从纸质地图到数字地图，看知识传授到信息素养教育转化的必由之路

　　司空见惯的地图，从纸质到数字的变化，表面上看是纪录介质的变化，实质上是社会进入信息社会关键性的一大步。教育，尤其是青少年教育，要瞄准立德树人的战略，走上素质教育的道路，分析纸质地图到数字地图的变化，可以充分证明从知识传授到信息素养教育转换的教育的必由之路。

　　 纸质地图到数字地图不仅仅是介质的变化

　　自古以来，地图就是发达进步的标志，航海家冒着生命危险，绘制航海图，标示自己的游历路线、岛屿与大陆之间的地理关系。

　　曾几何时，大型建设项目前，决策者铺开大开张的纸质地图，运筹帷幄；关键战役中，司令员从皮包中掏出纸质地图，指挥若定；个人出差旅游，那种折叠的纸质地图也是囊中必备之物。可见地图在各行各业的重要作用。

　　无论这样的地图是印刷还是手绘、是单色还是四色、是行政区图还是地形图、是1:10000还是1:100000，它们的最突出的特征是地图的静态性。

　　数字地图是信息社会典型的标志之一，它涵盖了信息科技的各种进步。首先说信息获取，刚开始只是把传统纸质地图扫描变成像素图，现在是利用卫星、激光各种方法的遥感遥测、利用人工智能的地质地貌识别。再说数据的组织，刚开始的扫描得到的是像素图（位图），是典型的非结构化数据，很难得到语义层级的表达，很难实现自动搜索，现在通过遥感遥测和人工智能识别的地图，由位图和矢量图融合而成，含有丰富的语义，半结构化的数据、甚至结构化的数据，非常便于各种搜索。最后是呈现方式，刚开始扫描的位图，实现了在计算机屏幕上看地图，实质上和纸质的地图差别不大，现在各种结构的数据够成的数字地图，有多个图层，比如地形图、街道图、行政区图、等高线图、卫星图等，每个图层代表不同的地理属性，地形图层呈现地形特征、街道图层呈现街道和建筑物、行政区图层呈现行政区划分、等高线图层用海拔高度等高线的方式标示出高度信息、卫星图通常是卫星拍摄的位图，图层可以单独使用，也可以叠加使用。

　　数字地图的应用非常广泛，人口密度信息、人口流动信息、车流信息、交通事故及其辐射的堵车信息、空气品质信息、植被信息、水资源信息、经济信息，所有和地理位置相关的信息都可以是数字地图的一个图层，各种地理位置相关的数据可以融合在一起分析和研究，催生了一个新的学科，地理信息系统（GIS），其应用覆盖了从国土资源管理到导航，覆盖了广泛的研究和应用。

　　纸质地图到数字地图的变化还有三个本质的进步，一是从静态到动态，二是从二维到三维、三是从封闭到交互。

　　纸质地图记录的是一个时间点的状态，是静态的。但是数字地图可以是静态的、某一个时间点的状态、是脱机离线使用的，它也可以是动态的、在线的、信息是不断实时更新的，只有这样的动态特性才能呈现城市的实时人流、天空的实时飞机流、空气品质的实时变化、电力的消耗……

　　纸质地图的介质就是二维的，尽管有些绘制成立体的效果，也仍然是二维的。地理数据以经纬度为基础，但是加上高度信息就是三维的，在三维空间里加上时间轴，就是更多维度了。数字地图的矢量结构化数据组织，当然就可以按三维、甚至更高维度来呈现。在三维空间里，用户可以选择自己需要的任意角度去观察。

　　数字地图的放大缩小就是两个手指在屏幕上的往里拨还是往外拨，视线往左还是往右就是一个指头在屏幕上右划还是左划，进入一幢建筑物就是在该建筑物上连击两下，放置一个图钉、选择一个兴趣点都是一两个非常简单直观的操作，很多时候不用读手册就会操作，地理信息系统即时响应操纵者的指令，实现交互。

　　数字地图和地理信息系统带来的信息科技进步

　　数字地图测量采集方式非常多元，遥测遥感是现代常用的方法，机载或星载可见光相机、红外相机、雷达等感应设备，获取各种波长的电磁波信号，激光测距近年也广泛用于地理数据测量。依赖电子设备采集到的地理数据通常更加准确、更加密集、和更加多元，是数字地图的基础。

　　数字地图数据的组织是数字方式的，如果采集到的是结构化的数据，比如激光测距，就可以通过简单处理进入数据库，如果采集到的是非结构化的数据，比如光学照片，则需要做相对复杂的数据处理，通过人工智能提取其中一些特征，用结构化数据进入数据库，或者是建立其索引信息进入数据库。这样组织的好处是高效处理结构化数据，必要时使用非结构化数据，我们需要时可以把结构化的行政区图、街道图叠加到非结构化的卫星照片上，一并呈现。

　　地理信息系统从开发者的角度看，就是一个空间数据的管理系统，包括高分遥感影像、地址库、路网，人口、经济、资源、环境等数据，通常是三维或超过三维的。从使用者的角度看，地理信息系统就是一个地理数据的综合利用平台。使用者不仅可以浏览、搜索、编辑各种数据、还可以在线做各种空间分析，比如插值、叠加、多边形，提取等高线、等高面等，可以服务于从国土资源规划、自然灾害监测与评估、医疗教育资源配置、到道路导航。

　　数字地图的多图层叠加、动态、三维、交互和地理信息系统的平台特性，是人类信息科技进步中典型的进步。

　　地理信息系统将空间数据管理、分析和利用提高到一个新的水平，对科学发现、经济发展、技术进步和生活便利都起着基础的作用，与虚拟现实、大数据、人工智能与区块链技术一样，是信息科技进步的里程碑。教育、特别是青少年教育如何适应这样的转变是当前的关键。

　　 知识传授到信息素养教育转化的必由之路

　　传统纸质地图的测量、绘制和使用，是非常专业的工作，仅仅是读图，由于有太多特别的符号，往往需要一定的知识储备。

　　传统的为绘制地图而开展的测量是非常艰险和高度专业的工作。没有遥感遥测的年代，远航是必须的，这就是为什么早期的海图都是航海家绘制的，而航海家无图航向远方时，是冒着生命危险的行为，这就是为什么他们的另一个称号是探险家。

　　传统的地图绘制是由受过专门训练的绘图员绘制的，是技术密集型的工作。没有计算机辅助绘图工具的年代，绘图人员面对有限的测量数据和有限的工具，没有丰富的知识和经验是不可能绘出好图的，就以街道图为例，不可能都是横平竖直的道路，那些非常不规则的街道，绘制准确又好读，再加上针对不同应用场景的不同标志标记都是高难度的任务。

　　传统纸质地图的利用最基本的就是读图，图例能标示出的标记有限，地图阅读和理解，特别是一些比较专业的应用场合，比如地质、勘探、考古，关于地图的理论与读图知识，就是读图人员的基本功。

　　面向传统纸质地图相关的教育，以知识传授为主适应了当时的需求。

　　面对听起来十分复杂、操作起来由非常简便的地理信息系统，我们仍然需要知识，但是仅有知识是远远不够的，我们必须有足够的信息素养。

　　从信息素养的四个维度，信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任来分析，可以充分说明从知识传授转变为信息素养教育是时代的要求。

　　日常生活中，我们每天都面对复杂的场景、要解决实际的问题，只要这个场景和问题中，有位置相关的因素、方位相关的因素、兴趣点相关的因素，比如要规划一个工业园区、比如要了解一个地方的历史、比如要去一个地方旅游，比如要在一个位置等待一个快递。都能体现信息素养的价值和意义。

　　“信息意识”会让我们能够自觉利用地理信息系统和数字地图资源发现有价值的信息，会自觉判断不同来源地图标注的准确性，和科学决策要不要让自己的定位出现在他人可以观察到的地理系统中。

　　“计算思维”会让我们理解，一定还有其他图层、集成了其他信息，根据相同的原理、我们也可以添加我们关注的新图层，新图层和其他图层是由空间位置相关联的，计算思维还会让我们明白，起始点到目的地可能有多条不同的途径，并具有不同特性，有的直线距离最近，有的步行距离最近、有的开车距离最近。

　　“数字化学习和创新”会让我们在日常生活、在终身学习、在创新思维与实践中，充分利用地理信息系统、数字地图资源，获得生活中的从容感、协作学习与创新的幸福感。

　　“信息社会责任”让我们负责任的使用地理信息系统，尊重开发者的版权、保护自己的隐私，善意帮助其他使用人，比如使用导航系统时，及时报告一个交通事故、准确上报一个堵点，可以客观帮助了其他使用同一个系统的用户，减少了交通拥堵。

　　纸质地图曾经是一类非常重要的工具，数字地图和信息系统更是辅助人类进入了一个新的时代，信息社会青少年的胜任力需求，明确的呼唤我们的教育，一定要从知识传授快速转变为信息素养教育，实现立德树人的崇高目标。

　　（作者系北京航空航天大学教授）