新团队，并制定专业教师担任辅导，鼓励和祖师学生积极参加ESRI、SuperMap等全国GIS应用开发大赛、挑战杯、开放实验项目、大学生科研项目、社会实践、科技文化展等，加强不同学科、专业的交叉。

只有让学生亲手操作、亲身实践，他们才能对GIS有更深刻的认识和技能上的更快提高。同学们要多写些GIS方面的小论文或毕业论文，体现新思路。一些专业的网站论坛，国内外高校的精品课程上，都可以下载关于GIS学习资料。

4 结语

地理信息科学（Geographic Information Science，GIS）是依靠地理信息软件（Geographic Information Software）支撑的地理信息系统（Geographic Information System），最终要为人类提供地理信息服务（Geographic Information Service）。地理系信息系统已经成为IT领域中产值最高的信息技术

之一。

参考文献

[1] 贾泽露，刘耀林，刘兴全.从市场需求看我国高校GIS教学改革[J].地理空间信息，2006，4（2）：75-77.

[2] 李权国，张，康玲.师范院校地理科学专业GIS教育的问题与策略研究[J].福建教育学院学报，2010（2）：62-64.

地理信息科学的研究方法范文第4篇

1．依据教学大纲，整合最优教学内容依据课程教学大纲，对教学内容进行优化整合，进一步完善“地图学”课程知识体系。根据笔者所在学校地理信息科学专业的特点，结合专业培养目标，通过对2013级地理信息科学专业主要课程的设置(见表1)进行综合分析，同时考虑“地图学”课程的教学学时以及该课程与相关专业课程的前后衔接情况，确定该课程的具体教学内容，见表2。对“地图学”教学内容设计的几点说明:1)地图数学基础部分没安排椭球体基本常识的内容。在第2学年第2学期已开设大地测量学基础，因此仅在地图学教学中稍作提及，重点是地图投影、地图投影转换及几种常见投影的应用。2)地图数据源部分没安排数据采集的内容。地理信息科学专业开设相关课程(如:测量学、遥感原理及应用、卫星定位原理及应用等)，因此仅安排数据处理内容，重点是数据预处理。3)教材的选用。目前国内公开出版的地图学高校教材普遍存在以下问题:①教材内容有一定的针对性和学科依托;②教材更新慢，难与学科的发展同步。因此，笔者认为地图学教材应由基础教材和补充教材组成。经过综合比较和分析，笔者认为《新编地图学教程》可作为基础教材。另外，根据专业学科背景和课程教学的需要编写补充教材。这样既可做到知识讲述的系统性;又可吸纳最新研究成果更新教学内容，优化学生知识结构，拓宽学生视野，拓展学生思维，提高其创新能力;还可紧跟社会需要，吸纳社会不同领域的需求，为学生将来就业做好知识储备［5］。2．结合不同教学模式，设计最适宜的教学方法教学的本质就是“教学生学”，教学生“乐学、会学、学会”［6］，而教学方法则直接影响到学生学习的积极性和教学效果。因此，笔者在课程教学中十分重视多种教学方法的合理利用，体现在如下几点。(1)板书与多媒体相结合，加强对教学内容的理解课堂教学中，类似公式推导、计算等逻辑性强的内容采用板书方式讲解，以便学生能跟上思路，做到层层理解，如地图投影经典公式的推导。涉及概念、原理等内容则借助多媒体，一方面可以增加课堂信息量;另一方面可以利用大量的多媒体素材，增强学生对相关理论知识的感性认识，从而使学生能够更好地理解相关知识点，如地图色彩设计、地图版面设计等。(2)课堂教学与实际应用相结合，调动学生主动学习的积极性问卷调查结果反映学生普遍对将来“有用的”知识感兴趣。因此，在课堂教学中，采用启发式教学法，借助实际问题引出有待讲解的内容，使学生对课程知识的实际应用有全面的了解和认识，进一步激发学生主动学习的积极性，使学生“乐学”。如讲解地图投影变形及投影选择时，采取“(学生)阅读同一区域不同类型的专题图—(教师)启发提问—(学生)独立思考—(学生)小组讨论—(教师)讲解总结”的课堂组织形式，不仅有效调动了学生学习的积极性，还有助于提高学生“会学”的能力。(3)理论教学与实践教学相结合，培养学生知识运用和实际动手的能力地图学具有很强的实践性，许多内容须亲自动手实践，才能真正理解掌握［7］。为此，在教学活动中，“讲讲练练”的方法贯穿始终，使学生“思中学，做中学”，如为让学生全方位接触计算机制图的各个环节，在大板块的课堂教学结束之后，安排相应的实验，通过实验加深对相关知识的理解，培养学生利用理论指导实践的能力，提高实际动手能力。(4)课堂讲授与自学相结合，培养学生的自学能力自学能力是学习能力的最重要体现［6］。地理信息科学专业的“地图学”课程教学只有32学时，而课程理论基础较深、内容多。因此，在课堂讲授的基础上，选择部分难度适宜的内容以实验或作业的形式安排学生自学，以培养学生的自学能力。如地图符号化中图形视觉的心理效应，学生通过自学完全可以领悟。因此，要求学生自学，然后结合图形视觉心理效应具体分析地图的心理感受特点。(5)理论考试和实践考核相结合，注重知识和能力的双重评价为客观、真实地评价学生学习情况，鼓励学生用理论指导实践，在实践中加深理论知识的理解，更好地体现“学思结合、知行统一”。在课程评价中，理论考试成绩占70%，实践考核成绩占30%;另外，理论考试中适当增加与实践操作密切相关的知识点的考核，强调对基础理论和方法的理解与应用。

二、“地图学”课程实验的设计与实施

“地图学”课程实验教学对于巩固理论知识的学习，强化对理论知识的理解与应用，提高实际动手操作能力以及分析问题和解决问题的能力，进而培养初步的科研创新能力具有重要作用。因此，如何利用有限的实验教学课时达到培养技能和提高能力的目的，是实验教学环节需要着重考虑的问题［8］。1．结合教学目标，精选适宜的实验内容按照课堂教学与实验教学有机结合的原则，从知识点的系统性和整体性出发，并注意与GIS课程实习内容的差别，对理论知识和实验内容进行科学的分析和整合，确定实验教学内容，见表3［9］。表3中实验1、2借助多媒体完成;实验3、4、5借助计算机利用MapInfo软件完成。2．结合先进教学理念，巧妙设计实验教学方法在实验教学中，对于基础性内容，采用传输型教学模式与自主式教学模式相结合的方法。如地图的设色，课堂上通过大量阅读纸质和电子地图，结合教师的讲解，增强对地图色彩的感性认识;课下结合相关的内容搜集素材，自主完成地图的手工设色。对于理论知识在GIS系统中应用的内容，结合研究型教学模式，创设类似于科学研究的教学氛围，引导学生自主地发现问题、分析问题和解决问题，逐步完成整个实验内容［10］。如专题地图编制所涉及内容，设计大型实验，要求学生根据自己的知识积累搜集资料，撰写地图编制设计书，使用MapInfo软件完成整个专题图的制作。

三、结束语

地理信息科学的研究方法范文第5篇

一、目前教学中存在的问题

人文地理与城乡规划专业注重地学与管理学知识的交叉与融合，但就教学现状而言，存在以下几方面的问题：

1.教材版本单一，不同专业侧重点不突出目前，学生使用的教材大多是《地图学原理》或者《新编地图学教程》，不同专业之间没有区别。地理信息科学、测绘工程与人文地理与城乡规划专业所用教材基本相同，没有侧重于人文地理与城乡规划专业的教材。

2.各高校人文地理与城乡规划专业在制定人才培养方案中对地图学教育的重视程度参差不齐据武汉大学中国科学评价研究中心研究发现，目前国内共有131所高校开设人文地理与城乡规划专业，但地图学在很多学校只是人文地理与城乡规划专业的选修课，甚至没有开设这门课程。人文地理与城乡规划专业培养方案中有的学校开设48学时理论课，2周的地图学实践，但是大部分高校往往只强调经济管理及规划课程的学习，对用于空间信息表达与分析的地图学课程重视不足。

3.交叉学科基础知识准备不足，影响学生的创新能力地理信息系统与地图学渊源极深，同处于大地学背景下，人文地理与城乡规划专业的学生要适应发展，必须具备扎实的地图学知识。目前，学生由于对地图学知识了解不够深入进而影响地理信息系统原理的学习，对基于数字地图的信息分析方法难以理解，甚至对在城市规划时如何考虑空间信息模糊不清、无所适从。

二、教学改革

1.构建教学体系，组织教学内容不同专业的学生抽象思维和形象思维能力不同，过去只考虑教材不考虑学生的因素，而以往地图学教材编制主要针对的是地理信息科学专业和测绘工程专业的学生，从而导致人文地理与城乡规划专业的学生在学习地图学时“共同语言”太少，主动性较差。因此，地图学要根据人文地理与城乡规划专业学生的实际情况改革教学内容。地图学是一门综合叉课程，迫切要求教师根据学生的专业特点对教学内容进行改革，做到因人施教、因专业施教，编写符合人文地理与城乡规划专业学生实际的地图学教材。地图学的教学内容包括理论地图学、地图制图学和应用地图学三部分，地图学教学内容改革也主要围绕这三个方面进行。针对人文地理与城乡规划专业的特点，教学内容的改革应将教学目标与专业特点结合起来，既要介绍传统地图投影方法、常用地图投影转换算法，又要让学生对当今竖版（中国，地球东、西、南、北半球）地图有充分的了解，更要结合人文地理与城乡规划专业的特点将普通地图制图方法和专题制图方法的计算机技术教授给学生。同时，地图符号在地图学课程中占有重要的地位，人文地理与城乡规划专业要求学生具有一定的城乡规划能力，能够制作规划图。因此，地图学课程中地图符号的教学应该与城乡规划图相结合，尤其要加强符号设计部分的内容。

2.理论联系实际，注重实践教学地图学是一门理论与实践并重的课程，实践内容主要是对理论知识的应用，具体包括地图的识读和电子地图制作。地图识读主要培养学生认识地图类型，了解地图图面内容，熟练掌握地图三要素（图例、比例尺、指北针）的能力。电子地图制作是地图学实践的主要内容，采用现有的制图软件训练学生制作普通地图和专题地图，利用GIS软件的地图制图功能训练学生进行地图符号化、专题图制作与地图制图输出等能力。

3.储备基础知识，培养创新能力对于人文地理与城乡规划专业来说，地图学是一门交叉学科，既包含大地学的投影等基础地理信息，又包含专题地图制图等与规划相关的知识与技能。因此，地图学知识掌握扎实才有可能应用到后续城市规划、乡镇规划、土地规划管理方面，也才有可能与后续地理信息系统知识与技能较好地融合在一起。在具体教学中，需要讲授传统地图学的基本内容，同时结合现今地图学发展的新趋势、新内容（如竖版中国地图，竖版世界地图）引导学生学习现代地图学的主要内容，使学生较为扎实地掌握基础知识，培养学生将现代地图发展的新内容与自身专业方向结合，增强交叉学科创新能力。