《海圖學》課程的建設與實踐

郭立新　常亮　朱瑞芳

【摘 要】由于各種歷史原因，國內目前只有少數高校開設了海洋測繪專業。與海洋測繪專業的其他主干課程一樣，《海圖學》教學一開始就面臨著師資薄弱、缺少教材和經驗等多面的困難。經過幾年的教學實踐，在課程建設策略、教學內容設置及教學方法等方面收獲了一些經驗和成果，以期通過分享和相互交流，來促進課程的深入改革和創新，并藉“重點課程建設項目”的契機，力爭創建精品課程。

【關鍵詞】海洋測繪；海圖學；課程建設

0 引言

海圖是一類國際性的特殊專題地圖[1]。它以描述海洋及其毗連陸地區域為主，反映了制圖范圍內自然對象、社會對象的空間分布、相互關系及其動態變化特征[2]。海圖學是研究海圖理論實質、制作技術和使用方法的綜合性科學[3]，是古老地圖學的一個重要分支。

20世紀60年代以后，海圖學在理論、生產技術和使用方式等方面出現了一次由量變到質變的飛躍[4]，并隨著計算機技術在海圖領域的應用，出現了數字海圖和電子海圖等產品。與普通地圖產品不同，海圖的生產、發布、更新和應用執行由國際海道測量組織（IHO，International Hydrographic Organization）、國際海事組織（IMO，International Maritime Organization）、國際電工委員會（IEC， International Electrotechnical Commission）等制定的一系列國際規范和標準[5]，如：IHO S-57海洋測繪數據傳輸標準（IHO S-57 Transfer Standard for Digital Hydrographic Data）、IHO S-52海圖內容和顯示規范（Specifications for Chart Content and Display Aspects of ECDIS， Publication S-52）等。1996年以后， 電子海圖開始全面替代紙質海圖。2010年初，為了統一的地理空間框架，IHO又發布了S-100通用海道測量數據模型（IHO S-100 Universal Hydrographic Data Model），作為下一代海道測量數據源、數字產品以及服務的標準。

依據國際慣例，海圖通常由各國海道測量官方機構（海軍）負責生產、發布和更新[6]，雖然海圖理論及生產技術歷來是海洋測繪學科研究的核心內容之一，但是在民用領域對其研究不多。新中國成立后，中國人民解放軍海軍司令部航海保證部（原海道測量部）與中國海事局（原交通部海運總局）共同承擔了我國海洋測繪的管理職能，然而由于種種歷史原因，海洋測繪形成了一個非常特別、獨立的學科體系[7]。它橫跨海洋學和測繪學二大學科，但又不從屬于兩者之一。60多年來，國內只有一所培養海洋測繪專門人才的院?！＼姶筮B艦艇學院，一個科研單位——海軍海洋測繪研究所，因而在我國民用海洋測繪領域留下了許多空白點。

隨著建設海洋強國戰略的實施，海洋測繪學科迎來了新的發展機遇。2010年，上海海洋大學開設了民用海洋測繪專業，并將《海圖學》列入專業主干課程，也因此展開了相關課程的建設與實踐。

1 課程建設策略

海洋測繪專業在上海海洋大學是一個新專業，《海圖學》和其它主干課程一樣，需要在堅持學科特色的前提下，與學校特色相結合，通過完善師資隊伍、教學環境和教材體系，改革教學模式和教學方法，提高教學質量，實現“特色、創新和務實”發展。

1.1 堅持專業特色、學校特色，合理定位和規劃海圖學課程

海圖是海洋地理空間信息的基礎載體，它與海洋漁業、海洋環境、海洋科學、海洋技術等學科專業有著緊密聯系。為了解決師資、教材等方面的困難，實現特色發展，需要以“聚焦、錯位、合作”為原則，展開廣泛的交流與合作，不斷積累學術與科研成果，合理定位和規劃海圖學課程，形成具有特色的海圖學課程體系。

1.2 提高專業教師素質和能力，保證海圖學課程建設和可持續發展

樹立專業教師“教書育人”、“愛崗敬業”的職業精神，采用人才引進，外出進修，解決缺少專業教師的困難；通過以老帶新，個人鉆研與集體討論結合、集中備課等方法，提高海圖學師資的學術水平、教學能力和科研能力，為課程建設和可持續發展打下堅實的基礎。

1.3 注重教材建設，解決海圖學課程建設的難點問題

高水平教材是海圖學課程建設的基礎，也是培育海洋測繪專業優秀人才所面臨的一個難點問題。目前，國內公開出版的《海圖學》書籍極少，距今最新的一本舊版教材已有20多年了。由于計算機信息技術的飛速發展，引領了海圖理論、技術的巨大變革，凸顯了舊版教材中“內容陳舊”、“專業面窄”、“方向單一”等問題。為此，我們參照IHO相關國際標準、國際海圖制圖師的培訓大綱，翻譯和引進部分國外教材，并融入現代海圖學領域的新理論、新技術和新方法，編寫一部適于我校教學大綱的《海圖學》教材。

2014年，自編的《海圖學講義（試用版）》已經用于本科教學。今后將加快修訂教材的體系結構，更新和完善教學內容，編寫配套的實習教材，爭取推出《海圖學》系列教材，實現課程建設的“跨越式”發展。

1.4 改革教學模式和教學方法，提高海圖學課程的教學質量

提高教學質量是《海圖學》課程建設的目標和出發點，需要以理論基礎、目標傾向、實現條件、操作程序和效果評價[8]等作為基本要素，來修訂教學大綱、課程標準、考試大綱、教學計劃等各類教學文檔，改革和創新教學模式、教學方法，完善教學總結制度[9-10]，充分利用集體討論、集中備課、發表教學論文等多種形式，交流教學經驗，不斷積累研究成果和實踐成果。在教學工作中，堅持以學生為本，重視學生的實踐活動和師生互動[11-12]，強化基礎知識、基本技能的教育，提高學生在實踐中自覺發現問題、分析問題和解決問題的能力，激發他們的創新潛能。

2 主要教學內容

《海圖學》課程具有很強的理論性和技術性。依據課程特點，通過借鑒IHO國際海圖制圖師的培訓大綱，以海圖的科學性、技術性、文化性和藝術性為主線，制訂了教學大綱和課程標準，內容涵蓋：基本知識、海圖學史、海圖學理論、海圖制圖學、電子海圖學等五大模塊，并設定了“掌握”、“知道”、“了解”等三個教學層次。

2.1 基本知識模塊

該模塊主要以概論形式介紹海圖和海圖學的定義。要求學生初步了解海圖和海圖學理論，知道海圖是海洋地理信息的基礎載體，是人類現代海上活動的重要安全保障，知道海圖國際化等基本特征，掌握海圖的功能、分類和用途，知道海圖制圖的一般過程，以及對于建設“海洋強國”、發展海洋產業、海洋科學研究、構建“智慧漁業”等方面的重要意義。

2.2 海圖學史模塊

該模塊基于現存的海（地）圖實物、考古文獻資料、古漢字等，從科學、技術、藝術（文化）的角度，揭示海圖的起源與發展進程。通過比較古代中國人和西方人世界觀的差異，介紹西方中世紀的海圖、地理大發現時期海圖、近代實測海圖、國際海道測量機構的發展，尤其是古代中國地（海）圖的起源、發展和新中國海圖的成果，使學生了解世界觀、方法論對于空間認知方法和結果的影響，知道海圖內容、制圖技術、載體形式等方面的演化特點和規律，知道空間認知是海圖始終不變的基本功能。

2.3 海圖學理論模塊

該模塊重點介紹海圖學的理論基礎——現代地圖學理論，包括：地圖信息論、地圖傳輸論、地圖模式論、地圖認知理論、地圖符號學和地圖感受論等，是教學難點之一。

要求學生知道海圖學理論與地圖學理論的關系，了解信息論、控制論、系統論是現代地圖學理論的重要基礎，掌握現代地圖學理論的主要內容，知道隨著信息科學技術的發展，現代海圖學作為地圖學的重要組成部分，正在成為一門研究利用空間圖形反映自然和社會經濟現象空間分布、相互聯系及其動態變化，并對空間地理環境信息進行獲取、智能抽象、存儲、管理、分析、利用和可視化，以及圖形和數字形式傳輸空間地理環境信息的科學與技術[13]。

2.4 海圖制圖學模塊

該模塊以海圖制圖技術和方法為主，是教學的重點內容，包括：海圖數學基礎，海圖制圖綜合、海圖符號和海圖表示方法等內容[14]。由于 “3S”技術、計算機圖形學、圖像處理等技術的發展與應用，改變了海圖數據源及生產流程，所以合并或刪除了紙質海圖的設計、編制、整飾，印刷、復制等部分內容。

在海圖數學基礎部分，要求學生知道地球坐標系與大地控制原理，知道海圖常用投影以及投影的選擇和變換原理，掌握海圖比例尺、海圖坐標系、海圖基準面等概念、海圖的分幅和編號方法。在海圖符號部分，要求學生知道海圖符號視覺變量及其對視覺感受效果的影響，掌握海圖符號、色彩和注記的設計及應用方法。在海圖表示方法部分，掌握普通航海圖的陸部和海部要素的表示方法。在海圖制圖綜合部分，重點掌握海圖制圖綜合的基本概念，以對及水系、居民地、交通線、陸地地貌、海岸、干出灘、島嶼、海底地貌、航行障礙物、助航設備等的綜合原則與基本方法，了解海圖自動制圖綜合技術的發展。

2.5 電子海圖學模塊

該模塊主要培養學生對海圖學基礎知識、基本理論和基本技能的綜合應用能力，是教學重點之一，包括：電子海圖的總體設計、IHO國際標準海圖規范和CARIS COMPOSER制圖系統應用等三個部分內容。

要求學生知道數字海圖、電子海圖系統的基本概念；掌握海圖投影、比例尺、圖幅、編號、圖名、圖廓、圖面配置的基本設計方法；知道IHO、IMO和IEC等國際性組織發布的主要國際海圖標準與規范，掌握IHO S-57、IHO S-52、IHO S-58（電子航海圖有效性檢核規范）、IHO S-63（電子海圖數據保護方案）的主要內容，知道海圖物標分類及其編碼規則，了解電子海圖符號表達、數據檢核與發布的基本知識；知道CARIS COMPOSER制圖系統的基本功能、支持的主要海圖格式，熟練掌握軟件系統的使用方法，能夠獨立編輯和輸出IHO S-57標準的電子海圖。

3 教學實踐

依據教學大綱、課程標準和教學計劃，運用課堂授課、多媒體課件演示、討論、參觀、實作、第二課堂等多種教學方法和手段，達到教學內容及層次的要求。在教學中，精講重點和難點內容；泛講相對簡單或次要的內容，并鼓勵學生自學。

3.1 采用課堂授課為主，多媒體課件輔助的教學形式

課堂授課是海圖學課程教學的主要形式。授課前，提出本次課的教學目的和要求，以及教學內容在課程中的地位和作用。精講難點和重點內容，通過合理設計問題、提出問題，激發學生的興趣性和主動性，引導學生獨立思考尋求答案，由被動的“學答”到主動的“學問”，逐步提高學生自主發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而系統地掌握教學內容。

與此同時，還要充分利用互聯網、校園網資源，通過多媒體課件、視頻短片、電子海圖系統等把抽象的概念、變化過程等具象化，有利于解決教學的重點和難點，提高課堂教學的質量和效率。如：利用海圖投影課件，能夠生動地演示出各種投影變換的變化過程和結果，使學生能夠直觀地理解各種海圖投影特征，更好地掌握和使用海圖投影知識。

3.2 應用討論式教學方式，開展專題討論，幫助學生學會學習

討論式教學有利于加強教學互動性，形成和諧的教學環境，是創新教學和幫助學生學會學習的一種重要方法。如：引入一些國際上的海圖理論和技術最新成果，組織學生開展專題討論，引導學生基于現有專業知識及唯物辯證法的哲學思想，分析學科前沿問題的背景和實質，認識海圖學理論發展的動力及其未來方向。既開闊了學生專業視野，又促進了理論與實際的結合，同時也克服了課本知識滯后于學科前沿發展的問題。

3.3 加強實作練習，提高學生的動手應用能力

組織學生實地參觀海圖生產單位（上海海事局東海航海保障中心），通過現場講解，使學生建立起感性認識，并將海圖學理論知識與生產實際結合起來。加強實作訓練，合理安排閱讀海圖、應用海圖和制作海圖等實作練習，提高學生綜合運用知識的能力。

3.4 重視課后作業，開展第二課堂教學

合理布置課后作業，鞏固課堂教學成果，拓展課堂教學內容，引導學生查閱文獻資料，培養學生自主學習、自主思考和自主解決問題的能力。

開展第二課堂教學，鼓勵和幫助學生與海洋漁業、海洋環境、海洋科學等其他學科專業相結合，參加教師的研究項目以及全國、上海市、學校組織的大學生科技創新活動。在實習、實踐中，使他們不斷開拓視野，積累科研與實際工作經驗，撰寫研究報告、論文等。截至目前，學生們已在全國、省市級大學生科技創新活動中多次獲獎，申報了多項軟件著作權，有的學生已公開發表了學術論文。

此外，為全面考察學生綜合素質，檢驗和完善課程建設成果，依據考試大綱，合理設置了考核內容、題型、分量、權重、時間及分數等，并建立了標準化題庫，嚴格了考試管理制度，形成了完整的量化評價機制。

4 結束語

幾年來，我們秉持“特色、務實和創新”思想，以“聚焦、錯位、合作”為原則，以培養海洋測繪復合型人才為目標，不斷提高師資隊伍的學術水平、教學能力和科研能力，相繼制訂了海圖學教學大綱、課程標準、教學計劃和考試大綱等一系列教學文檔，編寫了《海圖學講義》教材，進行了教學模式和教學方法的探索與實踐，保證和提高了教學質量。未來將以“重點課程建設項目”為契機，堅持改革和創新，為把《海圖學》課程建設成為一門精品課程而努力。

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[責任編輯：王偉平]