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自主、合作与创新是新课改理念的主要精神。高中地理教学改革要在践行新课改精神的基础上，充分尊重学生在学习中的独立性与主动性，创设一定的学习情境，实现师生之间互动合作，激发学生进行探究学习，逐渐培养自身的创新精神，全面优化高中地理教学。
一、转变教学观念，激发学生自主意识
在新课改理念下，教学应面向全体学生，充分发挥学生在教学过程中的主观能动性，突出学生学习的主体地位。鉴于此，高中地理教学改革须转变传统的以老师为主体的“灌输式”教学观念，在教学过程中充分激发学生学习的独立自主性，在地理学习的时间、进度以及内容等方面，留有充足的时间与空间让学生进行自主支配，提供学生自主选择与判断的机会，使学生充分体验地理学习的乐趣。
激发学生地理学习的自主意识，首先即是要培养地理学习的兴趣，从而将高中地理学习转变为一个能动过程。这就要求老师在教学过程中，立足于学生的认知规律以及知识经验，掌握其思维活动焦点以及热点，从学生感兴趣的事物着手，唤醒学生学习主动性，具体可从以下方面着手：
1.活动激趣。在地理教学中，让学生积极参与活动进行学习，不仅可以加强学生对地理知识的实际应用，同时在活动中获得的成功感会增强他们对高中地理学习的自信心，进而展开自主学习。例如，在进行人教版必修一“地球的运动”的教学中，老师可组织学生开展一个课堂教学实践活动：让学生运用所学的知识，描述自己生日当天的太阳直射点运动方向及其位置、当天昼夜长短变化趋势等，鼓励学生积极参与到这一教学活动中来，在活跃课堂气氛的同时，激发学生地理学习兴趣，提高学习的主动性。
2.善用多种教学手段，激发学生自主性。在高中地理教学改革中，老师要充分运用多媒体、录像、挂图以及地理标本等直观教具，发挥其作用，或结合地理教学内容，自主设计地理教学新模型、新教具等，使高中地理教学具有趣味性，使学生保持在自觉主动的学习状态之中。例如，在进行人教版必修一“常见的天气系统”的教学中，老师可充分运用多媒体技术，在制作课件时，编入近期的卫星云图动画，向学生形象直观地展示近期的海平面等压线分布情况，将原本枯燥的地理知识变得生动有趣，从而使学生地理学习的积极性加强，学习自主意识被充分激发，使学生在地理学习过程中进行自主思考、自主探索，彰显学生地理学习的主体作用。
二、革新教学方式，培养学生创新精神
创新精神的培养是教育中永恒的主题。新课改理念下，要求教学不能墨守成规、因循守旧，要注重运用有效的途径，使学生勇于创新、开拓进取，发展成为一个自我实现的人。因此，新课改理念下，高中地理教学要注重改革传统单一、僵化的教学方式，引导学生在地理学习的过程中，积极探索新知，活跃学生思维，培养学生的问题意识，积极鼓励学生质疑问难，逐步培养学生的创新精神。
培养学生创新精神的首要步骤即是激发学生的问题意识。任何探究与创新都是在发现与解决问题的过程中实现的。因此，高中地理教学中，老师要以教材为依托，以问题为媒介，引导学生积极进入“最近发展区”，积极探索新知。这就要求高中地理教学中做到以下几点：
1.问题设计的层次性与新颖性。在高中地理教学中，老师设计的问题要在与教材内容联系紧密的基础上，确保设计的问题具有探索空间以及思考的价值，这就要求老师设计问题时，多设计“怎么样”以及“为什么”式的问题，确保问题的梯度性与新颖性，以问题激活学生思维，锻炼学生的求异思维。
2.强化学生自主探究。在地理教学中，老师要留有充足的时间与空间让学生进行自主探究，让学生通过探究获得解决问题的方法，得出结论，强化学生思维过程训练。另外，在学生自主探究的过程中，鼓励学生大胆质疑，允许学生有不同看法，激发学生创新意识。
3.启发学生思维。在高中地理教学中，老师要注重启发学生的思维方式，积极创设问题情境，启发学生从不同侧面思考问题。并鼓励学生大胆想象，允许学生存在荒诞、幼稚等想法，使学生敢问、乐问、善问，逐步培养学生创新精神。例如，在进行人教版必修一中“地球公转与季节”时，老师在运用多媒体对地球公转现象进行演示的基础上，让学生进行自主探究，要求其画出二分或二至时，地球的侧视图或者是极地俯视图，锻炼学生思维，培养学生自主探究能力与创新能力。
三、创设教学情境，加强师生交流合作
合作是新课改的重要精神，在新课改理念下，要改变传统教学的单向传播方式，实现教学的双向互动，改变学生学习中孤立的学习者角色，转变到与他人一起合作学习，参与到体验学习成败的过程中来。因此，在高中地理教学改革中，要积极运用多种教学手段，创设一定的合作情境，加强师生、生生之间的互动交流，激发学生的合作意识。例如，在进行人教版“热力环流”的教学时，老师可积极创设一定的生活情境，加强学生的合作学习，使地理知识生活化，并在合作学习中巩固地理知识。如老师可设置问题情境：人们在进行房屋装修过程中，通常把空调装设于房间上方，而将暖气装于下方，这有什么科学依据？并将学生分组，让学生围绕此问题进行合作探究，老师也积极参与其中，给予适时引导与点拨，强化合作学习。
综上所述，在高中地理教学改革中，要以新课改理念：自主、创新、合作，为根本出发点，积极转变教学观念，改革教学方式，运用多种教学手段，注重教学情境创设，全面激发学生的自主性，培养学生创新精神以及合作的品质。
参考文献：
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2环境信息科学的体系结构及其在煤矿区的应用
2.1环境信息科学的体系结构尽管环境信息科学的概念提出已有近20年的时间，但从目前国内外研究的现状来看，对于环境信息科学的概念、学科体系还缺乏明显的定义。已有的一些环境信息科学研究计划中界定的范畴也不尽相同。因此，从促进环境信息科学研究的视角出发，首先需要对环境信息科学的体系结构进行界定。HuangGH等川提出的环境信息科学的构成要素及相互之间的关系见图l，这是当前引用较多的环境信息科学体系结构。由图1可见，环境信息科学是多学科集成的领域。传感器综合技术和通信技术的发展使得大尺度地面采样技术成为可能，处理不同特征、尺度和复杂性问题的模型综合成为新的挑战，包括不同模拟、优化、评价模型以及相关信息技术与平台的合并，不同技术输人与输出之间的联接，社会经济因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基础上，HuangGH等「‘〕提出基于环境信息科学研究的环境决策支持系统计算机系统，其结构（图略）USGS的研究报告’)中，将环境信息科学定义为:环境信息科学是为加强对不同复杂程度的环境现象的理解，并提出新的认识的，集成物理、生物学、计算机和信息科学的多学科方法的研发、试验和应用的学科。不同定义都强调环境信息科学的多学科交叉、以信息技术为支持、解决复杂环境问题的特点。Huang等川的观点显然更强调以遥感、地理信息系统和GPS技术为基础的空间信息技术与环境科学和工程的交叉，而USGS的定义则重点强调了现代计算技术、人工智能等在环境领域的应用，特别是USGS在其未来环境信息科学发展规划中重点强调了计算智能等技的应用。基于以上观点以及国内外研究的进展，结合我们的研究实践与认识，以环境信息流和环境信息处理分析为主线，可以构建环境信息科学的体系结构及主要技术方法（图略）。环境信息科学的理论基础来源于面向环境科学与工程领域需求的多学科理论交叉，技术支持在于面向环境信息流的多技术手段集成，最终通过不同学科领域方法模型的综合，实现环境科学与工程各个阶段、各个过程的目标和任务。因此，需要从多学科理论交叉与多技术手段集成的角度推进环境信息科学研究。
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2.1教师专业素养迫切需要提高
目前状况是一些院校现有的地理信息科学专业教师是从相关学科转入地理信息科学专业的，大多数是从学校毕业又走入学校，并没有机会从事实际地理信息系统研究、开发和应用的经验[3]。而地理信息科学技术本身发展又很迅速，这使得一些教师很难胜任所承担的核心课程与专业课程教学任务。
2.2教材建设与培养目标脱节
由于软件的更新速度飞快，相应的实验教材很难跟上。据此有些人提出了要大胆尝试采用电子教材，某些部门或是软件出品单位不要只是将精力放在软件使用帮助上，也应当随之出品入门级或更高档次的电子实验教材，弥补实验教材陈旧落后更新慢的问题。理论教材内容更新滞后非常明显，与各人才培养层次与方向脱节，没有针对各个培养层次和方向的统一化、系统化的教材的建设[4]。
2.3课程体系及教学内容与社会需要脱节
各高校开办地理信息科学专业时，主要是依托已有相关专业构建课程体系，无论是学科基础课程，还是专业核心课程的设置，皆与地理信息系统专业培养目标及社会需求脱节[5]。大多是根据本校的师资和学生的素质来设置相应的课程。还有因师资不足，涉及地理信息新理论、新技术、新方法的课程不能开设，学生空间分析、地理信息系统技术二次开发与应用的能力上得不到锻炼，在工作中暴露出地理信息系统应用能力差的缺陷，直接影响到该学校地理信息科学专业人才培养的声誉[6]。
2.4专业目录名称与本学科内涵不相适应
随着形势的发展，逐渐暴露出一些问题。从地理信息科学专业分层次的培养来看，名称上存在不相称，一些专家建议，对于理科院校或从地理科学为基础发展起来的，完全可以称为地理信息科学专业，但对于工科院校或从测绘等方向发展起来的，可以改称为地理信息工程专业。笔者认为经过多年的磨合共融发展，也可能在将来二者会统一于新的名称。
2.5资金投放不足
目前，高校地理信息科学专业建设与人才培养，同样受到发展速度与投入增量不同步的影响，专业建设经费不足，仪器设备陈旧且不配套。特别是在一般本科类院校，在追求规模发展过程中，因资金不足与基础设施建设需要，对教学仪器设备与运行保障经费采取紧缩政策[7]。
2.6全国地理信息科学专业的发展没有一个统一的教育培养评价体系
对于这个专业培养的人才没有相应评价体系。尤其针对一般本院校来说，不论是以测绘为基础发展起来的，还是以地理科学为依托发展起来的地理信息科学专业，都没有真正融入到全国地理信息科学专业的大圈子里。要真正服务社会，不应靠少数顶级院校的科学进展，更多是发挥好全国各地的地理信息科学专业的教育资源，让地理信息科学的大众化教育与培养复合型人才可以落到实处，从而彰显地理视角。
3建议与发展策略
3.1地理信息科学教育应遵循应用科学的教育理念
这个专业无论是从测绘工科院校发展起来的还是从以地理学空间分析应用为主的理科发展起来的，大家都会认为本专业是理论实践相结合的学科。从现在本科生、研究生的招生就业情况来分析，本科阶段是扎实掌握基本理论的重要时期，研究生阶段可注重与实践相结合。大学本科阶段要遵循教育的基本理念，而不是一味地追寻市场，更不能成为步入社会的培训场所。大学本科教育是思想和认知善恶发育成型的阶段，让学生有能力去追求知识与真理，这是大学本科的教学核心。只有这样才能在以后的工作中具有更强的创新能力。
3.2培养空间思维的教学模式不能变
空间思维能力不只是让人知道东西南北，更多是分析和解决问题的空间维度。从另一个角度来看，地理信息科学的普及也是对全民空间思维能力的培养，比如ESRI在美国会对小孩子进行免费的地理知识讲解，使他们从小就能接触到地理空间的概念，启发了他们的空间想象力。
3.3人才培养上要在权威机构中划分出层次
从地理信息产业发展来看，地理信息科学学位教育应强化技能培训，这部分人才培养就落在一些以测绘为基础的工科院校发展起来的地理信息科学专业的培养上，突出地理信息科学技术的开发与应用。而另一类别是以地理学为基础发展起来的院校专业上应突出地学方面的应用。总之地理信息科学人才的培养既需要有能够创新思路的人才，也要培养具有扎实知识的技能型人才，这样才能共同推动地理信息科学和地理信息产业可持续发展。
3.4通过任教资格考试、技术水平认证来规范地理信息从业人员的水平
国家应有相应的政策法规来管理地理信息产业。规定必须要有相当水平的从业人员才能承接各种项目。原因就是地理信息产业的相关行业关系人类社会正常发展，如果政策法规跟不上，那么将会一片混乱。3.5为一线地理信息科学教育工作者申请教学或科研项目建立一种运行模式与保障机制笔者认为可以从政府层面上建立一种运行模式，保障地理信息科学教育工作者真正地申请到地理信息科学项目，如教育部科技司、国家测绘地理信息局、国家发改委高技术产业司等等或是中国测绘地理信息学会、中国地理信息产业协会等各级协会都可以组织建立保障机制并实施这种运行模式。
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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】
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地理信息系统（Geographic Information System，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（Geographic Information System，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（Geographic Information System，GIS）的含义和意思。
四、90年代的GIS—地理信息科学（Geographic Information Science，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(Geographic information Science)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（Geographic Information Science，GIS）的含义和意思。
五、现在的GIS—地理信息服务(Geographic Information Service，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（Personal Digital Assistant，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（Open GIS Consortium，OGC）提出了开放位置服务（Open Location Service，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（Location Based Service，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(Geographic Information Service，GIS)的方向发展。
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地理科学是相对传统的专业，除了部分重点大学在该专业上重点培养地理科学基础研究人才，一般院校的地理科学多为师范类专业，主要培养现代地理科学基础理论扎实、基本知识全面、基本技能熟练，教学能力，适应现代地理教学发展需要，能在高等院校和中等学校从事地理教学、教学研究和其他教育工作，也能在科研机构、相关管理部门和企业从事科研、管理、规划与开发的高素质复合型专人才。地理科学的主干学科是地理学和教育学，核心知识领域是天文学、地质学、自然地理学、人文地理学、区域地理学、3S（遥感、地理信息系统、全球定位系统）技术、地理教学论。通过自然地理野外实习、人文地理野外实习、地理教学实习等主要实践环节，要求学生掌握地理科学的基本理论、基本知识和基本技能。
与地理科学类其他三门专业相比，地理科学是一门能够让学生全面掌握地理科学知识、理论和技能的专业。该专业的全面性在毕业生的工作中也能体现出来，比如学生毕业后可以成为一名称职的专业地理教师，或是从事地区综合分析研究的专业人士，抑或是城市区域规划旅游规划的专才等。当然，对旅游有兴趣的毕业生完全可以成为一名职业的旅行家，至少可以是旅游咨询师或旅游体验师！
自然地理与资源环境
自然地理与资源环境是从资源环境与城乡规划管理这门专业拆分而来的，主要培养具备自然地理与资源环境的基本理论、知识和技能，具有一定的开展科学研究的能力，立足于地球表层特征及其变化、自然资源管理、环境保护，能在科研教育单位、相关政府部门、企事业单位从事自然地理过程、环境变化研究和资源管理、环境保护或应用的高素质复合型科技专门人才。自然地理与资源环境的主干学科是地理学和环境学，核心知识领域为自然地理学类、资源类、环境类、地图与测量学类、数学与信息类。通过地质学基础野外实习、自然地理野外实习、专业综合实习或区域地理综合实习等实践环节，要求学生能够掌握自然地理与资源环境领域的基本理论、基本知识和基本技能。学生毕业后能从事国土资源整冶、自然资源开发利用与规划管理、环境保护与治理、生态环境规划以及城市规划与管理等方面的科研及管理工作。
国内开设自然地理与资源环境的学校较多，专业的培养方向自然大不相同。高考生如果对自然资源、环境检测保护、土地资源、房地产等情有独钟，应该在填报志愿前了解一下欲报考院校的该专业的实际培养方向，比如南京大学该专业偏向于土地、旅游、水、海洋等资源的开发利用、规划保护管理；中山大学该专业专于水资源和供排水规划设计；中国矿业大学该专业的培养方向分为数字城市规划与管理、资源环境与计算机应用；广州大学该专业的研究重点是国土资源。
人文地理与城乡规划
人文地理与城乡规划是以人口、资源、环境与区域可持续发展的研究、应用、管理为内容的基础性与应用性相结合的专业，涉及地理科学、人文科学、城乡建设规划、地理信息系统等多个领域。它培养具备人文地理学与城乡规划管理的基本理论、知识和技能，立足于宏观、中观区域规划和土地管理，从事城乡建设与区域经济发展规划的研究、教学、开发或应用的高素质复合型专业人才。人文地理与城乡规划的主干学科是地理学、规划类，核心知识领域为地理学类、数学与信息类、规划类、管理类、环境类。通过专业综合实习、人文地理野外实习、区域地理野外综合实习、城市规划实务与图件设计综合实习等主要实践性教学，要求学生掌握人文地理与城乡规划的基本理论，基本知识和基本技能。毕业生就业方向为各级政府规划管理部门、国土管理部门、环境保护部门、建设部门，从事规划设计、国土资源评价及资源信息化管理、环境评价及管理等方面的公司及研究机构。也可进一步深造，报考地理学、城乡规划和区域规划、土地利用规划和管理等学科硕士研究生。
与自然地理与资源环境类似，除了传统设有地理系的大学开设人文地理与城乡规划，诸如南京邮电大学、浙江工商大学等都有开设，但是考生要注意各个学校该专业的培养方向。一般来说，设有地理系的大学该专业的师资较强，如北京大学、中山大学专于经济地理学、城市与区域规划；华东师范大学偏于城市与区域规划管理；广州大学的方向则是不动产分析与管理、区域物流规划设计等。
地理信息科学
地理信息科学是一门集地理学、计算机技术、地图学、遥感技术于一体的交叉学科，是研究地理信息采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用的一门科学。地理信息科学实用价值巨大，已经广泛地应用于城市规划、交通规划、自然资源开发与保护、环境监测与保护、城市水煤气电的基础设施网络监测与管理、自然灾害监测和预防等领域，是信息产业的重要组成部分。地理信息系统的各种优势使其全面地应用于国民经济的各个部门，渗透到公众生活中的各个方面，深刻影响着人们获取信息的能力和方式，例如，大家现在手机使用的高德地图、百度地图等。此外，微博、微信、大众点评等手机应用软件都广泛采用GIS技术 。
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10052909（2015）02002805
资源环境与城乡规划管理专业是1998年教育部根据社会经济发展的需要和学科发展的形势而设立的专业，发展至今，出现专业定位模糊，广度大深度小，就业竞争力受限等诸多尴尬问题[1]。2012年，教育部第四次修订《普通高等学校本科专业目录》（下简称《目录》），原资源环境与城乡规划管理专业被拆分为人文地理与城乡规划、自然地理与资源环境两个专业。2013年，人文地理与城乡规划专业招收第一届本科生。该专业教育在国内刚刚起步，探索人才培养方法还是一个崭新的课题。
南京邮电大学的人文地理与城乡规划专业，除同样面临新专业设置之初的机遇与挑战外，还有其独特的发展背景。2013年10月，经江苏省政府研究并报教育部批准，南京邮电大学、南京人口管理干部学院实行合并办学，组建新的南京邮电大学。在此之前，资源环境与城乡规划管理专业是南京人口管理干部学院特色专业之一，2002年开始招生，已有11年的办学历史，并已形成学历结构、职称结构合理，涵盖地理学、规划学、人口学等专业方向的教学科研团队。2013年，根据《目录》（2012版）要求，该专业开始
转型，招收人文地理与城乡规划
专业第一届本科生。合校前后，专业所依托的院校学科基础全然不同，依据新南邮的学科特色构建专业培养体系成为专业发展必须认真研究的课题。
文章从教育部的专业导向、人才市场需求两方面梳理人文地理与城乡规划专业基础定位。结合南京邮电大学自身特色，以大数据时代智慧城市的建设与应用要求为导向，寻求信息科学与地理学、规划学的结合点，并据此提出以信息科学应用为特色的人文地理与城乡规划专业课程体系构建原则与核心框架。
一、人文地理与城乡规划专业定位基本要求
人文地理与城乡规划专业基础定位应重点考虑两方面要素：一是教育部设置该专业的目标与要求，二是社会对专业人才的需求。
（一）专业设置导向
地理学和城乡规划专业是我国城乡规划人才培养的两大主要来源[2]。前者以南京大学、中山大学、北京大学、华东师范大学等传统地理强校为代表，主攻宏观层面规划，擅长理论探索、机理剖析与经济社会综合分析；后者以清华大学、东南大学、天津大学等建筑学老八校建筑老八校指之初最早开设建筑学、城市规划相关专业的八所高校，包括清华大学、东南大学、同济大学、天津大学、华南理工大学、重庆建筑大学（已并入重庆大学）、哈尔滨建筑大学（已并入哈尔滨工业大学）和西安建筑科技大学。
为代表，主攻微观层面规划，擅长空间设计与形体表达。两者各具特色，各有专攻。
1998版《目录》中涉及城乡规划的专业有地理科学类下属的“资源环境与城乡规划管理”和土建类下属的“城市规划”。这一专业设置与上述两大源头相对应。2012年《目录》调整，城乡规划相关专业仍为两个，一是地理科学类下属的“人文地理与城乡规划”，二是建筑类下属的“城乡规划”。与1998版《目录》相比，保留了地理、建筑两个学科门类下的城乡规划相关专业设置，但将原资源环境与城乡规划管理专业拆分为人文地理与城乡规划、自然地理与资源环境两专业。结合2012版《普通高等学校本科专业介绍》（见表1）不难发现，教育部认可并引导地理学、建筑学下两规划专业各自特色发展。地理学下属的人文地理与城乡规划专业，应区别于工学下属的城乡规划专业，做到强化主线，收缩口径，夯实基础，对口应用——立足宏观、中观区域层面，以地理学理论为基础，强化综合分析能力培养。（二）人才应用需求
教育部为人文地理与城乡规划专业设置的发展导向是否适应市场对规划类人才的需求，是专业定位必须要论证的第二重标准。
如将城乡规划系统细分，可分为规划编制与规划管理两个方面。仅就规划管理来说，地理学专业背景的规划工作者往往具有相对综合的专业知识储备和缜密严谨的逻辑思维能力，具备作为管理者的全局意识与综合协调能力。
规划编制工作又可分为宏观、中观、微观等不同的区域尺度层面。具有地理学专业背景的规划工作者擅长区域分析与经济、社会综合分析，在区域规划、城市总体规划等宏观层面规划中发挥核心作用并承担大部分工作，在控制性详细规划这一中观尺度规划工作中也能发挥重要作用。
针对具体某项规划工作，其工作流程又可划分为规划分析、规划方案与成果表达三个步骤。在成果表达的制图工作中，地理学背景规划工作者确有一定劣势。但在规划分析和方案设计阶段，地理学背景规划工作者发挥的作用与建筑学背景规划工作者旗鼓相当。
综上，地理学背景规划工作者往往具有系统全面的知识储备和突出的综合分析能力，在各类规划工作中发挥重要作用（见图1），不可或缺。强化地理学基础、重视机理分析能力培养的人文地理与城乡规划专业人才培养要求也完全符合市场对专业人才的实际需求。
二、信息科学与地理学、规划学学科融合的理论与实践基础
（一）地理信息系统的规划应用
地理信息系统科学是地理学中的重要分支，作为空间科学与信息科学的重要结合点，技术发展与应用已较为成熟。与CAD等绘图软件相比，GIS（地理信息系统）工具的特点与优势在于空间数据的组织、管理与分析，能够有效管理和处理海量数据，关联空间数据和属性数据。某种程度上可认为是绘图软件与统计分析软件的集成。
在美国，GIS已成为专业规划师的标准工具，脱离GIS的规划编制、规划管理几乎不存在，GIS用于地图处理、规划管理、分析与决策支持、公众参与等方面[3]。在我国，GIS在规划领域的应用相对有限& mdash;—在规划管理系统的设计构建中应用广泛，在规划编制中应用较为粗浅，主要用于自然地理环境要素分析与公共服务设施、基础设施的规划选址分析。规划工作者如能全面掌握地理信息系统原理及其软件的规划领域系统应用，则能顺应这一趋势，在规划工作中更好地发挥作用。
（二）大数据时代海量空间数据的获取与处理
与发展成熟但应用不足的地理信息系统分析方法相比，大数据时代空间数据获取与应用则呈现出海量数据、先进技术与跨学科创新思维三大特征《大数据时代——生活、工作与思维的大变革》中指出，数据本身、技能与思维是大数据价值链的三个构成。 。
随着信息网络的迅速发展，百度、谷歌等搜索引擎，阿里、京东、亚马逊等电子商务公司与腾讯等网络服务运营商掌握海量用户数据。随着智慧城市理论的兴起与“物联网”的建设，行政管理机构也将成为大数据的掌控者。海量数据如何提升城乡规划的科学性与适用性，大数据如何为规划所用，相关研究也陆续展开。
国内外有学者通过挖掘网络数据、居民行为数据，对居民时空行为、城市空间与城市等级体系进行研究[4]。如以百度指数为依据对比分析城市间联系强度[5]，通过微博数据挖掘分析网络社会空间特征[6]等。空间数据的采集与分析已从利用单一GIS 软件向多种信息设备相结合的阶段转变[4]。
针对智慧城市的建设热潮，国内有学者积极开展现行规划体系的“智慧”响应探索，提出在区域城镇体系规划、城镇总体规划及详细规划三大层次的规划建设中应用智慧城市数据信息、融入智慧城市建设理念的思路与要点[7]。如城镇体系规划层次借由新信息技术强大的数据分析能力充分挖掘区域内各城市优势发展的方向与重点，城市总体规划层次应考虑采取合适的路网形式，合理规划智慧交通基础设施等。
这一背景要求规划工作者不断学习新的数据获取与挖掘方法，探索并掌握大数据规划应用的方式途径。
三、以信息科学应用为特色的人文地理与城乡规划专业课程体系构建
（一）基本原则
南京邮电大学的人文地理与城乡规划专业发展，应在满足专业基础定位要求的同时，结合院校优势学科——信息科学、地理学、规划学三者的交叉领域，以地理学、规划学为基础，以信息科学应用为特色。其课程体系构建应遵循夯实地理学基础、围绕规划应用主线、突出空间信息挖掘与分析能力培养的原则。
1.夯实地理学基础
地理学基础理论、方法与分析能力的培养是人文地理与城乡规划专业区别于工学下属城乡规划专业的核心内容，体现专业定位的基本要求。通过基础必修课程学习，了解地理学基础理论框架与范畴、边界与特色，掌握学科基本概念、理论与方法，是专业人才培养的根基。课程设置中，自然地理学、经济地理学、人文地理学等地理学基础课程必不可少。
2.突出空间信息挖掘与分析特色
大数据时代，应强化网络数据挖掘与信息设备数据采集、大数据分析等理论方法的学习与能力培养。为此，应以数学、计算机、网络等知识系统强化为基础，通过设置地理信息系统、数据库技术与应用、数理统计应用等与地理、空间规划相关的信息技术类课程，培养学生的空间数据获取与分析能力。
3.围绕规划应用主线
无论是地理学基础分析能力的培养还是空间数据获取与分析能力的训练，最终应落实到进行空间分析、指导空间规划上来。城乡规划应用是专业教育知识体系构建的主线，相关课程设置与能力培养都应围绕这一主线展开。因此，城乡规划基础知识的全面系统掌握对于夯实专业的基础定位至关重要。为使学生对城乡规划领域基本概念、理论、研究方法等有相对全面系统的认识，城市规划原理、城乡规划学导论等应作为专业基础课程设置。
（二）课程体系框架设计
以上述原则为依据，结合南京邮电大学学科设置特色与要求，初步设定人文地理与城乡规划专业核心课程体系。该体系包含专业基本知识、专业特色知识两大模块，从通识教育、专业教育两个层面设置课程（见图2）。其中，专业基本知识模块强化地理学、规划学基础理论与方法的学习，专业特色知识模块突出空间信息获取与分析特色技术应用能力的培养。
通识教育层面，设置高等数学、高级语言程序设计、数据库技术与应用、概率论与数理统计等课程。除高等数学外，其他课程均为学校特色公共基础课程。此类课程为培养空间数据获取与分析能力奠定了扎实的数理基础。
专业教育层面，将自然地理学、经济地理学、人文地理学、城市规划原理、城乡规划学导论、地理信息系统原理等全面系统介绍学科基础理论、概念、方法的课程设置为专业基础课程，将城市地理学、计量地理学、人口地理学、城市总体规划、村镇规划、网络地理信息系统、计算机辅助设计等深入介绍分支学科发展及强化实践应用的课程设定为专业课程。
这一课程体系仅就专业核心课程进行设定。在核心课程之外，可根据需求选择性设置地图学、城市经济学、城市社会学、社会调研方法等辅助课程，有助于学生全面系统掌握专业分析研究方法。具体课程体系建设中，还需针对课程设置顺序、各学期学时与学分安排、实践教学环节设计、教学大纲编写等深入研究。
四、结语
目前在人文地理、城乡规划的研究与实践领域，空间信息采集、挖掘与分析技术应用相对粗浅，存在领域狭小，工具单一，深度不足等问题。但随着大数据时代生活、工作方式的变革与智慧城市建设的深化，基于大数据应用的空间分析思维与技术必将在规划领域发挥重要作用。面向应用的人才培养，应考虑增加信息类课程的设置以迎接大数据时代海量数据分析应用的挑战，而信息技术类专业，应针对不同领域的需求，增补相应领域的基础知识课程。如面向智慧城市建设应用的信息技术类专业人才，应对规划原理、规划基本分析方法等城乡规划领域基础知识有所了解。
上述背景下，文章结合人文地理与城乡规划专业的发展定位和信息技术的学科优势，提出专业课程体系构建原则，为后续学校本专业培养方案设置拟定思路，并为其他院校该专业发展提供借鉴。
参考文献：
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[3]宋小冬，钮心毅.城市规划中GIS应用历程与趋势——中美差异及展望[J].城市规划，2010（10）：23-29.
[4]秦 萧，等. 大数据时代城市时空间行为研究方法[J].地理科学进展，2013（9）：1352-1361.
[5]熊丽芳，等. 基于百度指数的长三角核心区城市网络特征研究[J].经济地理，2013（7）：67-73.
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2．1空间数据获取西准噶尔地区位于西伯利亚板块与准噶尔板块的碰撞带，属于古生代残余洋盆的后碰撞花岗岩类［6］。确定该区的范围，扫描其纸质地质底图和地理底图，在ArcCatalog中建立空间数据库，将底图配准后通过ArcScan自动矢量化或者手工矢量化，得到该区的地质、地理底图的矢量数据。经过拓扑检查后以点、线、面的形式存储（图略）。
2．2属性数据关联空间数据库中的每个要素类都有各自的描述，主要通过要素类名称、空间数据类型（点、线、面）、数据类型、数据存储长度、约束条件、数据项描述等进行描述与定义（表略），为数据加载做准备［7］。属性数据以传统数据库方式存贮和管理，并通过公共字段与各要素进行关联，使点、线、面不再仅仅是传统意义上的图元单位，而具有地质特征描述内容［8］
2．3图例制作图例是地图的语言体系［9］，集中体现了制图者对客观事物本质的认识，以及对这种本质的分类思想和分类体系。在以往的图例绘制中，人们只关注规范化表达。传统纸质图时代的图例采用人工手绘来实现，由于人的主观判断和绘图工具的误差，会导致线条粗细不匀、符号大小不一，无法完全实现图例的规范化表达［10］。同时，作为传统地质图整饰内容的一部分，图例是一种机械的“排列”，与图件主体部分并没有有机的联系，仅是单纯的视觉表达，实现了认知表达中的符号层，而概念层仍然隐式地停留在人的大脑中。Fishnet是ArcGIS平台下的一种空间分析工具，相当于图形化的Excel。它可以自由定义的基本单元格的大小，并对其赋予属性。利用Fishnet制作图例，不仅可以实现符号的标准化表达，更重要的是，它是在数据库中管理符号和数据，可以随时修改或查询［11］。
2．4STYLE匹配将Fishnet中的图例存储为Style，或者将整个要素调用Savetolayers命令存成Layer。调用Proper－ties中的MatchtoSymbolsinastyle，用Layer与图件主体中要素的相同字段进行匹配，或者用Style直接进行匹配，实现图件的自动符号化。在匹配时，如果按照一对一的方式进行，会产生很大的工作量。比如，不同时代的侵入岩很多，若采用一对一匹配，那每个时代（设有M个）的每一种侵入岩（设有N个）都要有相应的符号（CMN）。但是如果采用多字段来描述同一个地质体，采用多对一的方式，只需要制作时代的符号和侵入岩的符号（M＋N）。在制作图面内容较多的地质图时，这一方法将会大大提高效率，而且对于数据的分类尤为便捷（图略）
2．5整饰成图在layout视图下，调整图面大小、位置，添加图名、比例尺、指北针、经纬网、责任栏等整饰要素。图例可以以图片形式添加，或者以数据窗口的形式添加。
3基于地理信息科学制图的优势
从地理信息科学的视角出发，地理信息系统就成为地理信息科学应用的一个环节［2］，这就使制图不仅具有所有数字制图的优势，如方便携带、易修改、易复制、易整饰，存在严格的拓扑关系，不受比例尺的限制，具有良好的现势性及动态性［12］，更能体现以信息科学为基础的优势，使图元单位与地质实体之间建立起有机联系，使隐式存在于人脑中的语义显式地表达出来，实现信息的查询、新图件的生成、空间数据分析等优势。
3．1信息查询传统纸质图和数字制图只是对纸质地质图的数字复制，不具有信息查询的功能。比如，若想了解西准噶尔地区泥盆纪地层分布情况，在传统图件中，你只能通过读图例在图上圈出泥盆纪的地层。不仅费时，而且导致图面内容更加复杂，极易出错。基于信息科学制图是运用数据库储存数据，图面与数据关联，因此信息查询很容易实现：打开属性数据表，在查找中输入“D＊”（其中＊代表D的任一组），在属性数据表中属于D的所有地层就会被选择出来。相应地，在图上所有泥盆系的地层也会特别标识，这样西准噶尔地区泥盆系的地层分布就一目了然。如果需要查询泥盆纪侵入岩分布，则将相关字段相加再进行查询。
3．2图件派生在传统纸质图和数字制图中，图面一旦固定，再做任何修改或派生图件都是一件费时费力的事情，相当于重新制作。但基于信息科学思想成图不是一幅图件的终结，而是生成新的图件的渠道［13］。比如要制作西准噶尔地区侵入岩分布图。在西准噶尔地区地质图的基础上，通过查询“岩性大类”挑选出该区侵入岩数据，导出选择的侵入岩图层，或者在原图上删掉其他不相关数据或让其他数据不显示，调整图面大小、图名、图例、比例尺等整饰要素，一幅新的派生图件就完成了。
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“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。
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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
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[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.
篇11
“唯一不变的是变化本身”——肯尼迪。在全球化和人类活动地域扩张的21世纪，理解变化变得越来越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。这些变化在一定的空间范围内发生，这个范围可以小到个人或周围的小空间，也可以大到整个地球（Brenner 1999）。我们用时空维度来更好地记录空间的相关变化（Goodchild 1992）。为了理解、保护和改善我们的生活环境，人类已经积累了约十万年或更长时间发生的变化的宝贵记录。这些记录通过各种传感技术获得，这些传感技术包括我们人类的视觉、触觉和感觉，以及最近发展的卫星、天文望远镜、原位传感器和传感器网（Montgomery and Mundt， 2010）。传感技术的进步极大地提高了记录的精度和时空范围。总的来说，我们已经积累了EB级的记录数据，而且这些数据集每天以PB级的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。
云计算的出现为解决地理科学的挑战，即能够灵活访问广泛集中的、实体化的以及负担得起的计算机资源，带来了可能的解决方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世纪的地理空间科学与所描述的密集问题可以受益于最新的云计算框架，并充分利用时空原理以优化云计算。要抓住云计算和地理空间科学之间的内在关系，我们引入了空间云计算：a）解决地理空间科学中的4个密集问题；b）促进实施和优化云计算汇集、弹性、按需以及其他特点。
2 空间云计算（Spatial Cloud Computing （SCC））
云计算正在成为下一代的计算平台，政府机构正在促进它的使用以降低启动、维护和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。结合地理空间科学，几个试验性的云计算项目正在诸如FGDC、 NOAA和 NASA等联邦机构内实施。商业机构，如微软、亚马逊和ESRI正在调研如何在云计算环境中操作地理空间应用，了解如何最好地适应这个新的计算模式。早期的调研发现云计算不仅能够帮助地理空间科学，而且能够采用时空原理进行优化以最好地使用分布式计算资源（Yang et al.， 2011）。地理空间科学问题具有强时空约束和原则，能够通过系统地考虑通用时空规则来获得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理现象是连续的，数据表示在时空上是离散的；2）物理现象在空间、时间和时空关系上是异构的；3）物理现象在局部地理域上是半自治的，并且能够被分割和合并；4）地理空间科学和应用问题包括数据存储、计算/处理资源、物理现象和用户的时空位置；上述四种位置的相互作用随空间分布强度愈发复杂；5）时空现象越接近越相关（Tobler' first law of geography）。
一个支持地理空间科学的云计算平台应该利用上述时空原则和限制，以便以一种时空形式更好地优化与使用云计算，而不是设置限制条件和重新设计应用架构（Calstroka and Waston 2010）。
时空云计算涉及地理空间科学驱动的计算规范，通过将分布式计算环境应用于地理空间和其他科学发现，其能够被时空原则所优化。
空间云计算框架包括物理计算基础设施、分布在多个区域的计算资源，和用来管理为终端用户提供服务的资源的空间云计算虚拟服务器。
空间云计算可以用一个架构来表示，这个架构包含物理计算基础设施、分布在多个区域的计算资源，以及一个管理为终端用户提供服务的资源的空间云计算虚拟服务器。
空间云计算环境的核心组件主要通过结合时空原则的SCCM来支持地理空间科学，以寻求计算资源的优化。基于传统空间云计算平台和核心GIS功能是能够实现的，例如动态重投影和空间分析。本地用户和系统管理员通过SCCM管理接口，能够直接访问私有云服务器，云用户能够通过空间云门户访问云服务。还需要进一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS环境在云计算与地理信息科学两方面可用的一致性。在下一节中，我们使用四种有代表性的应用来说明四种密集的问题。
3 空间云计算应用
为说明云计算如何能潜在解决四个密集问题，我们选择了四个科学和应用场景来分析这些问题、时空原则和潜在空间云计算解决方案间的内在联系。
3.1 数据密集型
地理空间科学中的数据密集型问题至少可以总结为三个方面：1）利用专门的投影和地理坐标系统，多维地理空间数据在二维以上空间表示；2）诸如卫星观测、照相获取、或者模型模拟，会收集或产生海量多维数据；3）数据的全球分布。许多数据密集型的应用访问和数据整合，因此，大数据可能在快速计算机网络中传输，或者通过组合技术实现最小传输。
为解决这些数据密集型问题，我们开发了一种DaaS——分布式的目录和基于空间云计算的门户，来发现、访问、使用地理空间数据。这个DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空间社区的云服务上正在进行开发与测试。
空间云计算可考虑拥有和使用数据、服务、计算和终端用户的位置、能力、容量和质量等信息并予以优化，当然是在计算、地理空间科学和应用使用时空原则的情况下。
3.2 计算密集型
计算机密集型是地理空间科学需要解决的另外一个问题。在地理科学元素中，在信息/知识的数据挖掘、参数提取和现象模拟应用中计算密集型问题愈发突出。这些问题包括：1）地理空间科学在建模和分析方面天然是耗费计算资源的；2）参数提出需要运行复杂的地球物理算法，以从海量观测数据中获取现象值（Phenomena Values），这个复杂的算法运算使得参数提取更具有计算密集型特征；3）当考虑到地球系统的所有动态参数时，模拟地理空间现象是非常复杂的。周期性的现象模拟密集计算的不断循环，高性能计算机常用来提升此类计算速度。更重要的是，现象处理的时空原则可用来优化分布式计算单元的组织，以实现时空科学模拟和预测（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。这些原则对于实现数据挖掘、参数提取、现象模拟的云计算来优化计算资源也是很关键的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通过：1）利用动态需求和能力，为计算工作选择最匹配的计算单元；2）并行化操作单元以降低这个处理时间或提高整个系统的可操作性，3）利用更加匹配的工作、计算应用以及存储与网络状态，优化整个云操作性。由于科学算法的多样性和动态性，最好的实现平台是PaaS和IaaS。
3.3 并发访问密集
互联网的发展和“在任何地点、任何时间将正确信息提供给任何人”的理念，使得基于位置的地理空间服务流行开来（Jensen 2009），并允许数以千万计的用户并发访问系统（Blower 2010）。例如，Google Earth通过其SaaS支持数百万互联网用户并发访问。这些并发密集型访问在某一时间（例如2011年3月日本海啸和地震期间）非常密集，而在另外时间则很少。为更好地满足这些并发访问，空间云计算需要弹性调用更多的来自不同区域的服务进程来应对访问峰值。
实验证明计算进程越多，性能越高。弹性自动提供和释放计算资源允许我们共享其他无并发访问峰值的应用的计算资源，以应对当前的并发访问峰值。
3.4 时空密集型
为更好地理解过去和预测未来，一些被收集的地理空间数据是基于时间序列的，将已有的观测数据进行时间序列的重建工作也已实施。时空密集型的重要性体现在时空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、时空数据建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科学现象关联分析（Kumar 2007）、飓风模拟（Theodoridis et al.， 1999）以及计算机网络技术（在传输负载与拓扑复杂性上飞速发展）（Donner et al.， 2009）之上，面临着的挑战也来自于这些。
针对数据采集，不同的路径传感器、照相机以及公众探测技术用来获取实时的交通状态信息（Goodchild 2007）。已存在的路径连接和节点也被添加进来作为基础数据。模型模拟在高性能计算环境中进行。不像静态路径规划可利用Dijkstra算法实现，近实时的路径规划则不能如此（Cao 2007），我们不得不针对每一个路径规划请求进行准实时的计算。此复杂性给计算和地理科学带来很大的挑战。由于路径规划请求的动态特点，我们不能为应对最大量的用户而去维持最大的计算能力，通常我们不需要全部的计算能力。云计算提供的弹性与按需特征能够用来解决这个问题，PaaS最适合这种应用。
4 机遇与挑战
这篇论文罗列了21世纪地理空间科学面临的诸多巨大挑战：数据、计算、并发和时空分析密集特征。我们论证采用空间特征的云计算的最新进展能够为解决这些巨大挑战提供潜在的解决方案。
时空云计算的成功依赖许多因素，例如时空云计算在能够采纳云解决方案的地理空间科学家中的推广，在能够采纳时空原则进行设计、建设和部署云平台的计算科学家与工程师中推广。我们列举了几个方面，包括：
4.1 时空原则挖掘和提取
地理空间现象在时间和空间上不断变化，利用四维或更多维去表示或描述其演变是可能的。我们已建立了欧几里德和其他空间去描述这些现象。由于现象的复杂性和多维的庞大，我们力图简化维度，引入现象的特征或模板去帮助更好地在理论和计算环境中表示，使得其具有可计算性。
在地理空间科学中，由于人类活动的扩展和全球化，一些表示方法需要重新定义。例如，我们需要整合陆地区域、海洋和大气进程以更好地理解气候变化。另一方面，我们需要更好地描述地理空间现象如何影响我们的生活。这些时空关系帮助我们形成更好的时空原则，开发多维状态下的时空案例。横向应用需要多领域的不同背景的科学家进行合作。社会上，跨领域和地域的处于分散状态的科学家合作是一个巨大挑战。
4.2 重要的数字地球与复杂的时空科学及应用
Digital Earth要求将我们星球的数字信息进行整合，并开发出地理空间问题的解决方案。理解可预知的模式并提供特定环境下的解决方案，这是非常必要的。解决这些问题不仅为人们提供需求便利，而且从长远看能够改善人们的生活质量。
为此，需要研究：a）辨明具有较大影响的基础性的应用，以及需要的计算支持；b）结合可获取的分布式计算能力，分析应用中的四个密集型问题；c）通过考虑云计算能力和时空需求，扩展或指定数学和概念模型到计算机模型，以实现应用的可计算性；d）为决策者和其他最终用户解决或提出问题；e）通过改进传感器技术、数据处理算法、数据结构和模型模拟以改善应用；f）总结经验教训，优化通用云计算技术。
4.3 支持空间云计算（SCC）特征
空间云计算严重依赖计算基础设施的状态，除了工程研究和计算基础设施特征的可用外，网络、CPU、RAM、硬盘、软件许可和其他资源的使用/状态，对于优化使用时空原则的云计算环境也是重要的。
在调研面向解决四种密集型地理空间问题的云计算特征工作中，需要进行扩展研究以更好地理解计算基础设施和应用的时空特性，应用和计算资源的优化调度也是关键的（Mustafa Rafique et al. 2011）。
4.4 安全
云计算公司通常会使用授权和认证技术来保护用户隐私，云服务提供商确保其基础设施安全并拥有可行的保护用户数据与应用的解决方案是必须的。美国联邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全访问与授权成为统一功能，这计划为三个步骤（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底线；b）持续监控；c）潜在访问与授权。
（注：本文译自《国际数字地球学报》International Journal on Digital Earth）
译者简介：
翟永（1969-），男，硕士，高级工程师；研究方向：计算机网络、服务器和空间数据库系统集成以及安全保密技术。
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一、引言
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS，下同）是以计算机软件、硬件为基础，实现地理信息采集、管理、分析和表现地理空间数据的系统，已经成为地理信息科学的核心[1]，广泛应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设等领域。特别是与遥感技术相结合，GIS正深入解决全球性问题：厄尔尼诺现象与酸雨、核扩散与核废料以及全球气候与环境的变化监测。可以说，GIS已经深入社会生产和生活的各个领域，成为很多领域中新的工作手段和方法[2]。
作为注重学科交叉与渗透的环境科学专业而言，开设GIS课程教学具有一定的前瞻性。将环境科学专业与地理学有机融合，更加凸显环境科学的“大环境”特征，也更能符合全球环境的研究趋势[3]。GIS与环境科学在研究对象和研究方法上具有一定的相似性和互补性，在环境问题愈来愈突出的今天，设计和开发服务于环境应用系统的辅助决策支持工具GIS，将具有极大的发展潜力。目前，我国开设GIS专业的高校和开设GIS课程的专业非常多，开设GIS课程的非专业的数量也在逐渐增加[4]。鉴于GIS课程的学科与技术并重的特点，非GIS专业学生知识结构不完整，如计算机、地图学、地理学、测绘学、程序设计和数据库等知识，导致非GIS专业的学生在学习该课程时抓不住重点，反感理论性知识，缺乏主观能动性[5]。重庆三峡学院化学与环境工程学院经过20多年的发展，环境科学与工程专业建设为重庆市重点学科，并于2013年顺利获批硕士学位授予权。目前学院环境科学专业已经开设了GIS课程，但是从我院目前的课程建设情况来看，该课程的建设仍处于起步阶段，从教学体系、实践模式方面仍面临着前述问题。因此开展课程建设，进行教学研究，顺应学校提出“向应用型科技大学转型”的办学理念以及“培养具有创新精神和实践能力的应用型高级人才”的办学宗旨，已成紧迫的任务。
二、环境科学专业GIS课程教学要求
一般而言，GIS技能主要分为三个层次：基本应用型；综合分析型；开发管理型[6]。其中基本应用型侧重于将GIS作为工具，掌握GIS基本概念，并能够使用l～2种GIS软件进行简单的数据输入、分析和制图工作。环境科学专业作为非地理信息系统专业开设GIS课程，其技能要求定位为基本应用型，即立足环境科学专业基础课程，强调GIS的技术性，侧重于实践教学，针对本专业相关的环境管理、环境规划、环境监测以及环境影响评价等与空间信息相关的问题，掌握GIS工具空间分析操作技能，解决专业相关的问题。因此，实验教学更显重要，通过加强学生实践能力的培养，进而提高学生的自主创新能力。符合应用型人才培养的要求[7]。
根据设定的基本应用型目标，笔者对环境科学专业的GIS课程体系进行了部分的教学改革实验，以探索适合于本专业GIS课程教学的模式。
三、教学改革实验
针对环境科学专业的知识结构特点，紧扣能力目标的基本应用型要求，将教学分为三个梯次，梯次一：要求了解GIS是什么，掌握GIS的基本原理，主要在课堂教学中精细化课程内容；梯次二：掌握GIS主流软件的操作方法和应用，主要结合课程项目的设计完成该梯次的教学设计；梯次三：应用阶段，在环境科学专业范围内，基于GIS基本功能解决实际问题。主要在实验实践环节提升学生的应用能力。基于上述三个梯次的教学总体设计，教学的各个环节改革与优化介绍如下。
1.梯次一：理论课程内容与学时精细化设计。梯次一为课程引入与理论了解阶段，考虑GIS具有综合性强、多学科集成，知识点多，学科与技术统一性，且发展与内容更新速度快，渗透性和空间抽象性强等特点[8]，针对环境科学专业学生的知识结构体系，注重理论与实践相结合，梳理GIS课程体系，选择兼具概念与实践并重的教材《地理信息系统原理、方法和应用》（邬伦主编，科学出版社），该书详细划分了理论基础讲解、GIS功能介绍与应用技术，有助于教学内容的自由选择。考虑环境科学专业学生的背景，将GIS的基本概念、组成、功能及其应用领域、空间数据结构（矢量和栅格数据结构）、空间数据采集、空间数据处理与分析、GIS空间分析原理与方法及GIS产品制作与输出作为重点内容讲解。让学生由浅入深，了解GIS具体功能，数据的来源与特点，如何将现实世界数据化、信息化，如何利用GIS解决身边的问题（如公园选址、交通管理、城市拆迁与洪水分析等），增强利用GIS作为辅助决策工具的兴趣和学习自主性。
针对梯次一的基本要求和课程内容选择，笔者理论教学课时精简为32个学时。具体安排：（1）导论，4个学时，主要讲述GIS的基本概念、组成、演变历史和发展趋势、基本功能、与相关学科的关系以及GIS主流软件的认识。（2）GIS空间数据结构，8个学时，主要讲述空间参照系统、地图投影、空间数据采集、空间数据模型、栅格和矢量数据结构、编码方法等。（3）空间数据处理，6个学时，主要讲述空间数据变换、数据融合、空间插值与拓扑关系编辑。（4）空间分析，8个学时，主要讲述空间查询与量算、空间叠加分析、缓冲区分析与网络分析等。（5）GIS产品可视化与输出，4个学时，主要讲述地图制作与输出、专题地图设计。
2.梯次二：理论教学与专业实例设计。为了加强教学过程理论与专业实际的联系，笔者提出将“农业点源大气污染可视化分析”课题作为专业实例设计，贯穿整个GIS课程教学过程中，以提高学生主观能动性。
国家环保部2012年公布的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），首次将PM2.5（年均和日均浓度限值分别为定为0.035mg/m3和0.075 mg/m3）、O3纳入常规空气质量评价，并收紧了PM10、氮氧化物等标准限值，以期“十二五”期间使我国大气PM2.5污染得到缓解，区域大气复合污染得到有效遏制，大气环境质量得到持续改善。选择农业点源大气污染可视化分析，整个课题既贴近现实，又属于环境专业关注的热点问题。这个课题设计内容主要涉及农业点源大气污染源调查、农业区空间分布、人口分布、污染源季节特征、大气污染扩散模式等，结合缓冲区分析得到农业点源大气污染时空分布与影响区域划分。根据这一课题的设计，在课堂教学上提出问题，引导学生总体规划设计，以原有专业知识在解决问题上遇到的瓶颈，自然引导利用GIS技术解决此类问题。将各部分内容分版块划分，贯穿到各章节授课内容中。如导论中以谷歌地球、寻找本拉登实例作为开始，让学生了解实例以及GIS的基本功能，并指出谷歌地球是数据来源之一；空间数据结构与处理讲解中引导学生如何采集与处理农业点源大气污染的相关各类型数据，指出相关的数据转换可在GIS中实现，实验环节就可以亲自操作；空间分析讲解中指出缓冲区分析和空间插值可解决污染影响区域划分和时空分布，在实验环节可以设计操作。
通过上述的专业实例贯穿，可以有效引起学生的自主学习能力和兴趣，感觉GIS就在身边，又产生“技痒”，促进梯次三的实践教学。
3.梯次三：实践教学课题化设计。上机实验是环境科学专业GIS学习的重要环节，依据所设计的课题，在实验过程中得以实现和解决，将大大加强对GIS课程的理论理解与掌握，激发进一步深入学习的动力。具体实验教学内容安排如表1所示。实验学时与教学学时1∶2配套。
三个专业实例化实验设计，基本包含了GIS基本操作技能，在让学生亲自了解GIS的强大功能的同时，更真正体会到了在GIS中的具体操作过程。
四、结语
环境科学专业与地理学有机融合，更加凸显环境科学的“大环境”特征，也更能符合全球环境的研究趋势。加强环境专业GIS教学与改革是顺应我国新时期高等教育“造就一批创新能力强、适应企业发展需要的优秀工程师”的要求。笔者提出GIS教学过程中贯穿专业实例课程化的改革方式，旨在激发学生的学习热情，在实践中增强学生的动手与解决问题的能力，达到基础应用型的技能要求，实现学以致用。
参考文献：
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Keywords: 3S integrated technology; highway engineering; 3S; feasibility study
中图分类号E932.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（201中图分类号2
引言：
随着现代空间探测及计算机信息技术的发展,遥感、全球定位系统、地理信息系统技术(简称3S)在高速公路可行性研究及勘察设计中发挥越来越重要的作用。 自从1998年1月31日美国副总统戈尔提出了“数字地球”(Digital Earth)的概念后,“数字地球”“数字城市”相继成为本世纪的热门术语和新兴学科,数字地球的核心是地球空间信息科学,地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是“3 S”技术及其集成,所谓“3 S”是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)的统称,是目前对地球观测中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术,他集中了空间探测、电子技术、计算机、数据库、互联网、通讯、人工智能和地球科学等众多最新成就,为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。
3S集成技术在发达国家已得到了广泛的应用，在我国也得到了高度重视，随着计算机技术的应用，空间技术交叉渗透，信息科技蓬勃发展，3S集成理论正在得到不断的发展，已逐步在土地、资源、农业、水利、工程建设、物探和环境等领域得到应用。 本文主要研究3S集成技术在道路工程的应用[1]。
1．3S集成技术的概述
“3S”是地理信息系统（Geographical Information Systerm简称GIS）、遥感（Remote Sensing 简称RS）和全球定位系统（Global Positioning Systm简称GPS）的英文缩写简称，其中GPS和RS分别用于获取点、线、面等空间信息或监测其变化，GIS是完成空间数据的存储、分析和处理。这三种空间信息技术已经较广泛的应用。
三者在空间信息管理上各具特色,均可独立完成自身具有的功能,同时相互之间又有许多关联,在解决问题的功能上各有优点与不足。三者的结合与集成已成为空间科学的发展方向和必然趋势。3S技术在公路规划和勘察选线方面的应用研究和勘察设计实践,在多段高速公路及大型隧道的勘察设计应用中取得了很好的效果,不但提高速度2~3倍以上,而且可以全面认识公路工程地质环境的特征,提高工作质量,尤其在减少不良地质危害、优化选线设计质量等方面,具有巨大的经济效益和社会效益,具有很好的发展应用前景[2]。
3S集成不是GPS、RS、GIS的简单组合，而是一种利用现代测绘技术、遥感技术、定位技术、图像和图像处理技术与计算机技术于一体，向GIS和RS数字图像处理系统提供足够的数量、精度、可靠性、完备性的空间数据，通过空间分析、预测、决策，确保地理信息问题的优化、系统地解决[1]。3S集成是高度自动化、实时化、智能化的对地观测系统，并有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能。
3S融合技术是公路勘察的先进手段。遥感、全球定位系统和地理信息系统技术为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。3S技术各有特长:遥感图像能够快速获取大面积信息,但有些地物属性又不可全面感知(如高程和经纬度);GPS可以迅速定位目标,但没有地理属性;GIS具有信息查询分析和管理能力,但数据的获取比较困难;因此它们的结合应用是当代信息科学发展的必然趋势。3S技术的结合有多种形式,主要根据工作需要而定。应用卫星和航空遥感图像与计算机信息处理技术的结合,可以快速编制各种比例尺(1∶200 000~1∶10 000甚至更大比例尺)的遥感图和解译工程地质图,指导选线勘察工作。其综合效益可以提高30%~200%以上,地质选线速度可以提高3~5倍以上。遥感、全球定位系统与地理信息系统的功能和数据资源,彼此可以相互结合,实现功能互补,资源共享。基于GPS的遥感探测,可以获得具有3维地理信息的遥感图像数据,并输出3维地形模型数据(DEM)和各种实用图件,大大简化了传统地形测量的过程,是地理制图技术的一个飞跃[3]。
应用GIS 3维地形模型叠加遥感图像的技术,可以生成真实的地形模型,是当前在计算机上进行公路环境分析、优化路线方案的现代化技术之一。对优化路线方案, 提高设计质量和速度有关键作用,是当前高等级公路勘察设计自动化的主要发展方向。另外,应用3S系统的信息采集、分析与制图功能,可以有效进行公路交通各个阶段的管理工作。例如,路区遥感图像的更新及专题图的输出,工程建设数据统计与图像图形显示,车流量与经济发展分析,车辆GIS与GPS动态安全管理等。从公路选线、工程地质勘察、工程设计到公路运行管理,3S技术的信息分析技术有其他手段不可替代的作用;遥感航测制图更有其速度快、质量高、节省人力物力的优势,而3维遥感航测数据是公路勘测设计自动化的基础。
2. 3S技术在公路工程应用中的特点
2.1集成化
传统的公路测量、设计表现为离散式、分离式的测、设、绘的过程,譬如野外测量就可以分为测角、量距、水准等三大要素,而利用3S技术的勘测设计则是集成测绘技术,表现为外业、内业用图一体化、集成化。
2.2实时化
经典的公路工程从规划、勘测、设计到施工、运营是建立在对路线外业观测数据的后处理基础上的,到获得3维坐标有一定的时间滞后。而3S技术可根据某些内容的要求实时、快速地确定3维坐标。
2.3动态化
