地理信息可视化原理讲解教学思路

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摘要:地理信息可视化是地图学的核心内容之一，自然也是地图学课程教学的核心内容。但是其中有一些抽象难懂的专业术语，同时还有一些不易理解的科学内容，加上现有教材内容存在一些缺陷，给教学工作带来了一定的困难。本文根据多年来的教学体会及理论研究，就该内容教学方法做了一些探讨。研究表明，从大处入手和本质入手来解说，讲清楚地理信息可视化的理念、原则、影响因素、地理信息的类型及可视化优先级、地图语言的表达能力及特长等方面问题，有助于说透地理信息可视化的原理。如果再布置作业让学生进行制图实践体验，则更能使其加深对这些知识的理解。

关键词:地图学;地理信息;地图符号;地图语言;可视化;教学思路

地图被认为是地理学的第二语言，但它却是表达地理信息的最佳语言，因此地学工作者必须学会运用地图语言来表达地理信息。如何科学地运用地图语言来表达地理信息是地图学的核心问题。地理信息的有效表达有赖于地图语言的科学应用。做好地理信息可视化教学工作，对于学生奠定扎实的地图学理论基础，提高地图语言应用能力和地图符号设计能力具有十分重要的意义。但是其中有一些不容易理解的内容，本文根据多年来的教学体会及理论研究，就该内容教学方法做一些探讨，为地图学教学工作提供参考。

1教学内容的难点及教材内容的缺陷

地理信息可视化教学内容中有些难以理解，在一定程度上影响着教学效果。同时，现行教材内容存在一些缺陷，无形中也给教学工作带来一定难度。

1．1教学内容中的难点

1．1．1教学内容中涉及多个难以理解的术语在地理信息可视化知识的教学中涉及一些很抽象的基本术语概念，难以理解，比如信息、符号、语言、地图符号和地图语言等概念是地图学中经常出现的专业术语，而且很抽象。这些术语的理解程度还会影响到其他相关知识的理解。1．1．2地理信息可视化的影响因素比较复杂为了更有效地传达地理信息，地理信息可视化(符号设计)应当全面考虑多种因素，比如内容属性特征、地物分布规律、技术条件、地图语言的表达能力、读图心理、使用要求、生产成本、资料特点、视觉变量、视力及感受规律等因素，显得特别复杂。如果面面俱到，不加以整合归类，不抓住主导因素，容易导致理解上的混乱。1．1．3地理信息的结构比较复杂一张地图所要表达的地理信息的内容结构比较复杂，有地理事物空间分布特征和规律信息、地理信息系统结构信息，还有每种事物个体特征信息等。至于这些信息究竟孰轻孰重，在传统地图学理论中根本没有明确说明，地图符号设计思路也就不明确。1．1．4地图语法理论尚不成熟地理信息可视化必须有科学的地图语法。目前地图语法理论尚不成熟，许多地图语法问题还没有完全弄清楚。连专家都没有弄清楚的问题，一般任课教师和学生更难以把握。比如，视觉变量的分类及表意功能在不同教材中观点不同，甚至还存在一些值得怀疑或错误的观点［1］，显然这给我们理解地图语法规律教学带来了更多难题。

1．2教材内容存在缺陷

在教学内容有难点的情况下，如果教材中有明确解说，也就可以减轻理解难度，遗憾的是，目前发行的教材在这方面做得不够到位，这给做好教学工作带来了困难，增加了学生的学习难度。1．2．1对一些重要概念未能说清楚绝大多数教材都是在未对信息、符号、语言等重要概念做深入解释的情况下，直接叙述地理信息、地图符号、地图语言等概念，显然这是不利于学生从本质上理解这些概念的。1．2．2地理信息可视化的理念未明确地理信息可视化的理念是地图学理论中一个关键性问题，在传统理论中一直未点明或者说得比较含糊。如果设计理念未明确，就不知道最终要达到什么效果，就会迷失方向，那么后面的设计行为就是盲目的，就容易犯方向性错误，对于学生来说，会感到没有头绪。1．2．3对一些原理性问题未能说清楚对地理信息可视化原理方面的内容，大多数教材在信息、符号和语言等基本概念及地理信息可视化的目标、原则、影响因素、地图语言的功能未说清楚的情况下［2－4］，直接告诉人如何去做，只告诉人其然却不告诉其所以然，怎能让学生理解所学知识呢?比如关于地图符号设计的影响因素众说纷纭，有的教材将可视化的影响因素考虑得很多［2］，考虑的因素多了，就容易造成思路的混乱，而有的教材对影响因素避而不谈［3］。对没有任何地图设计经验的学生来说，会很迷茫。教学活动的根本目的是让学生理解和掌握知识，只有达到这个目的才算是有效的教学。只有讲清楚原理，才能让学生真正理解知识。只有理解了才能真正掌握知识，只有理解的知识才是自己的，只有理解的知识才能举一反三地加以应用。在教材不给力的情况下，如果任课教师也只停留在教材内容之上照本宣科，那么，就达不到教学目的，学生也无法真正理解和掌握所学的知识。

2地理信息可视化原理讲解的教学思路

按照以下思路来进行教学活动，有助于清楚讲解地理信息可视化原理，更好地实现教学目标。

2．1从大处入手来讲解

讲解科学问题要有大视野，不能把视野局限在一个小学科之内。一门学科的理论知识传授不应当就事论事，观察问题的视野不能只局限在本学科领域，应当居高临下放在一个大的学科背景下，按照从大到小、从宏观到微观的思路进行叙说。这样才有利于说清楚本学科的原理，不仅如此，这样还有利于开阔学生的学科视野，打破学科界限去思考问题，明确当前所学知识在学科的定位，激发创新思维。比如，针对地理信息可视化问题，如果从信息学、符号学、语言学、认知心理学、社会学多学科理论入手，有利于阐明其本质问题。首先要说明清楚的是:信息是什么，信息对人类活动有什么用处，信息沟通常用语言有哪些，地理信息对人类活动有什么用处，地理信息与其他信息有什么联系与区别，地理信息可视化在信息可视化中处在什么地位，地图语言对地理信息可视化有什么功能和优势等。

2．2从本质入手来讲解

要说清楚一个学科问题，先要说明“是什么”，再说明“为什么”的问题，才能让学生真正理解自己所学的知识。地理信息的本质是什么，有哪些特征，为什么要可视化，为什么要用地图语言可视化而不用其他语言。依据符号学、语言学、信息学理论来阐明地理信息、信息可视化、地图符号、地图语言的本质和概念，可以更好地帮助学生理解。信息是(物质和非物质)事物的普遍属性，是看不见摸不着的东西，它可以通过符号来告诉你，但不是符号和事物本身。信息是个涵盖面广泛的概念，通常是指以声音、文字、图像、手语等方式所传达的内容、含义。信息不能脱离物质形式而独立存在，必须依托于一定的物质载体，这种载体就是符号或语言。语言通常指自然语言，其实这是狭义的理解。广义的语言应当包括人类有意识地用于传递信息的所有符号。“符号”和“语言”两个术语究竟有没有区别，学界一直没有明确的定论，现在的教材都没有说明白，或者含糊其辞，弄得大家稀里糊涂。笔者认为，这两者虽有共同之处，但是并非相同的概念，主要区别为:语言必须是人工的，而符号未必都是人工的，还有非人工的。也就是说，语言只指人工符号。这一点说清楚以后，学生自然就理解了。教师应当站在更高的理论高度去解释。

2．3要讲清楚可视化的理念和原则

地理信息可视化就是地图符号设计问题，设计工作开始之前必须确立设计理念，属于顶层设计问题，这也是一切设计行为所要遵循的规律。地理信息可视化应秉承的理念是直观、精准、艺术地表达地理信息［5］，也就是从技术设计和艺术设计两方面去考虑设计地图符号问题，才能提高信息传递效果［6－10］。这是可视化的根本目标。既然目标明确，其他设计问题的展开就有了明确的方向，再将这种理念具体化，就可以制定一些符号的设计原则，环环相扣，这样其他设计就更为严谨、有效。这是说明“为什么”的问题，是关系设计原理的问题。根据可视化的理念，地图信息可视化应当遵循精准化、形象化、系统化、简洁化、艺术化等基本原则［5］，这是全面考虑信息传递效果的一些设计思想。精准化包括位置精准、意义精准;形象化即尽力使各种信息可视化;系统化是要让各种符号组合成一个不可分割的系统;简洁化是要避免符号冗余;艺术化是提高欣赏价值。这是阐明地理信息可视化原理的内容，也是不可或缺的内容，而这一点在大多数地图学教材中极少提到。

2．4要说清楚可视化需考虑的因素

完美的设计方案是全面考虑了各种因素的，是符合设计原则的，而没有依据的设计是盲目的设计。如果符号设计所要考虑的因素不明确，设计思路也就不能明确。因此，说清楚可视化所要考虑的因素，是解决“为什么”的问题。关于这部分内容，有的教材根本没提到［2］，有的教材将地图符号设计的影响因素分为五种，有的教材分为八种:使用要求、生产成本、地图内容、资料特点、所需感受水平、视觉变量、视力及感受规律、习惯标准［1］。总体上看，有总比没有强。但是没有理清各种因素的逻辑关系和涵盖关系，则不便于理解与掌握，相当于将简单的问题复杂化了。将因素科学合理地整合、归类、简化，有利于设计者把握设计思路。如果将可视化影响因素归纳为内容、读者、技术三个方面［5］，不仅简洁，而且具有全面系统性，更有利于理解和掌握。地图内容(所表达的地理事物)在一定程度上决定着表示方法选择，顺理成章;读者因素包括视觉生理、视觉认知和欣赏心理、认知能力，这些都是地图个体符号及符号系统设计中需要考虑的问题，这样能充分体现人性化设计理念;技术因素包括技术方法和制图工具的功能与可行性等问题。

2．5要说清楚地理信息的类型及可视化优先级

每一张地图都是一个相对独立的地理信息系统，虽然它所表达的地理信息很多，但是可以分为三大类，按重要程度由高到低依次为:地理信息系统结构信息、地理事物空间分布特点和规律信息、地理事物个体特征信息。第一类信息是不同地物之间的类型和层次关系信息，即系统性信息;第二类信息大家都熟悉，不用解释;第三类是每一种具体事物的个体(如外形、色彩、内在性质等)属性信息［5］。知道信息的类型后，还要知道表达的优先级。当这几类信息表达设计中出现矛盾时，应当先表达上一级信息，下一级的信息应当弱化或省略。必须要有全局意识，遵循下级服从上级、个体服从整体的原则，只有这样才能让地图具有系统性、整体性、有序性。比如说，公路的本色通常为黑色，这是它的个体属性，但是为了体现它在地图符号系统中的类型关系或层次关系，往往不用它的本色，而是用红色、黄色、绿色等。如果用本色，则可能打乱整张图的视觉秩序。正确处理这种关系，就可以让地图变得很有序，再复杂的信息系统都不会显得混乱。掌握了这个规律，学生也就能深入理解地图内容可视化的本质和原理，也就具备了在设计实践中能举一反三的能力。

2．6要说明地图语言的表达能力及特长

信息是抽象的，语言是物理的、具体可感的，信息必须借助语言这种物理的媒体(工具)才能被传播和接收。信息存在于符号之中，离开符号，信息就不存在。信息可视化全靠视觉语言来实现，而地图语言是地理信息表达的最佳语言。没有一种万能的语言，每一种语言都有其优点，同时也存在缺陷。图形、色彩、文字三种地图语言在信息表达能力上各有千秋。图形语言擅长表达空间定位信息，也能表达性质、数量、外观、动态变化等属性信息;色彩语言擅长表达地理事物分类、数量、等级信息，同时也能表达地物的肌理、硬度、弹性、透明度、比重、冷暖、湿度等属性信息;文字擅长表达地物名称、地物性质、数值、图名等非空间位置信息或抽象属性信息。但是色彩和文字都不适宜表达定位信息［5］。说清楚每一种语言的优缺点，有利于学生学会科学地运用地图语言来表达地理信息。

2．7要通过制图作业来检验学生的学习效果

地图学理论是应用理论，实践是检验理论学习效果的最好方法，只有能在理论指导下创造性地完成实际工作，才算是真正理解和掌握了理论知识。因此，要观察学生是否掌握了相关知识，还应当布置符号(含色彩、文字)设计作业，作业最好是设计制作一张图。教师再针对学生在作业中出现的错误或不足，结合相关理论进行课堂讲解或个别指导，这样才有利于更好地实现教学目标。

3结语

地理信息可视化是地图学的核心内容，但是这部分内容中有一些抽象难懂的专业术语，还有一些比较复杂难懂的知识点，加上现有教材内容存在一些缺陷，给教学工作带来了一定的难度。如果能在教学内容上进行优化设计，讲清楚地理信息可视化的基本原理，再加上实践过程，就有助于学生真正理解和掌握这些知识。对于教师来说，除了制定科学的教学方案外，对于个人素养应该有更高的要求，应当具备广博的知识，同时在这方面有所研究，努力成为这方面的专家，这样才能驾驭教学内容，避免照本宣科。

参考文献:

［1］凌善金，王晓铃，丁园园．静态地图符号视觉变量分类及作用研究［J］．安徽师范大学学报(自然科学版)，2017，40(1):69－76．

［2］祁向前，胡晋山，鲍勇，等．地图学原理［M］．武汉:武汉大学出版社，2012:60－92．

［3］毛赞猷，朱良，周占鳌，等．新编地图学教程［M］．3版．北京:高等教育出版社，2017:107－205．

［4］马耀峰，胡文亮，张安定，等．地图学原理［M］．北京:科学出版社，2004:74－107．

［5］凌善金，梁栋栋，麻金继．新编地图学［M］．北京:科学出版社，2017:138－139．

［6］凌善金，孟卫东．地图语言艺术化的本质与目标分析［J］．艺术与设计(理论)，2012(8):42－44．

［7］凌善金．美的规律在地图美化设计中的应用研究［J］．测绘与空间地理信息，2012(11):34－37．

［8］凌善金．地图图形语言艺术化研究［J］．安徽师范大学学报(自然科学版)，2013，36(3):278－282．

［9］凌善金．基于数字制图技术的地图色彩语言艺术化方法［J］．地理信息世界，2013(3):28－32．

［10］凌善金，王晓铃，丁园园．地图色彩语言艺术化研究［J］．安徽师范大学学报(自然科学版)，2014，37(2):171－175．

作者：凌善金 单位：安徽师范大学 地理与旅游学院