測量學(xué)與GIS課程一體化教學(xué)的研究

王慶國

(武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，湖北武漢430081)

一、引 言

隨著模擬測繪向數(shù)字化測繪的轉(zhuǎn)變，以及測繪信息化的快速發(fā)展，測繪學(xué)科的內(nèi)涵、研究重點、理論技術(shù)體系、研究手段及最終的產(chǎn)品形式等都發(fā)生了深刻變化。現(xiàn)代測繪學(xué)已經(jīng)成為包含空間數(shù)據(jù)的測量、分析、管理、存儲、顯示和利用等綜合研究的科學(xué)和技術(shù)［1-2］。

測繪學(xué)科的這種發(fā)展和進(jìn)步，要求相關(guān)的測繪教育能與時俱進(jìn)，在課程培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)計和教學(xué)內(nèi)容體系的組織等方面作出相應(yīng)改革。

測量學(xué)作為基礎(chǔ)性測繪教育課程，在我國高校的許多工程類專業(yè)中均有開設(shè)。為了與測繪學(xué)科的發(fā)展相適應(yīng)，對于測量學(xué)課程的教學(xué)改革，已有許多學(xué)者進(jìn)行了研究和探索［3-9］。但是，現(xiàn)有研究仍然普遍局限于傳統(tǒng)測量學(xué)的定位和原有的內(nèi)容體系框架，忽視了學(xué)科內(nèi)涵和外延的擴展，在課程培養(yǎng)目標(biāo)和內(nèi)容體系的設(shè)計等方面并沒有太多的創(chuàng)新。

在測繪信息化潮流中，測繪行業(yè)的服務(wù)對象和服務(wù)范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)測繪學(xué)的范疇，擴大到與地理信息有關(guān)的各個領(lǐng)域。因此，測繪教育改革的一個重要方向就是要大力加強學(xué)生地理信息方面能力的培養(yǎng)。基于此，已有許多原來只開設(shè)測量學(xué)課程的專業(yè)，如城市規(guī)劃、土地管理、交通、電力、采礦、農(nóng)林等，陸續(xù)開設(shè)了GIS方面的課程。但是，從目前相關(guān)專業(yè)對兩門課程的教學(xué)組織安排來看，無論是對兩門課程承接關(guān)系的考慮，還是對教學(xué)內(nèi)容的有機結(jié)合，以及對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)等方面，都還有許多需要改進(jìn)的地方。

二、測量學(xué)和GIS課程教學(xué)中存在的問題分析

相對于測繪信息化快速發(fā)展的現(xiàn)狀，以及測繪服務(wù)應(yīng)用的實際需求，目前的測量學(xué)和GIS課程教學(xué)存在著一些明顯的問題。

首先，課程的教學(xué)內(nèi)容體系和教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，嚴(yán)重落后于測繪信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，也與實際應(yīng)用需求嚴(yán)重脫節(jié)。

目前的測量學(xué)課程教學(xué)，普遍圍繞“如何確定地面點的空間位置”展開，介紹傳統(tǒng)的3項基本測量的原理和交會定點的方法;然后面向大比例尺地形圖的測繪和施工放樣2項測量任務(wù)，介紹如何按照一定的測量工作程序和步驟，綜合利用3項基本測量工作完成，使學(xué)生具備小范圍大比例尺地形圖測繪及基本的施工放樣的能力。在3項基本測量的原理實踐方面，現(xiàn)有教材普遍以光學(xué)儀器的使用為主要介紹對象，數(shù)字化測繪儀器的使用只是作為一個補充內(nèi)容加以介紹。

從學(xué)習(xí)測量定位基本原理的角度來看，這些內(nèi)容的介紹是十分必要的。但是，隨著數(shù)字化、集成化測繪儀器設(shè)備的廣泛使用，測繪作業(yè)模式發(fā)生了明顯變化，人們獲取空間定位數(shù)據(jù)的能力、效率和精度等都大為提高，數(shù)據(jù)形式由原來的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化數(shù)據(jù)，測繪成果的產(chǎn)品形式也更加豐富。如何測量繪圖，雖然仍是測繪工作的基本內(nèi)容，但已經(jīng)不是測繪工作的重點。如何有效分析處理海量的空間信息數(shù)據(jù)，更好地服務(wù)于相關(guān)的應(yīng)用需求，才是當(dāng)前測繪工作迫切需要解決的重點問題。

而且，對于非測繪類專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后專門從事測量工作的其實很少，他們在工作中更多的是利用測繪數(shù)據(jù)和成果去解決相關(guān)的專業(yè)問題。因此，目前的基礎(chǔ)測繪教育應(yīng)該將測量定位原理方法的學(xué)習(xí)實踐與對地理信息處理能力的培養(yǎng)結(jié)合起來，而且要更加重視學(xué)生地理信息方面能力的培養(yǎng)。

雖然GIS課程介紹地理信息的采集、管理、處理、分析和可視化等方面的知識，但是現(xiàn)有的GIS教材都是從計算機系統(tǒng)的角度來組織教學(xué)內(nèi)容，而與專業(yè)結(jié)合不緊，且理論性過強，需要學(xué)生具備較高的計算機理論技術(shù)方面的基礎(chǔ)，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、拓?fù)潢P(guān)系、算法設(shè)計等。這常常是非計算機類專業(yè)的學(xué)生無法滿足的，從而大大削弱了課程的實際教學(xué)效果。

目前的教學(xué)存在的另一個突出問題是：在教學(xué)安排上，將兩門課程孤立對待，忽視了兩門課程邏輯上的緊密聯(lián)系、內(nèi)容上的承接關(guān)系和相互之間的互補作用，從而制約了教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和課程品質(zhì)的提升。

在數(shù)字化信息化測繪的背景下，測繪數(shù)據(jù)成果可以直接進(jìn)入地理信息數(shù)據(jù)庫，是地理信息最直接和最重要的來源。借助于地理信息平臺又可以對這些測繪數(shù)據(jù)成果進(jìn)行組織管理和處理分析等操作，并根據(jù)需要生產(chǎn)出豐富多樣的地理信息產(chǎn)品，提供查詢檢索、輔助決策等服務(wù)，擴展了測繪成果的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍，延伸了測繪數(shù)據(jù)成果的功能。

由此可見，測量學(xué)和GIS兩門課程在邏輯上實際上是一脈相承的，其內(nèi)容的前后承接關(guān)系十分清晰。只有將兩者作為一個整體來考慮教學(xué)安排和教學(xué)內(nèi)容的組織，才能發(fā)揮出兩者之間的互補作用，進(jìn)而提升兩門課程的教學(xué)效果和教學(xué)品質(zhì)。

但是現(xiàn)有的教學(xué)安排，將兩者孤立對待，在課程的承接關(guān)系和內(nèi)容的有機組合方面不作考慮，使得既不能體現(xiàn)基礎(chǔ)測繪作為地理信息的重要來源的作用，也難以體現(xiàn)通過地理信息技術(shù)延伸測繪數(shù)據(jù)成果功能的效果，學(xué)生在理解和應(yīng)用時很難自然順暢地實現(xiàn)相關(guān)理論和技術(shù)方法的融會貫通。

三、測量學(xué)和GIS課程一體化教學(xué)的實施

為順應(yīng)測繪信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，滿足實際應(yīng)用和服務(wù)的需求，很有必要將測量學(xué)和GIS兩門課程從教學(xué)組織，到教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計等，進(jìn)行整體考慮，實施一體化的教學(xué)。

首先，在課程定位上，要基于整個測繪學(xué)科的大視野，進(jìn)行全面綜合考慮。

測繪信息化的發(fā)展，使得構(gòu)成測繪學(xué)科的幾大分支學(xué)科由原來的平行獨立發(fā)展走向集成共生發(fā)展，相互之間的交叉、滲透和融合日益深入，相互之間相輔相成的作用日益凸顯。而以測繪信息化為依托的應(yīng)用和服務(wù)需求又進(jìn)一步推動著相關(guān)學(xué)科走向融合與一體化。因此，需要跳出某單一課程，或單一能力培養(yǎng)的狹隘眼界，立足于整個測繪學(xué)科的大視野，拓寬課程口徑，形成融合工程測量和攝影測量與遙感等的空間和屬性數(shù)據(jù)的采集方法，以及地圖編制和地理信息系統(tǒng)等的有關(guān)地理信息數(shù)據(jù)組織、管理、處理、分析、可視化及應(yīng)用等綜合能力培養(yǎng)的課程教學(xué)內(nèi)容體系，并加強課程群的組織和建設(shè)，實現(xiàn)測繪學(xué)各分支學(xué)科的綜合，以及測繪技術(shù)方法與專業(yè)應(yīng)用的結(jié)合［10］。

其次，在教學(xué)組織和安排上，注重課程之間的合理銜接，并適當(dāng)調(diào)整教學(xué)的重點。

如前所述，測量學(xué)和GIS兩門課程之間存在清晰而緊密的前后承接關(guān)系。測量學(xué)作為GIS的先導(dǎo)課程，主要實現(xiàn)地理信息的采集。GIS作為測量學(xué)的后續(xù)課程，主要進(jìn)行地理信息的管理、處理分析和可視化等。這種承接關(guān)系不能顛倒，更不能割裂。只有尊重這種邏輯上的承接關(guān)系，才能使兩門課程實現(xiàn)互補，取得相得益彰的效果，幫助學(xué)生建立從地理空間信息的采集到處理、分析、表達(dá)等的統(tǒng)一認(rèn)識。

在課程教學(xué)方面，要順應(yīng)測繪信息化的發(fā)展要求，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點。如測量學(xué)的教學(xué)，目前普遍還是以傳統(tǒng)模擬測繪技術(shù)和光學(xué)儀器的介紹為主，數(shù)字測繪只是作為一個補充，這已不合時宜。在數(shù)字化測繪日益成為主流作業(yè)方式的背景下，可以在注重基本測量原理和方法教學(xué)的同時，將傳統(tǒng)模擬技術(shù)的介紹直接刪除或簡單帶過即可。如在水準(zhǔn)測量的教學(xué)中，以數(shù)字水準(zhǔn)儀的介紹和使用為主，對光學(xué)水準(zhǔn)儀的介紹就可以簡略;在角度測量和距離測量中，對經(jīng)緯儀測角和鋼尺量距的介紹已經(jīng)可以不作為課堂教學(xué)內(nèi)容，而主要介紹全站儀的測量。這樣既可以節(jié)省教學(xué)課時，又可以使學(xué)生感受數(shù)字化測量的特點，并在數(shù)字測量實踐后，自然地引伸到對數(shù)字化數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)而與地理信息系統(tǒng)對接。

最后，以實踐教學(xué)為紐帶，實現(xiàn)兩門課程在綜合能力培養(yǎng)上的統(tǒng)一。

數(shù)字化測繪的實施，最根本的是改變了數(shù)據(jù)的形式。數(shù)字化測繪獲取的是數(shù)字化數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的處理已不再主要依靠手工方式，而主要是借助相關(guān)軟件進(jìn)行，這實際上已經(jīng)是地理信息處理的一部分。

另外，目前的測繪實踐，普遍以小范圍大比例尺地形圖的測繪作為綜合性實踐內(nèi)容。通過控制測量、碎部測量和編輯整飾，完成了一幅大比例尺地形圖，就意味著測繪訓(xùn)練的完整結(jié)束。但是，對于地理信息的處理分析，這常常只是起點。GIS以數(shù)字地圖作為空間數(shù)據(jù)的基本組織形式，通過采集屬性數(shù)據(jù)，構(gòu)建地理數(shù)據(jù)庫，形成對地理空間的更完整的表達(dá)。以地理數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，可以進(jìn)行圖與數(shù)之間的相互查詢和顯示，并可以借助地理信息分析工具進(jìn)行多種分析處理，或者進(jìn)行功能開發(fā)，進(jìn)而根據(jù)需要生成豐富的地理信息產(chǎn)品，以輔助決策。這樣，借助地理信息平臺，就擴展延伸了測繪數(shù)據(jù)成果的功能，并實現(xiàn)了兩門課程在綜合能力培養(yǎng)上的統(tǒng)一。

四、結(jié)束語

測繪信息化的深入和快速發(fā)展，既加深了測繪各分支學(xué)科之間的交叉融合，又促進(jìn)了測繪技術(shù)與計算機、信息和通信等技術(shù)的結(jié)合。為了適應(yīng)測繪學(xué)科的這種發(fā)展變化，滿足不斷擴展的應(yīng)用和服務(wù)的需要，在基礎(chǔ)測繪教育中，必須基于整個測繪學(xué)科的發(fā)展定位，拓寬課程教學(xué)口徑和視野，將測繪學(xué)科的相關(guān)分支學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行有機組織和綜合，以提升課程教學(xué)的品質(zhì)和效果。本文提出的將測量學(xué)和GIS課程進(jìn)行一體化教學(xué)，就是針對目前基礎(chǔ)測繪教育存在的局限而進(jìn)行的研究和探索。這一教學(xué)改革的思路，順應(yīng)了測繪學(xué)科發(fā)展的潮流，也符合社會應(yīng)用服務(wù)的實際需求。

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