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地理信息科學應用范文第1篇

關鍵詞：新課標；高中教學；地理信息技術

社會和時代的發展對高中地理教學提出了新的要求。地理技術在高中地理教學過程中的應用適應了當今社會的發展需求和教育的改革要求。在高中地理新課標教學中采用地理信息技術，有利于改變傳統以課堂和書本為主體的教學模式，將實踐教學應用于高中地理教學過程中，不僅增強了教師與學生之間的互動，而且培養了高中生的實踐能力和地理知識的應用能力，讓學生能夠對地理信息進行有效的處理，充分調動了學生的學習積極性，有利于我國整體高中地理教學水平的提高。

1地理信息技術的教學應用

地理信息技術在高中地理教學中的應用，要以正確的地理教學理念和相關的地理信息技術軟件為依托，讓學生對地理基礎知識和具體的操作技術有明確的了解和認知，讓高中生在課堂學習之余，利用所學的地理知識，進行相關的地理操作，真正達到理論與實踐相結合，實現高中地理教學目標。將地理信息技術應用于高中地理教學中，能夠對學生系統的學習技術進行充實，達到預期的教學改革目標。高中地理課程涉及到的內容和知識相對比較廣泛，包括自然地理、人文地理和區域地理等，利用信息技術能夠實現課堂知識與地理實際相結合，加深學生對所學知識的了解。同時，能夠培養學生對地理的學習興趣，達到良好的教學效果。在高中地理教學中，將多媒體技術與地理信息技術相結合，改變傳統的教學模式，將學生作為教學過程中的主體，能夠充分發揮學生的主動性和積極性，讓學生主動參與到高中地理的學習和實踐過程中。同時，將地理信息技術應用于高中地理教學中，能夠促進課堂教學與實際相結合，培養高中生對地理知識的應用能力。比如，在高中區域地理教學過程中應用地理信息技術，能夠對區域地理信息技術進行有效的顯示，有利于對地理現象和地理事物進行直觀的了解，真正讓學生學會應用地理知識解決生活中的問題［1］。

2地理信息技術實施的可行性分析

2．1完善的基礎設施：

隨著計算機技術和網絡技術在人們日常生活和工作中的普及，多媒體技術越來越多被應用于高中教學中，為地理信息技術在高中地理教學中的應用提供了技術支持。目前，我國普通高中都普遍開設了多媒體教室，為地理信息技術在地理教學中的應用提供了基礎的保障設施。同時，電子地圖和全球定位系統也得到了快速的發展，為高中地理教學提供了軟件保障。完善的基礎設施有利于高中地理課堂教學內容和形式的多樣化，以圖標、三維圖像等形式，讓學生對地理知識和地理現象具有更直觀的了解。

2．2豐富的教學資源：

豐富的教學資源是地理信息技術在高中地理教學中順利實施的有效前提。將地理信息技術應用于高中地理教學中，教師可以通過對相關地理數據和信息的查詢，豐富日常的教學資源，高中地理課堂內容更加豐富，形式更加多樣。地理信息技術豐富了高中地理教材的理論系統，同時，能夠利用地理信息技術對相關教學資源進行整合，并將其轉換成圖片和數據等不同形式，實現教學資源的共享，讓學生更加易于接受，提高高中地理的課堂質量和效率［2］。

2．3優秀的師資團隊：

地理信息技術在高中地理教學中的應用，必須以優秀的師資團隊為保障。近年來，隨著教育理念的改革，高中地理教師的綜合素質和專業水平不斷提高。我國很多高校的地理專業都開設有技術性的必修課程，為培養優秀地理教師奠定了良好的基礎。同時，很多地理教師在日常教學過程中逐漸改變了傳統的教學理念，注重對相關地理信息技術的學習，不斷提高地理信息技術的應用能力，為地理信息技術在高中地理教學中的應用提供了可行性的人才保障。

3地理信息技術對高中地理教學的影響

3．1對教師的影響：

將地理信息技術應用于高中地理教學中，對教師的教學水平提出了更高的要求。地理信息技術不僅僅局限于地理軟件的應用，而是借助地理軟件的應用培養學生對地理知識的理解和應用能力。地理信息技術在高中地理教學中的應用，要求地理教師要具備扎實的地理知識和對地理技術的明確認知，培養高中生利用所學知識和地理技術解決實際問題的能力。同時，能夠讓教師改變傳統以背誦為主體的地理課堂教學模式，注重對學生地理實踐能力和地理思維能力的培養［3］。

3．2對學生的影響：

將地理信息技術應用于高中地理教學過程中，能夠讓學生真正做到學以致用，不斷提高學生的地理素質和地理能力。改變傳統以應試為目的的地理教學，讓學生們真正學會將所學的地理知識應用于日常生活和實踐過程中。在高中地理教學過程中運用地理信息技術是學生學習地理的基礎和前提，能夠幫助學生對動態地理數據進行采集，然后結合實際的地理問題，提出相應的解決措施。同時，也改變了傳統以課堂和書本為主體的高中地理教學模式，充分發揮高中生在地理學習過程中的積極性和主體地位，逐漸培養了高中生的獨立學習和獨立思考能力，提高了高中地理課堂質量和效率。

4結語

新課標背景下，將地理信息技術應用于高中地理教學中，改變了傳統的高中地理教學模式，更加注重對高中生的地理實踐應用能力和地理信息處理能力的培養，滿足了素質教育要求和新時代背景下的人才需求。地理教師要認識到將地理信息技術應用于高中地理教學過程中的重要作用，將其作為日常地理教學的輔助，不斷培養高中生的思維能力和實踐能力，體現新課標的改革意義。

參考文獻

［1］于洪雷．在高中地理教學中應用地理信息技術［J］．中國教育技術裝備，2015，（07）：35－36．

［2］旋曉偉，王林，等．信息技術在高中地理教學中的應用調查研究［J］．曲阜師范大學學報（自然科學版），2013，（01）：125－128．

地理信息科學應用范文第2篇

一、地理信息系統技術分析

地理信息系統是Geographic？Information？System的中文解釋，簡稱為GIS，其對空間數據具有采集、描述、管理、分析、存儲、檢索、查詢、顯示等功能，是現代化的計算機系統。在地理信息系統下，通過對地理信息數據的處理和分析，能夠有效實現“為我所用”的功能。在這一技術下，以地理空間數據庫為基礎，通過計算機軟件和硬件的操作，可以充分實現對數據的深度挖掘，實現對地球表層空間數據的描述、分析、存儲和檢索。

在實際的應用過程中，通過GIS的強大功能，可以有效實現對地理數據的處理，其主要功能包括數據顯示、數據分析、數據操作、圖像處理、數據存儲以及輸入輸出等。

首先，關于數據的采集和輸入功能，對外部的原始數據進行采集，并傳輸到數據處理系統進行數據的處理和分析，但是，在分析之前，系統將會到原始數據進行格式轉換，從而將原始數據以系統內部格式的方式存在。

其次，在地理信息系統下，具有屬性比你和圖形編輯的數據編輯功能。關于圖形編輯，主要承擔校正誤差、拓撲關系建立、圖形編輯、變換和修飾以及圖幅拼接等。在屬性編輯功能下，該功能與數據庫相對接，做好數據庫管理工作，常用的管理方式主要是指刪減、增加和修改等。

第三，關于數據存儲、管理方面的功能，主要是完成數據存儲功能，將某些特定的數據進行存儲，存儲介質要根據具體情況而定，可能是外存儲設備，也可能是計算機內部的存儲器，這要根據數據文件結構來分析。而在數據管理方面，主要借助邏輯數據進行關系的建立，并通過關系數據庫實現對數據的管理。

第四，在地理信息系統技術下，可以實現對地理空間的查詢與分析。其中，主要的功能有數據綜合分析、數據查詢檢索以及操作運算等，從而在數據庫、存儲裝置以及文件中得到要想的目標數據，可見其查詢及檢索的功能強大性。另外，借助GIS技術，可以實現對目標地理空間實現全面分析。

第五，與計算機系類似，地理信息系統技術還具有數據顯示與輸出的功能。通過顯示器，可以將數據、結果以及中間的分析過程進行展示，其中，主要是分析過程的顯示、圖形數據的編輯。借助GIS技術以及網絡技術，可以將結果進行遠程傳輸，同時也可以通過打印機、繪圖機以及計算機顯示屏顯示結果。

二、地理信息系統技術在環境科學中的應用

1在環境管理方面應用地理信息系統技術

具體到環境管理工作的實際，國家和各級環保部門需要在工作中遇到大量的數據和統計報表，從而獲取準確的環境質量情況。如果單純依靠人工手段，面臨大量的數據分析工作，勢必會讓人束手無策。而通過地理信息系統技術的應用，正好可以實現對這一問題的解決，從而優化了各類環境資源的管理，尤其是生物資源、水資源、大氣質量、社會經濟等。通過地理信息系統技術的應用，實現了信息資源的優化的同時，能夠有效實現資源的優化配置，從而為土地的合理開發利用、城市發展規劃、環保統計等提供有效的數據支持。

2在環境影響評價方面應用地理信息系統技術

在地理信息系統的實際應用中，將其應用于環境影響評價具有重要的作用。通過其技術應用，可以有效實現對土地利用情況、大氣質量、地下水質、地表水質量、點、面源污染等數據的集成和管理，從而通過龐大而精確的數據對環境影響作出評價，成為輔助決策的重要依據，尤其是工程項目的建設，通過分析其對環境的影響路徑、影響情況及危害程度，為工程項目建設施工的科學決策奠定了基礎。

3在面源污染問題方面應用地理信息系統技術

在環境科學領域，面源污染問題一直是重大研究課題之一，是現實中對環境影響較為嚴重的污染類型，再加上其成因復雜，受影響范圍廣，因而難以有效分析和控制。在地理信息系統技術的介入下，可以將地理資源與面源污染模型結合起來，從而實現對河流的綜合分析，并以圖形的方式進行結果輸出和顯示，在地理信息系統技術的分析下，對易受侵蝕區域進行標記，合理評價面源污染，并根據土地的利用情況實現合理分配，從而為科學決策提供有效的理論依據。

4在水文環境管理方面應用地理信息系統技術

在地理信息系統技術下，環保工作中的水文、地形、土地利用等數據均可以實現科學化、現代化管理，并通過該技術所帶有的特定程序，實現對水文環境問題的分析，從而有效促進水文環境管理工作的科學化。比如，在GIS技術下，將柵格型地理信息系統技術搭配上有限元分析法，可以實現對暴雨徑流問題的分析，并以圖形的方式顯現出來，圖形中對洪水泛濫區域以及高徑流量區域進行特殊標記，并對洪水可能帶來的災害進行模擬，尤其是洪水災害對地表物質和土地利用情況的影響，這樣的分析結果可以廣泛應用于水利工程的選址以及建設中。與此同時，在GIS技術下，由水文數據、地質數據、降水量、含水層、土壤情況等組成的數據庫，可以有效滿足工程設計部門對于水文情況的查詢、檢索需求，為科學決策和研究提供了重要的參考資料。

結語：

在當代，隨著科技的進步，地理信息系統技術也不斷完善，在環境科學中的應用也日漸廣泛。隨著地理信息系統技術應用的日漸成熟，環境監測質量、管理效率也得到了有效提升，這對于促進環境管理的集成化和高效化具有重要意義。

參考文獻：

[1]張態，申元英.地理信息系統在環境流行病學中的應用[J].現代預防醫學，2013，11：2005-2009.

[2]黃菊.地理信息系統在環境保護中的應用[J].環境與可持續發展，2012，03：110-111.

[3]單禮堂.地理信息系統技術在環境科學中的應用[J].環球市場信息導報，2015，27：73+75.

[4]馬超群.淺析地理信息系統技術及其在環境科學中的應用[J].城市地理，2015，22：219.

[5]馬宇航.地理信息系統技術及其在環境科學中的應用[J].黑龍江科技信息，2015，35：101.

地理信息科學應用范文第3篇

一、高中地理教學現狀

伴隨著新課程標準的全面推進，高中地理教學活動也進行了相關調整，并取得了一定的成績，然而在具體的教學活動中仍然存在一些問題，具體表現在如下幾方面：

1.一些地理教師的觀念尚未轉變，即便對于已經轉變教學觀念的教師仍然使用傳統的教學方法。

2.教師和學生之間缺少有效的交流、溝通，這在很大程度上影響了教學質量。

3.在具體的教學過程中，存在較多的不公平現象，教師喜歡成績優秀的學生，忽略學困生。

二、高中地理有效性教學研究的重要性

（一）新課標中對高中地理教學課程目標提出了新的要求

新課標中指出應全面實施素質教育，以學生的全面發展和終身學習為出發點，建設新型教育理論，直觀地反映地理學科的發展，滿足社會發展對人才的需要。指導學生關心全球問題和我國重要的地理問題，發揚科學文化精神，強化學生的創新意識，培養學生的動手實踐能力，深化可持續發展觀念。因此，應進行高中地理有效性教學。

（二）新課標對教學活動和學生的學習提出了新的要求

新課標中指出掌握基礎的地理文化知識，滿足多樣化的地理學習需求，加強對地理問題的探索，在地理教學中合理應用信息技術，重視學生學習和評價環節的結合。地理教學的有效性十分迫切，只有明確相關問題，才能真正實現新課程標準。

三、高中地理有效性教學策略

（一）有效提問

高中地理教師所提問題應具有啟發性和針對性，其中啟發性問題包含內容性問題和過程性問題，內容性問題是依據教學內容設計問題，旨在考察和鞏固教學內容，過程性問題要求學生依據教學內容適當地創造形成屬于自己的表述，重在培養學生的邏輯思維能力。對于針對性問題應以學生或者教學內容為切入點設計教學問題，以此來激發學生的學習興趣，刺激學生的求知欲望。

（二）合理安排教學內容

認真研究新課標課程標準，明確教學目標，其中教學目標包含教師的教學目標和學生的學習目標。地理教師應從學生自身情況出發，預期最終的教學效果。編寫教案時應全面考慮各種影響因素，并在課堂上將學習目標傳達給學生，讓學生參考該學習目標或者依據此目標有計劃地完成教學活動。

（三）構建良好的師生關系

教師在教學活動中發揮著指導者、組織者和參與者的作用，應關心和理解自己的學生，平等對待性格不同的學生，加強和學生之間的交流溝通，拉近教師和學生之間的距離。在高中地理課堂上，應充分調動學生的學習積極性，活躍課堂氛圍，營造民主、和諧、輕松的課堂教學氛圍，讓學生真正喜歡上地理，主動表現。只有在教師和學生建立彼此信任和理解的關系，方可開展高中地理的有效教學。

（四）轉變思維模式

高中地理教師應竭盡所能轉變教學思維，只有這樣，才能讓學生得到多種思維模式的訓練。同時，在具體的地理教學中，教師應嘗試不同的教學方法，便于學生培養學生從不同的角度分析問題的能力。轉變思維模式能夠逐漸深化學習內容，刺激學生的地理學習動機，進而靈活應對學習過程中出現的各種問題。例如，在講解全球氣候變化這節內容時，教師可以采用小組探究的形式完成教學。首先，讓學生在課前與全球氣候變化有關的內容；其次，在課堂上，指派小組代表發言，講述自己搜集到的資料，并指出目前我國氣候狀況，提出可行的解決對策；最后，讓學生圍繞搜集到的資料進行討論，能夠發現影響氣候的多種因素。這種教學形式，深入挖掘了學生的學習潛能，并增強了學生的應用能力。

（五）注重課堂拓展

若想實現高中地理的有效性教學，不僅要掌握課堂和教材中的知識，還應充分發揮教師的指導作用，進行適當地拓展。在高中地理教學中，重視教學拓展，盡量提高地理課堂教學的有效性。高中地理教師在講解相關知識點時，盡量聯系現實生活中熱議的問題，向學生傳達地理小竅門，并搜集學生們較為感興趣的問題，將其融入到課堂教學中，調動學生的地理學習積極性，達到學以致用的目的。例如，在講解地球的圈層結構這節內容時，一方面內容本身具有較強的理論性，另一方面學生在這方面的積累較少，且相關概念模糊。此時，教師應圍繞教學內容設計一份調查問卷，通過學生的實地調查，有助于所學知識和現實生活的結合，便于有效性學習。

地理信息科學應用范文第4篇

關鍵詞：CDIO；工程教育；信息安全；分梯度

作者簡介：康曉鳳（1978-），女，江蘇徐州人，徐州工程學院信電工程學院，講師；鮑蓉（1968-），女，上海人，徐州工程學院信電工程學院教學院長，教授。（江蘇 徐州 221000）

基金項目：本文系江蘇省高等教育教改立項研究課題（項目編號：2011JSJG253）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0107-01

計算機科學與技術專業是技術發展更新最快的專業之一，而信息與網絡安全技術又是本專業技術更新最快的課程之一。為使本課程的教學內容能跟上社會對人才的知識和技能要求，在給學生奠定扎實的基礎理論的同時，還要強化動手能力，把學到的理論知識應用到實際項目中，同時在實踐應用中主動學習新知識去解決各種問題。

CDIO是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗。其核心思想是強調“做中學”和“基于項目的學習”，這個思想和所倡導的學以致用和應用指導學是一致的。

信息與網絡安全技術是一門理論與實踐高度結合的課程，學生最初學習的積極性會比較高，但是如果沒有合理的實踐教學環節，學生學習的積極性會受到影響。只有在CDIO 理念的指導下，以學生為中心，合理安排教學內容和過程，提高理論聯系實際的能力，才能達到較好的教學效果。

一、基于CDIO理念的教學大綱設計

根據CDIO工程教育理念，在構思信息與網絡安全課程的教學大綱時，著重在教學目的、課程內容、教學方法、考核方式和課程設計等幾個方面對教學提出了更高的要求。課程內容方面要求與當今的技術發展同步，將熱點問題融入到實際教學中去。例如，2013年“3.15晚會”曝光的和網絡安全相關的問題，可以融入到相關章節的教學內容，分析其成因、原理和解決方法。課程設計要能與全國大學生信息安全競賽和全國大學生軟件設計大賽等各級各類相關學科競賽的水平同步，同時定期與相關的企業和院校交流，保證能夠以社會需求為導向提高學生的技術能力。在考核方式上進行了大膽的改革，省級以上大學生實踐創新和創業項目的主要參與者和省級以上信息安全競賽的主要獲獎者，本課程就可以免修。

在上述思想的指導下，經過課程組的討論，本課程的教學內容主要包括信息安全發展現狀和前沿技術、網絡操作系統安全、網絡實體安全、網絡數據庫與數據安全、數據加密和鑒別、防火墻、網絡攻防技術與應用、Internet安全和VPN技術等，實驗項目包括密碼學（置換、替代、DES和RSA）、PKI、多級安全訪問控制、防火墻、入侵檢測、病毒、VPN和安全審計等內容。課程設計遵循以賽帶練的指導思想進行開展，主要分為兩大方向：安全作品和模擬攻防。安全作品由教師指定參考題目或學生自擬題目來實施，這些題目主要參考各級信息安全競賽而不斷更新，如文件透明加解密、基于Android平臺的安全通信錄、基于Android平臺的綠色瀏覽器、基于Android平臺的手機防護系統等。模擬攻防由教師提前創建一個模擬環境，在此環境中預留一些漏洞和層層關卡，學生在規定的時間內通過的關卡越多，則完成質量越高，環境和關卡的設置參考各級攻防賽的相關設置。

二、一個核心、一個導向、三個層次的教學模式改革

為了最大限度提高學生的學習積極性和學習效果，提出了一個核心、一個導向、三個層次的教學模式改革方案。一個核心是指以從業職位為核心，以信息安全人才未來可能從事職業的基本需求為基礎設定了三大類職位：安全軟件開發、安全顧問和紅客。引導學生在學習期間擬定職業方向，進而有針對性地提高某個方面的能力。一個導向是指以項目經理訓練為導向，即與網絡安全充分結合的綜合性的團隊式項目訓練，從團隊人員的確定、項目計劃、項目實施和項目的推廣整個過程都有項目經理來執行，培養了學生的工程基礎知識、個人能力、團隊合作能力和工程系統能力。三個層次是指本課程的教學結構和內容上分為基礎模塊、項目模塊、企業模塊三個層次。基礎模塊是本課程的理論知識學習，項目模塊是項目經理訓練，企業模塊是實訓基地的企業項目實訓。

三、分梯度的學生培養機制

徐州工程學院（以下簡稱“我校”）沒有設置信息安全專業，信息與網絡安全技術課程只是在計算機科學與技術專業的網絡工程方向開設，而信息安全人才是復合型的人才，僅僅在網絡工程方向的學生中去培養優秀的信息安全人才是困難的。學生僅僅學習這一門課程遠遠達不到社會對信息安全人才的技能要求，所以我校一般從大一開始進行選拔和培養。首先從計算機科學與技術專業中選拔一些有興趣的同學，進入學院設立的學生網絡技術學會，然后再從中選拔比較優秀的學生進入學院與企業共同設立的信息安全小組。進入信息安全小組的同學采取導師制的方式進行培養，指導老師對信息安全小組的每個同學制訂一份個性化的培養方案，指導這些學生去參加各級各類學科競賽，申請各級大學生實踐創新和創業項目，在本科學習的第四年再把這些學生送到相關的實訓基地參加實訓項目，形成了四年分梯度的信息安全人才培養機制，如圖1所示。

四、基于情景模擬的實踐、實訓教學體系

在CDIO的12條標準中，標準5和標準6對目前實踐教學中存在問題的解決有很好的指導作用。依據CDIO的指導思想和企業項目需求，課程組老師進行多方考察和篩選后，與企業合作建立了信息安全實驗室。本實驗室不僅可以進行常規的課程實驗，同時也能模擬各種信息安全應用案例，實現各類安全項目的實施。信息與網絡安全技術的實踐教學體系將課堂教學、實驗項目、課程設計、學科競賽、教師科研、實訓基地、服務社會等環節有效地融入一體。

在實踐教學中采取情景模擬教學方法。每一個實驗都進行應用情景設計，按照“設定情景—提出問題—分析問題—解決問題—總結經驗—經驗推廣”的模式進行實驗教學，使學生對每一個實驗項目都有一個全面的認識，提高其解決問題的能力。

學生在本科學習的第四年進入實訓基地學習，和校外工程導師一起參與實際項目的開發，這樣學生掌握的技能就能和企業需求實現“零距離”對接。實施以來取得了豐碩的成果并受到學生的普遍歡迎，學生在校外實訓期間參與企業各類工程集成項目多項，深受用人單位好評。

五、提高教師自身的CDIO理論和實踐能力

為了加深對CDIO的認識，并把這個理念帶到教師實際的教學和科研工作中去，要求課程組的教師認真學習CDIO的理念，同時積極參加國內組織的CDIO教學研討活動。現在很多大學教師在自己專業知識和科研方面都是專家，但在實際工程和產業中的經驗非常有限，CDIO理念要求教師不僅要具備深厚的理論功底而且還要具備熟練的實戰動手能力。在這種思想的指導下，課程組教師積極爭取學院委派到企業進行鍛煉的機會，增強自己的實際工程和產業經驗。現在本課程組教師都具有工程項目經歷。

六、結語

在充分研究與吸收CDIO工程教育理念的基礎上，結合我校的人才培養目標和教學理念，對信息與網絡安全技術課程從教學大綱的編制、教學模式的改革、實驗和實訓體系的設計，以及學生培養機制等方面進行實踐，取得了豐碩的成果。自2010年起，學生申請軟件著作權4項，在國內的各類期刊9篇，在省級以上信息安全技術相關的學科競賽中獲獎11余人次、申請省級以上大學生實踐創新和創新創業項目10項。在此基礎上，將繼續運用CDIO工程教育理念，深化課程的教學改革。

參考文獻：

[1]王天寶，程衛東.基于CDIO 的創新型工程人才培養模式研究與實踐——成都信息工程學院的工程教育改革實踐[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.

[2]林英，李彤.信息安全專業“應用安全方向”CDIO實踐探索[J].計算機教育，2010，（6）：94-97.

[3]徐劍，王學毅，譚振華，等.基于CDIO的網絡安全類課程教學模式[J].計算機教育，2012，（8）：61-68.

地理信息科學應用范文第5篇

1地理科學在科學體系中的地位

錢學森在20世紀80-90年代逐步完成了總結全人類研究的科學體系。概括起來分11個門類、5大巨系統、4項建設（圖1、圖2、圖3、表1），下面分別表述原著與解解的內容。

附圖

圖1錢學森論人類的知識體系

Fig.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen

錢學森將當今人類對科學知識的體系，分為數學科學、自然科學、地理科學、社會科學、建筑科學、軍事科學、人體科學、思維科學、行為科學、系統科學與美學11個體系。對上述人類知識體系解讀，可以將自然科學、社會科學和地理科學作為客體世界的主要研究對象；而人體科學、思維科學和行為科學作為人類主體的主要研究對象；建筑科學界于客體與主體科學之間；軍事科學實際上是指謀略科學（包括經濟、政治、軍事等），是在掌握所有科學基礎上的智慧較量；美學是縱貫于各個學科的；數學科學與系統科學是橫貫于各個學科的。因此有以下的科學分類網絡系統（圖2）。

附圖

圖2科學分類的網絡體系

Fig.2Thenetworksystemofscienceclassification

在五個開放的、復雜巨系統中（圖3），地理系統與星系系統、社會系統、人體系統、人腦系統并列，其中的物理、地理、事理、人理、腦理中的“理”都是指研究的“規律”。

錢學森提出的社會主義總體設計部（表1）中，除了政治文明建設、物質文明建設、精神文明建設外，特別提出地理建設，筆者將其修改為地理系統工程，并增加了人口、科教、城鎮、資源、災害、產業。

表1社會主義建設的系統結構（略有修改）

TablelThesystemstructureofsocialismconstruction

附圖

2地理信息科學

20世紀70年代以來，隨著航天技術的迅猛發展，來自外層空間的遙感、遙測、定位、通訊信息海量地增加；隨著計算機技術的迅猛發展，處理與解決這些海量數據的能力大幅度地提高。地理信息系統、地理專家系統、管理信息系統、輔助決策系統應運而生，使得地理信息科學首先獲得發展的機會。正是地理信息科學這門用高新技術武裝起來的技術科學的發展，帶動了整個地理科學的建立與發展。

附圖

圖3五個開放的復雜巨系統

Fig.3Fiveopencomplexgiantsystem

地理信息科學的主要內容就是天地信息一體化網絡系統，包括航天信息網絡系統（外層空間衛星之間的信息網絡）、地面的網絡系統、天地之間的網絡系統三部分，是有線網絡與無線網絡連通的一體化網絡系統。1998年筆者發表了“航天信息與地理信息一體化網絡系統及其應用”的論文[5]，2002年又發表了“論地理信息科學的發展”[6]一文。兩篇論文基本上代表了地理信息科學的創始與發展，當前各行各業都在進行數字化或信息化的建設，實際上都是天地信息一體化網絡中的部分子網絡或子系統。地理信息科學中最重要的原創性的成果是遙感信息模型與地理信息編碼模型。

隨著遙感信息的大量獲取，數學家以模式識別為工具對遙感信息進行圖像處理與分類，使用的數學工具主要是數理統計的方法，把遙感信息看成是沒有成因關系的隨機變量；物理學家則把獲取遙感的物理過程視為遙感信息的成因，因此采用反演的方法，使用輻射傳輸方程為主的數學工具，事實上不承認地理現象的不確定性；大多數地理學家將遙感信息當成系列成圖的基礎信息，快速、準確地制作系列地圖。地圖是符號系統，其信息量遠不可與遙感信息量比較，地圖學家把遙感信息轉化成符號系統的系列圖譜。遙感信息模型則是將地理復雜現象中的非遙感信息轉變為歸一化的影像信息，與遙感信息一起用方程、統計與相似準則結合，也即演繹邏輯、歸納邏輯與類比邏輯結合；確定性與不確定性（包括隨機的不確定性、模糊的不確定性、灰色的不確定性、分形的不確定性）辯證統一；圖像與方程（一個像元或一個圖斑、一個方程）耦合；抽象思維與形象思維互動而建立起來的一種地理復雜信息模型[7-9]。這種信息模型只有在遙感技術的推動下才有可能產生。這種信息模型是遙感信息與地理信息連接的紐帶。地理信息系統本來就是為了制作地圖而創建的，因此地圖學家將從遙感中提取的系列地圖存入地理信息系統，是順理成章的。但是這種地理信息系統無論空間分析功能多么強大，也不可能進行模型計算，外掛、內嵌種種方式都不可能解決直接進行模型計算問題。系列地圖存入計算機的圖形庫時，信息又是冗余的，因此帶來一系列與計算機技術發展格格不入的疑難，最為典型的是數據挖掘，數據挖掘說明存在數據庫中的信息有冗余。遙感信息模型的運算要求地理信息系統可以直接進行模型計算，由此地理信息編碼模型應運而生[10,11]。傳統的地理信息系統以圖形的疊合(Overlay)為主；而能夠進行遙感信息模型運算的地理信息系統則以像元或圖斑中的多位編碼的抽取(Extract)為主。這又是完全相反的途徑。地理信息編碼模型還是地理定量信息與定性信息轉化的紐帶，也是地理信息系統中屬性庫與地理專家系統中知識庫聯系的橋梁。

總之，天地信息一體化網絡系統是開放的復雜巨系統，研究這個巨系統的地理信息科學的內容遠遠超過了3S(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)的范圍，而是以天地信息一體化網絡系統為核心的天—地—人—機系統。地理信息科學雖然是從屬于地理科學的技術科學，但是地理信息科學的誕生與發展是引領地理科學成長的核心力量，因此本刊更名時，將地理信息科學與地理科學相提并論，突出了地理信息科學的重要性。

3地理系統工程

地理系統工程當前尚未被廣泛認識，已經認識到的也僅僅是系統工程在地理學中的應用。當地理信息科學中的模型在實踐中應用時，必然會涉及地理系統工程的可操作性。地理遙感復雜信息模型的建立，可以進行定量預報和回溯，因此為地理系統工程打下了工程的基礎。國民經濟的主戰場主要包括人口、資源、生態、環境、災害、城鎮、基建、產業等8個方面，這8個方面是互動的。中國的人口問題、西部開發問題、21世紀水資源問題、能源問題、洪旱災害問題、環境問題、生態農業問題、城鎮體系問題、基建布局問題、產業結構動態調整問題以及相互之間的協調發展問題，無不屬于地理系統工程。

地理現象是復雜現象，地理系統是開放的復雜巨系統。當研究西部開發時，如果國家各個部門各行其是，石油開發只考慮石油開采與輸送管道；交通只考慮公路建設；鐵路只考慮鐵路建設；水利只考慮南水北調問題；城鎮建設只考慮城市規劃等，那么整體的西部地區有可能產生許多事倍功半的現象，例如修了公路沒有物資運輸；城市居民結構不盡合理；勞動力與產業結構不配套等。錢學森的社會主義總體設計部就是要把地理系統工程與政治文明建設、物質文明建設、精神文明建設系統地結合起來，地理系統工程僅是其中的一個子系統。而人口、資源、生態、環境、災害、城鎮、基建、產業是地理系統工程中的子系統。人口中的數量、素質、結構、分布是人口系統中的要素；資源中的礦產資源、水資源、生物資源、土資源、大氣資源等又是資源系統中的子系統；大氣環境、水環境、土環境、生物環境、地質環境是環境系統的子系統；交通、鐵路、航運、航空、供排水、供電、供氣、供暖、電訊、電視、計算機網絡是基礎建設系統的子系統等。系統嵌套系統，分層次子系統與交叉子系統，構成完整的、開放的、復雜的巨系統。

研究開放復雜巨系統的方法，首先是將系統分解為多層次的子系統，明確其中的交叉子系統；其次是從定性到定量地確定子系統中各個要素與指標體系；第三是根據指標（相似準則）建立模型進行預測預報；最后是檢驗該巨系統的效益與效率。當前大多數是分別研究人口、資源、生態、環境、災害、城鎮、基建、產業等子系統，在一個地區全面研究區域地理系統工程的有效實例不多，區域經濟地理的研究還遠遠夠不上地理系統工程。筆者曾在2000年底提出中國水資源、水災害、水環境、生產用水、生活用水統一解決的洪水充分利用，全國水系網絡化與渤海淡化的地理系統工程，中國科技報曾進行報道，之后筆者在“21世紀黃河系統工程方略”一文中進行闡述，首先所能進行的研究是虛擬地理系統工程。全國水系網絡化與渤海淡化是21世紀的世紀工程，尚需有識之士共識，廣泛地深入研究，進一步的論證。如果沒有以高新技術武裝起來的地理信息科學的支撐，研究復雜的地理系統工程就是空想，然而所幸的是人們已經掌握了地理信息科學的許多關鍵技術，地理系統工程的實踐指日可待。

4理論地理科學

地理信息科學一方面可以進一步為地理系統工程提供研究方法與手段；另一方面又為理論地理科學提供技術基礎。從遙感信息模型發展到地理復雜信息模型再到地理數學[8]，為理論地理科學奠定了堅實的基礎。

理論地理科學中首要的是建立開放的復雜巨地理系統的理論；其次是地理類比的廣義相似理論[13]；第三是一般地理復雜模型理論與地理數學；第四是地理數學在部門地理—部門子地理系統工程與區域地理—區域地理系統工程中的應用。理論地理科學如果不能指導部門子地理系統工程的研究和區域地理系統工程的研究，那么就失去了理論意義。

如果沒有以高新技術武裝起來的地理信息科學的支撐，研究理論地理科學也是空想，然而所幸的是人們已經掌握了地理信息科學的許多關鍵技術，理論地理科學的建立指日可待。

5地理科學在可持續發展信息社會中的作用

地理學的發展經歷了“地理環境決定論”、“人類中心主義”，然后達到了地理科學的可持續發展的階段。地球上人類消耗的資源、能源是極其不平衡的，按照發達國家的水平，一個地球是滿足不了全人類的需求的。可持續發展只有在信息社會中才能實現，人類一方面需要依靠科學技術開發資源，如太陽能的利用，靠基因工程使綠色植被更多地利用太陽輻射，靠納米技術直接轉化太陽能為電能；另一方面是靠信息技術節省資源、能源，如天地信息一體化網絡系統就是信息社會的重要支柱之一，靠航天技術獲取外層空間信息源，靠計算機技術建立信息網絡。由此可見，地理信息科學在可持續發展信息社會中的作用[14]。隨著地理信息科學的發展，地理系統工程與理論地理科學的發展，將為國民經濟的主戰場做出重要的貢獻。

由上分析，可見地理科學與地理信息科學已經被廣泛共識，地理系統工程與理論地理科學的發展尚不夠充分，因此本刊更名為“地理與地理信息科學”是適時的，是既有繼承性又有發展性的；是既有前瞻性又有現實性的。在這里我們希望地理科學界的同仁，切不要輕視技術，高新技術恰恰是新理論、新應用的強大推動力。

【參考文獻】

[1]錢學森，等.論地理科學[M].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]錢學森.發展地理科學的建議[J].大自然探索，1987,6(19):36-46

[3]錢學森.就“地理科學”答《地理知識》記者問[J].地理知識，1990,(1):90-93.

[4]馬藹乃.論地理科學的發展[J].北京大學學報（自然科學版），1996,32(1):120-129.

[5]馬藹乃.航天信息與地理信息一體化網絡系統及其應用[J].北京大學學報（自然科學版），1998,34(4):533-541.

[6]馬藹乃，等.論地理信息科學的發展[J].地理學與國土研究，2002,18(1):1-8.

[7]馬藹乃.遙感信息模型[M].北京：北京大學出版社，1997.1-165.

[8]馬藹乃.遙感信息模型與地理數學[J].北京大學學報（自然科學版），2001,37(4):521-529.

[9]馬藹乃.遙感地理信息模型[J].地理學報，1996,51(3):266-271.

[10]馬藹乃.地理信息編碼模型[A].地理科學與地理信息科學論[C].武漢，武漢出版社，2000.283-302.

[11]馬藹乃.地理知識的形式化[A].地理科學與地理信息科學論[C].武漢，武漢出版社，2000.261-274.

[12]馬藹乃.21世紀黃河系統工程方略（首屆黃河論壇暨王化云治黃思想研討會）[N].黃河報（轉載），2002.