如何建立高層次認(rèn)知體系

【專(zhuān)家解說(shuō)】：地理信息系統(tǒng)是地理科學(xué)、信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等的交叉學(xué)科，是一門(mén)新興的學(xué)科，在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。北京大學(xué)于1990年開(kāi)始在地理類(lèi)本科生課程中開(kāi)設(shè)地理信息系統(tǒng)概論，并定為必修科目，1998年正式設(shè)立地理信息系統(tǒng)本科專(zhuān)業(yè)，是我國(guó)最早開(kāi)設(shè)這一專(zhuān)業(yè)的院校之一，為社會(huì)培養(yǎng)了大批的高層次人才。 在地理信息系統(tǒng)本科專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置中，地理信息系統(tǒng)概論是一門(mén)骨干必修基礎(chǔ)課，也是學(xué)生第一門(mén)地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課程。目前，地理信息系統(tǒng)概論已經(jīng)是北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院的及環(huán)境科學(xué)學(xué)院的本科必修課程，同時(shí)也是眾多相關(guān)院系的選修課程。這門(mén)課程的基礎(chǔ)定位是:使學(xué)生掌握正確的專(zhuān)業(yè)基本概念和基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，掌握地理信息系統(tǒng)的基本框架結(jié)構(gòu)，了解地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展?fàn)顩r，從而為其后續(xù)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)的學(xué)習(xí)和研究指引正確方向、打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 課程的指導(dǎo)思想 Top 地理信息系統(tǒng)是一門(mén)綜合性的應(yīng)用學(xué)科，它對(duì)于學(xué)生的地理科學(xué)及信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)要求比較高。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)目前發(fā)展非常迅速，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因而盡管本課程是一門(mén)基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容的更新速度確實(shí)非常迅速的。結(jié)合這些特點(diǎn)，基于課程目的和課程定位，本課程建設(shè)的基本指導(dǎo)思想是: 1、堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合。本課程作為本科生的入門(mén)課程，對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)知識(shí)及基本原理需要進(jìn)行充分、翔實(shí)的講解，使學(xué)生牢固的予以掌握。同時(shí)，為了改變學(xué)生在基礎(chǔ)課程中容易“死記硬背”的問(wèn)題，突出地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中引用大量應(yīng)用實(shí)例;本課程還設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的實(shí)習(xí)課，并安排了專(zhuān)門(mén)的實(shí)習(xí)課教師，布置了具體的實(shí)習(xí)作業(yè)，以使學(xué)生能夠掌握常見(jiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)的使用和操作，并提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。 2、堅(jiān)持基礎(chǔ)理論體系與最新進(jìn)展相結(jié)合。本課程講授地理信息系統(tǒng)的完整的理論體系與框架，以便為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)研究打好基礎(chǔ)。同時(shí)，考慮到學(xué)科的快速發(fā)展，在基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，增加了地理信息科學(xué)與數(shù)字地球、地理信息系統(tǒng)與社會(huì)、地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、地理信息系統(tǒng)工程的章節(jié)，以使學(xué)生對(duì)學(xué)科的最前沿發(fā)展有所了解、有所掌握。 3、堅(jiān)持個(gè)性化教育的原則。地理信息系統(tǒng)是一個(gè)交叉學(xué)科，需要的專(zhuān)業(yè)背景知識(shí)較多，包括地理科學(xué)、信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等，同時(shí)其應(yīng)用方向又非常廣泛。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，我們?cè)诮滩木幹浦泻顺Ｒ?jiàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，如部分計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)常識(shí)、地圖學(xué)的基本原理等，并在課程中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)有欠缺的同學(xué)進(jìn)行有針對(duì)性的輔導(dǎo)。同時(shí)，在安排專(zhuān)題講座及課程實(shí)習(xí)時(shí)，也不是千篇一律，而是針對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)方向進(jìn)行了相應(yīng)的安排。 4、積極運(yùn)用新型的教學(xué)手段。針對(duì)課程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，本課程積極采用文字、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等新型教學(xué)手段，以提高課程的趣味性，提高學(xué)生的參與程度，幫助學(xué)生進(jìn)行理解和記憶。由于地理信息系統(tǒng)本身就是軟件系統(tǒng)，因而課堂教學(xué)講授中還采用了現(xiàn)場(chǎng)操作、現(xiàn)場(chǎng)演示的教學(xué)方法，并大力鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái)進(jìn)行操作，大大提高了學(xué)生的參與程度。 主要教學(xué)內(nèi)容 Top 本課程教學(xué)的主要內(nèi)容包括四個(gè)主要模塊: 模塊一:基本概念和理論 要點(diǎn)1:概述 地理信息系統(tǒng)的基本概念:信息、數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、地理信息;地理信息系統(tǒng)及其重要類(lèi)型;地理信息功能概述;地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容;地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史 要點(diǎn)2:從現(xiàn)實(shí)世界到比特世界 對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的地理認(rèn)知:認(rèn)知與認(rèn)知模型;現(xiàn)實(shí)世界的抽象:現(xiàn)實(shí)世界-概念世界-地理空間世界-緯度世界-項(xiàng)目世界;比特世界 要點(diǎn)3:空間數(shù)據(jù)模型 空間數(shù)據(jù)模型基本概念;場(chǎng)模型;要素模型;基于要素的空間關(guān)系分析;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型;時(shí)空模型;三維模型 要點(diǎn)4:空間參照系與地圖投影(本部分系針對(duì)非地理專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)置，不是正式授課內(nèi)容) 地球橢球體;坐標(biāo)系;地圖投影基本問(wèn)題;高斯-克呂格投影;地形圖的分幅與編號(hào) 要點(diǎn)5:GIS中數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)涵義與類(lèi)型;數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度:命名量-次序量-間隔量-比率量;地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量:數(shù)據(jù)質(zhì)量來(lái)源與控制;空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù):元數(shù)據(jù)的基本概念-元數(shù)據(jù)的應(yīng)用-元數(shù)據(jù)的獲取-元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與功能實(shí)現(xiàn)。 模塊二:地理信息系統(tǒng)的框架與功能 要點(diǎn)1:空間數(shù)據(jù)獲取與處理 地圖數(shù)字化:概述-地圖數(shù)據(jù)類(lèi)型-數(shù)字化儀數(shù)字化-掃描矢量化及常用算法;空間數(shù)據(jù)錄入后處理:坐標(biāo)變化-圖形拼結(jié)-拓?fù)渖伞? 要點(diǎn)2:空間數(shù)據(jù)管理 空間數(shù)據(jù)庫(kù):空間數(shù)據(jù)庫(kù)-GIS內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);柵格數(shù)據(jù)及其編碼:柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-決定柵格單元代碼的方式-編碼方法;矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼:矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-編碼方法;矢量與柵格結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換算法;空間索引機(jī)制;空間信息查詢:基于屬性特征的查詢-基于空間關(guān)系和屬性特征的查詢(SQL)-空間擴(kuò)展SQL查詢語(yǔ)言(GSQL)。 要點(diǎn)3:空間分析 空間查詢與量算;空間變換;再分類(lèi);緩沖區(qū)分析;疊加分析;網(wǎng)絡(luò)分析;空間插值;空間統(tǒng)計(jì)分類(lèi)分析 要點(diǎn)4:數(shù)字地形模型(DTM)與地形分析 DEM與DTM;DEM的主要表示方法:規(guī)則網(wǎng)格模型-等高線模型-TIN模型-層次模型;DEM模型的相互轉(zhuǎn)換:不規(guī)則點(diǎn)生成TIN-網(wǎng)格DEM轉(zhuǎn)成TIN;等高線轉(zhuǎn)為格網(wǎng)DEM-利用格網(wǎng)DEM提取等高線-TIN轉(zhuǎn)為格網(wǎng)DEM;DEM建立:DEM數(shù)據(jù)采集方法-數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量-DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量控制;DEM的分析與應(yīng)用:格網(wǎng)DEM應(yīng)用-TIN分析應(yīng)用。 要點(diǎn)5:空間建模與空間決策支持 空間分析過(guò)程及其模型;空間決策支持模型:空間分析決策的復(fù)雜性，基本理論與方法-空間決策系統(tǒng)-空間決策的模型管理;專(zhuān)家系統(tǒng):專(zhuān)家系統(tǒng)的基本組成、知識(shí)處理與系統(tǒng)實(shí)例;數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)挖掘:數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)-數(shù)據(jù)挖掘-空間數(shù)據(jù)挖掘;GIS空間分析與空間動(dòng)態(tài)建模:GIS與空間動(dòng)態(tài)模型的結(jié)合方式-元胞自動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介-元胞自動(dòng)機(jī)模擬林火蔓延模型-元胞自動(dòng)機(jī)的局限性;空間相互作用與位置(分配模型):空間優(yōu)化模型的定義與分類(lèi)-靜態(tài)離散空間優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)表達(dá)(線性規(guī)劃)。 要點(diǎn)6:空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖制度 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖學(xué):數(shù)學(xué)法則-符號(hào)-制圖綜合;地圖的符號(hào);專(zhuān)題信息表現(xiàn):分類(lèi)與內(nèi)容-表現(xiàn)方法-表現(xiàn)手段;專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì):圖幅基本輪廓設(shè)計(jì)-區(qū)域范圍的確定-專(zhuān)題地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)-圖面設(shè)計(jì);制圖綜合:概念-影響因素-基本方法;地理信息的可視化:基本概念-地學(xué)可視化類(lèi)型-虛擬地理環(huán)境。 模塊三:地理信息系統(tǒng)應(yīng)用 要點(diǎn)1:3S集成技術(shù) 遙感簡(jiǎn)介;GPS簡(jiǎn)介;GIS/RS的集成及具體技術(shù);GIS/GPS的集成及具體技術(shù);GIS/RS/GPS的集成。 要點(diǎn)2:網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的基本概念;分布式地理信息系統(tǒng):分布式系統(tǒng)和C/S模型-網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的組合方式-網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì);WebGIS:簡(jiǎn)介與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 要點(diǎn)3:地理信息系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 城市規(guī)劃、建設(shè)管理;農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃;大氣污染監(jiān)測(cè)管理;道路交通管理;地震災(zāi)害和損失估算;地貌研究;醫(yī)療衛(wèi)生;軍事應(yīng)用。 要點(diǎn)4:地理信息系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目組織與管理 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目簡(jiǎn)介:模式與分類(lèi)-開(kāi)發(fā)方式;應(yīng)用項(xiàng)目策略規(guī)劃;應(yīng)用項(xiàng)目合同;應(yīng)用項(xiàng)目軟硬件規(guī)劃;子項(xiàng)目劃分與管理;項(xiàng)目預(yù)算;人員管理;開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)管理;項(xiàng)目控制與評(píng)估;軟件研制與開(kāi)發(fā)質(zhì)量管理:ISO9000-CMM模型。 要點(diǎn)5:地理信息系統(tǒng)軟件工程技術(shù) 軟件工程簡(jiǎn)介;GIS領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)與構(gòu)件;GIS需求分析;數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì);界面設(shè)計(jì);GIS設(shè)計(jì)模式;使用CASE工具。 模塊四:地理信息系統(tǒng)的前沿問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì) 要點(diǎn)1:地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介;ISO/TC211;OpenGIS。 要點(diǎn)2:地理信息系統(tǒng)與社會(huì) GIS的社會(huì)化;GIS的社會(huì)化的相關(guān)問(wèn)題:產(chǎn)業(yè)-政策-法律-教育與評(píng)估認(rèn)證;社會(huì)對(duì)GIS發(fā)展的影響。 要點(diǎn)3:地球信息科學(xué)和數(shù)字地球 地球信息科學(xué)的概念與研究?jī)?nèi)容;數(shù)字地球的產(chǎn)生背景與概念;數(shù)字地球核心技術(shù)綜述;國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。 課程特色 Top 地理信息系統(tǒng)概論課程的的主要特色是: 1、堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合。本課程作為本科生的入門(mén)課程，對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)知識(shí)及基本原理需要進(jìn)行充分、翔實(shí)的講解，使學(xué)生牢固的予以掌握。同時(shí)，為了改變學(xué)生在基礎(chǔ)課程中容易“死記硬背”的問(wèn)題，突出地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中引用大量應(yīng)用實(shí)例;本課程還設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的實(shí)習(xí)課，并安排了專(zhuān)門(mén)的實(shí)習(xí)課教師，布置了具體的實(shí)習(xí)作業(yè)，以使學(xué)生能夠掌握常見(jiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)的使用和操作，并提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。 2、堅(jiān)持基礎(chǔ)理論體系與最新進(jìn)展相結(jié)合。本課程講授地理信息系統(tǒng)的完整的理論體系與框架，以便為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)研究打好基礎(chǔ)。同時(shí)，考慮到學(xué)科的快速發(fā)展，在基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，增加了地理信息科學(xué)與數(shù)字地球、地理信息系統(tǒng)與社會(huì)、地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、地理信息系統(tǒng)工程的章節(jié)，以使學(xué)生對(duì)學(xué)科的最前沿發(fā)展有所了解、有所掌握。 3、堅(jiān)持個(gè)性化教育的原則。地理信息系統(tǒng)是一個(gè)交叉學(xué)科，需要的專(zhuān)業(yè)背景知識(shí)較多，包括地理科學(xué)、信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等，同時(shí)其應(yīng)用方向又非常廣泛。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，我們?cè)诮滩木幹浦泻顺Ｒ?jiàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，如部分計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)常識(shí)、地圖學(xué)的基本原理等，并在課程中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)有欠缺的同學(xué)進(jìn)行有針對(duì)性的輔導(dǎo)。同時(shí)，在安排專(zhuān)題講座及課程實(shí)習(xí)時(shí)，也不是千篇一律，而是針對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)方向進(jìn)行了相應(yīng)的安排。 4、注重提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力?？紤]到地理信息系統(tǒng)學(xué)科的應(yīng)用特色，本課程非常注重提高學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手能力。在授課現(xiàn)場(chǎng)增加了提問(wèn)，實(shí)際操作等內(nèi)容，并通過(guò)課程作業(yè)、實(shí)習(xí)、綜合作業(yè)的方式要求學(xué)生實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題。這最終又加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。 5、積極運(yùn)用新型的教學(xué)手段。針對(duì)課程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，本課程積極采用文字、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等新型教學(xué)手段，以提高課程的趣味性，提高學(xué)生的參與程度，幫助學(xué)生進(jìn)行理解和記憶。由于地理信息系統(tǒng)本身就是軟件系統(tǒng)，因而課堂教學(xué)講授中還采用了現(xiàn)場(chǎng)操作、現(xiàn)場(chǎng)演示的教學(xué)方法，并大力鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái)進(jìn)行操作，大大提高了學(xué)生的參與程度。 教學(xué)方式 Top 在地理信息系統(tǒng)概論的教學(xué)中，教學(xué)組非常注重學(xué)生的主動(dòng)思考，主動(dòng)學(xué)習(xí)，并大力強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐。 1、本課程的基本教學(xué)方式是課堂講授。 在課堂講授過(guò)程中，授課老師采用了多媒體等新型的教學(xué)手段提高教學(xué)內(nèi)容的趣味性，幫助學(xué)生形象地理解教學(xué)內(nèi)容，并采用提問(wèn)、討論等方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，吸引學(xué)生主動(dòng)參與，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)真思考。在講授部分內(nèi)容時(shí)，還由學(xué)生在老師指導(dǎo)下負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)操作，并進(jìn)行同步交流，提高了學(xué)生地參與程度。 2、有針對(duì)性的課下作業(yè)。 本課程的課下作業(yè)分為三個(gè)類(lèi)型:1)基本概念、基本理論方面的課下作業(yè)，適用于所有學(xué)生。2)針對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景設(shè)置的作業(yè)。由于學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生來(lái)自多個(gè)專(zhuān)業(yè)，基于他們未來(lái)的學(xué)習(xí)方向，設(shè)置了部分有針對(duì)性的作業(yè)內(nèi)容，啟發(fā)他們?cè)趯?zhuān)業(yè)方向上的深入思考。3)綜合作業(yè)。每人必須完成的一個(gè)大作業(yè)，學(xué)生依據(jù)自己的興趣選取方向，閱讀文獻(xiàn)，最終提交讀書(shū)報(bào)告和相應(yīng)的上機(jī)實(shí)習(xí)成果。 本課程的這些作業(yè)在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的同時(shí)，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入思考，并需要在思考的同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)手實(shí)踐。使學(xué)生的知識(shí)和能力水平得到同步的提高。 3、實(shí)習(xí)教學(xué)是教學(xué)的重要一環(huán)。 本課程開(kāi)設(shè)有每周一次的上機(jī)實(shí)習(xí)。實(shí)習(xí)內(nèi)容包括:1)適用于所有學(xué)生的操作實(shí)習(xí)，主要是針對(duì)基本問(wèn)題的操作實(shí)踐。用以鞏固教學(xué)內(nèi)容。2)適用于所有學(xué)生的實(shí)習(xí)作業(yè)。由實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師布置，在指定的時(shí)間和環(huán)境中完成，以提高學(xué)生的綜合性的動(dòng)手能力，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。3)期末大作業(yè)。結(jié)合課程教學(xué)的綜合作業(yè)，在綜合閱讀的基礎(chǔ)上進(jìn)行上機(jī)實(shí)習(xí)，要求有一定的思考深度和綜合應(yīng)用程度。 同時(shí)，在每個(gè)教學(xué)周期中，教學(xué)組會(huì)組織一至兩次現(xiàn)場(chǎng)參觀。參觀的單位是本行業(yè)的核心應(yīng)用單位，如國(guó)家基礎(chǔ)地理中心等。在參觀中還組織學(xué)生與參觀單位人員進(jìn)行交流。 通過(guò)實(shí)習(xí)教學(xué)，可以幫助學(xué)生提高直觀認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)，并提高孳生的實(shí)際動(dòng)手能力。 4、鼓勵(lì)學(xué)生參與科研。本授課組承擔(dān)了大量的科研項(xiàng)目，在教學(xué)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組以模擬的方式參與科研項(xiàng)目，即在其能力范圍內(nèi)，在教師的指導(dǎo)下與真正的項(xiàng)目組承擔(dān)同樣的任務(wù)，從而大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在完成后，將學(xué)生的研究成果與真正的項(xiàng)目成果進(jìn)行對(duì)比分析，形成互相啟發(fā)，教學(xué)互長(zhǎng)的局面。實(shí)踐證明，部分學(xué)生取得的成果相當(dāng)出色，獲得了公開(kāi)發(fā)表和獎(jiǎng)勵(lì)。 5、提供網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)輔助教學(xué)。教學(xué)組開(kāi)設(shè)了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，供學(xué)生之間或?qū)W生和老師之間進(jìn)行在線或離線交流，以提高教學(xué)的互動(dòng)性。 涿州博雅