地理信息系统的概念范文第1篇

【论文关键词】概念图理论基础认知结构

【论文摘要】本文论述了概念图的诸多理论基础。文章由概念图的构成要素入手，分析了认知同化学习理论、双重储存理论、认知负荷理论、图式理论、建构主义学习理论等理论的基本要义，讨论了概念图从基础理论中获取的多种滋养或支持。文章认为概念图因其理论基础的可靠和丰厚，会在教育教学实践中显示出强大的支持教学和学习的优势，并获得长足发展。

概念图是用节点表示概念，用连线及连接词表示关系的一种图示方法，又称概念构图（conceptmapping）或概念地图（conceptmaps）；前者注重概念图制作的具体过程，后者注重概念图制作的最后结果。作为用来组织和表征知识的工具（JosephD.Novak，1984），一般认为概念图包括概念（concepts）、命题（propositions）、交叉连接（cross-links）、层级结构（hierarchicalframeworks）四个基本要素。Novak所定义的概念是指事件或对象所具有的共通规则性；命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系；交叉连接是针对概念图中不同群集的概念间，找出具有相关联者，用连接线将其连接，并用连接词说明不同群集概念间的关系；层级结构是概念的展现方式，每一个附属概念应比其上层概念更具特殊性、更不一般化，不同群集的概念图可就某一概念实现超链接。故而，概念图被看作是一种以科学命题的形式显示概念之间的意义联系，并用具体事例加以说明，从而把所有的基本概念有机地联系起来的空间网络结构图[1]。

一、认知同化学习理论与概念图

20世纪60年代初期，行为主义理论未能很好地解释人是如何获得知识的，奥苏贝尔（DavidP.Ausubel）于1962年第一次提出了关于人的学习的认知理论，并在次年发表《意义言语学习心理学》一书。奥苏贝尔认为，教学就是帮助学习者进行有意义的学习活动，意义学习有两个先决条件：一是学习者表现出一种有意义学习的倾向，即表现出一种在新学的内容与自己已有的知识之间建立联系的倾向；二是学习内容对学习者具有潜在意义，即能够与学生已有的知识结构联系起来。这种联系是非任意性的、非字面上的联系，是实质性的联系，而不是牵强附会的或逐字逐句的。

奥苏贝尔认为，要促进新知识的学习，就必须要增强学生认知结构中与新知识有关的观念，要尽可能先传授学科中具有最大包摄性和概括性的概念和原理，以便学生能对学习内容加以组织和综合。奥苏贝尔认知同化理论的核心是：学生能否习得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关观念，有意义学习是通过新信息与学生认知结构中已有的有关观念的相互作用才得已发生的。这种相互作用的结果导致了新旧知识的意义的同化，因此，必须关注下列三种变量：一是学生认知结构中能与新知识建立联系的有关观念是否可利用；二是这些观念与要学习的新知识之间区别的程度如何；三是认知结构中起固定点作用的观念是否稳定、清晰。奥苏贝尔提出了组织学习的逐渐分化原则（学生首先应该学习最一般的、包摄性最广的概念，然后根据具体细节对它们逐渐加以分化）和整合协调原则（如何对学生认知结构中现有要素重新加以组合），并设计了先行组织者教学策略。组织者一般在授课的开始引入，将所要学习的材料归纳为抽象化、一般化和高度概括化的材料，既可用文字材料呈现，也可用图形材料完成。

概念图的设计和使用，可以使学生清晰地注意到自己认知结构中已有的那些对新学习起固定作用的概念，为有意义学习提供了先决条件；概念图的层级结构属性，以及用适合的关联词来说明不同层次的概念之间的关系，并确定不同分支之间的横向联系，都充分体现了认知结构的逐渐分化和整合协调原则；概念图还通过把有关方面的知识包括进来，并说明统括各种知识的基本原理，从而为新知识提供了一种脚手架，这种功用正是先行组织者所要实现的。

二、双重储存理论与概念图

双重储存理论亦称双重编码理论，由佩维奥（A.Paivio）等于1975年提出，该理论认为：人的长时记忆有表象和言语两种编码。该理论的提出基于这样的研究结论：具体性文字中的信息，比用抽象性文字传递的信息，学起来更容易一到二倍。长时记忆中有表象和言语两种编码形式，表象系统用表象材料进行信息加工；言语符号系统用言语听觉、抽象概念或命题的形式进行信息加工。这两个系统都是以不同方式高度组织起来的系统，既相互独立，又互相联系，一个系统的活动能够引起另一个系统的活动。表象系统以表象代码来贮存关于具体的客体和事件的信息，构成了非言语思维的表征方式；言语系统以言语代码来贮存言语信息，具有听觉-运动性质。表象编码更适合加工具体的信息；言语编码更适合加工抽象信息；言语编码是有序加工，即把言语单位组织到一定顺序的结构之中；表象编码似乎是空间加工，即把原始的表象组织到复杂的结构中。Paivio认为，这两个系统并不是静止的，而是能转换和控制信息，以满足各类任务的要求。在一定条件下，表象编码和言语编码可以互译，言语编码可以通过译码以感性形象再现，表象编码也可用言语形式贮存起来，双重编码理论得到实验证实，已为大多学者所接受[2]。双重储存理论有着较重要的教学实践意义。如果教师在教学中提供视觉映像，要求学生在阅读每一句子时，在头脑中想象其情景，可以有效提高学生阅读保持的技能。故而，要取得最佳教学效果，最好是要求学生在阅读一段文章之后，想象其情景。

三、认知负荷理论与概念图

信息加工理论通过其他学科使用的方法来勾勒有机体内部的信息流程图，以这种方式研究学习过程的最有成效的成果之一，即是人类加工信息能量有限论。这一论点原是从电话通讯系统模式中产生的，一根电缆在某一时刻只能从事那么多的通讯系统。由此认为，人的信息加工能量是有限的。Broadbent（1971）认为，一个人在每一时刻只能加工数量有限的信息，如果一组任务的总体要求低于通道能量，那么一个人就能同时完成不止一个任务了。另外，为防止能量有限的通道拥有过多的刺激，惟有成功地通过过滤器的信息，才能被允许进入能量有限的通道。

Waugh和Norman(1965)认为，短时记忆的信息储存在槽道里，当槽道被信息全部占据后，新输入的信息就极有可能挤掉最先进入槽道的信息。信息不断输入，这种替换就不断发生，而短时贮存空间始终保持着有限性。Miller认为，每个槽道只能放进一个组块，组块数必须与槽道数吻合，否则，多余的组块进不了短时记忆的有限贮存空间，或者新的组块将替换最先进入槽道的组块。Klatzky(1975)将短时记忆比喻为一个工作台，它包括工作空间和贮存空间，工作台既可以用来贮存各种项目，也可以用来对有关信息进行加工操作。Miller提出短时记忆的容量为7±2个组块。所谓组块，就是在记忆中把许多小单位组合成较大单位的信息加工过程，这意味着，如果把一些信息组织成块，就可以大大提高记忆能力。

认知负荷理论对教学实践的启示非常明确，为了尽可能使学生在短时间内学习较多的知识，我们必须把知识组织成有意义的块状，以减少机械学习。从认知负荷理论来看，概念图对知识的细化与整理缩减了冗余和重复的信息，大大减轻了工作记忆的负荷。同时，概念图将零散的概念组织成一个新的有意义的整体，也就形成了新的组块，这个新的组块的大小比原来的每一个小的组块的信息量都要大很多，从而在工作记忆存储容量有限的情况下，增加了工作记忆的信息量，为思维过程的加速提供了良好的条件。

四、图式理论与概念图

图式是将大量的信息组织进一个有意义的系统结构，把表征一块块信息的命题组织成一个和谐的整体需要有一些较大的信息单元。图式就是指明某个概念、技能或事件应该具有的标准式样或应该采取的步骤。图式理论所研究的就是知识是怎样表征出来的，以及关于这种对知识的表征如何以其特有的方式有利于知识的应用的。

图式将信息组织起来，使得人脑中的信息不再是杂乱无章的。就像图书馆中的分类目录可以帮助很快找到有关书籍一样，图式可以使人们将有秩序的信息回忆起来。图式有助于编码，因为图式给新学的内容添加了细节，使之变成一个有意义的结构，而且不管编码效果如何，图式都有利于回忆，因为图式的主要优势在于提取信息而不是编码。图式还可以突出重要的信息，在学习新材料时，学生一般总试图把信息放进图式的空间里。不太重要的或可以不用的图式元素可以学也可以不学。

从图式理论来看，概念图能够很好地重现学习者的认知图式，能够激发学生更好地、更多地、更快地将大脑中的知识结构以可视化的方式呈现出来。据此，概念图的制作可被理解为建构学习者所观察到的客观现实世界的一种图形表征，成为一种影响和引导学习者元认知的工具。

五、建构主义学习理论与概念图

在建构主义者看来，学习是认知结构的改变过程，同化和顺应是学习者认知结构发生改变的两种途径或方式，使学生完成意义建构是学习过程的最终目标。学习是个体主动建构自己知识的过程，学生是知识意义的主动建构者，学习是一种个体对现实世界创造性的理解过程，而理解是一个意义赋予的过程，学生必须根据自己的知识经验对建构对象作出解释。据此，概念图的图示结构强调学生对知识的构建，着重考察学生对哪些概念有误解或理解不完全，或有缺陷，以及学生是如何组织知识和理解知识的[3]。概念图作为一种隐性知识显性化的工具，可以实现学生与学生、学生与教师之间知识的概念交互[4]。

概念图正因其理论基础的丰厚和可靠，在教育教学实践中显示出强大的支持教学和学习的优势[5]：作为教学工具和教学策略、学习工具和学习策略的应用渐趋成熟（Novak，2002）[6]；表现出提高信息加工能力、提高绩效及提升元认知能力等价值。随着概念图研究和实践的深入，研究者正从多个层面推动其更多价值的实现，其工具价值、技能价值、策略价值等还将会获得长足发展。

参考文献：

[1]朱学庆.概念图的知识及其研究综述.上海教育科研，2002(10):31-34

[2]施良方.学习论.北京:人民教育出版社，1994

[3]张倩苇.概念图及其在教学中的应用.教育导刊，2002(11):25-29

[4]尚卫平,裴纯礼.利用概念图工具促进远程学生有意义学习初探.现代教育技术，2005(5):33-36

地理信息系统的概念范文第2篇

关键词：本体 信息检索 搜索引擎

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0043-01

1 引言

随着信息技术发展与应用的不断深入，网络已经成为世界范围的信息源。与之相伴的是信息检索问题，怎样实现在海量网络信息中获取符合用户需求的信息，是信息检索界亟待解决的课题。本文以图书信息的查询为例，从而极大地提升图书查询的准确性和效率，使图书馆能够为用户提供更高品质的服务打下基础，本文的成果具有比较好的理论价值与实践意义。

2 本体技术概述

本体是以系统化的方法来描述客观世界的事物，从而能够实现事物中所包含元素的集成和重用，从而将信息抽象为知识。在对事物的描述中，本体将所有的事物分解为不同的概念，并准确地定义概念之间的逻辑联系。当前，作为一种信息技术的实现方法，本体论在计算机领域中具有比较重要的价值与意义，正在一些领域有着比较广泛应用，包括语义网络的实现、智能搜索的设计、异构数据的整合、以及GIS系统和图书馆的数字化等。在这其中，语义网络的研究和应用是一个热点。

3 基于本体的信息检索设计与实现

3.1 系统框架设计

结合目前应用比较广泛的B/S的结构体系，本研究所涉及的信息检索结构分为三个层次，下面分别进行阐述：（1）应用层的设计。在基于本体的检索系统中，应用层的功能是处理用户需求，实现用户和系统的交互。在应用层中，通过用户界面的表单来处理用户所输入或者选择的查询请求，对请求的格式进行初步处理之后传输至逻辑层进行进一步的处理，并将由逻辑层传输到本层的检索处理结果向用户显示。（2）逻辑层的设计。逻辑层是检索系统对查询和检索结果进行处理的核心部分，主要功能有：用户查询的生成、用户查询条件的表达、用户查询的执行。逻辑层的设计成股份考虑到了检索内容的本体模型与查询处理之间的匹配。（3）数据层的设计。数据层的功能是对系统的数据进行存储，针对本文所研究的图书信息而言，将会为所有的图书数据构建一个基于本体的数据库，本研究选择的是sql server数据库。在数据库中，结合本体库知识对所存储的信息以及信息之间的联系进行标注，从而使图书信息能够以本体的规范进行存储，以便查询。

3.2 检索方法的设计

当前，无论是基于哪一种搜索引擎，具体的检索结果往往难以保证足够的查全率和查准率。其核心原因在于：首先对没能准确地表达用户的查询需求，导致信息系统难以精确地把握查询需求；其次是系统是以机械匹配的方式来处理用户所输入的检索关键词，因此没能对所查询的语句进行必要的扩展。所以本研究所涉及的基于本体的检索方式的设计基本思路为：（1）基于本体对于事物的描述，首先对用户所输入的查询条件进行整理和优化，把其查询条件进行转换，使之能够体现为本体的概念以及本体元素之间的联系。（2）结合本体的信息处理模式，对转换之后的查询条件进行概念上的扩展，最终形成符合本体属性和特点的查询式，开始查找，并得到结果。

3.2.1 基于本体的检索优化方案设计

此处将用户查询条件所属的原始概念空间定义为{C，R}，在该空间中，C的涵义是查询条件所包含的全部概念项，R的涵义是全部概念项之间所拥有的逻辑关系。在本体的设计理念下，本研究把检索优化的步骤定义为（1）把概念项空间C里用户的查询概念进行转化，使之成为本体类型的概念，从而构建基于本体的概念；（2）结合查询概念之间的逻辑关系R，对查询条件进行逻辑转换，从而构建符合本体模式的优化概念空间。

在（1）中，首先设概念项空间C里所包含的概念项是（C1，C2，C3，C4，C5……），针对里面的所有概念项，在已经构建的本体知识库里搜索与这些概念项匹配的概念，所有的同义词以及词性变换均能够生成新的记录，以（Ci，Oi）表示。记录中，Ci的涵义是概念项（C1，C2，C3，C4，C5……）中的一个元素，Oi则表示图书信息本体里和Ci匹配的概念，可知在这样的模式之下，每一个概念项均可能有多个与之匹配的概念，而所有的匹配概念最终形成新的概念集O。当前概念相的匹配完成之后，则进行针对查询条件的逻辑转换，最终通过一套逻辑转换规则形成新的逻辑关系。

3.2.2 检索的语义扩展

在对用户的查询条件进行本体话处理之后，有可能会出现无法找到与之匹配的概念的情况，这时候需要对检索进行语义的扩展。扩展的目的是从一个概念延伸到其他概念，以及从一个属性眼神至其他的属性，从而实现查询的准确率。语义扩展包含三个方面，分别是同义词的扩展、子概念的扩展以及父概念的扩展。下面进行详细的阐述：（1）同义词的概念扩展。在中文的表述中，同义词的普遍存在的。相同的检索条件可能有多种不同表述方法，此时需要以同义词的扩展来达到检索的准确率。在本体库的构建中，将属于同一概念的所有表达方式进行标记，当收到用户的检索请求以，系统执行“或”运算，得到所有的同义词并集，提高查全率。（2）子概念的扩展。通过以更加贴近用户查询条件的子概念看来表达检索，从而将检索结果定位在更加精确的领域。举例来讲，用户搜索图书信息时，如果输入“通信介质”作为查询条件，未能看到满足要求的检索结果，此时根据本体知识的架构，通讯介质又可以包含以下的子概念：如光纤、同轴电缆、微波等，通过子概念的扩展，实现信息检索的查准率。（3）父概念的扩展。与子概念相反，父概念的扩展指的是将查询条件的上层概念来替换用户所输入的查询条件，从而实现结果的扩展。举例来讲，如果输入“工作站”作为查询条件，未能看到满足要求的检索结果，此时根据本体知识的架构，工作站的父概念包括网络硬件、局域网节点等，从而达到更好的查准率。

4 结语

本文结合当前信息检索所存在的不足之处，以图书馆信息检索为例，引入本体技术来构建数据检测和索引优化的科学方法，通过构建图书信息的本体属性架构，实现了复杂语义信息的表达和识别，从而在很大程度上提升了图书馆信息查询的效率。

参考文献

地理信息系统的概念范文第3篇

关键词 概念图;信息技术教学;信息素养

中图分类号：G633.67 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）21-0031-04

1 前言

在“苏州市2008年在线课程培训”中，笔者接触到概念图及Inspiration工具，了解到了一些相关知识，并在教学中尝试应用概念图。在实际应用中，觉得概念图对信息技术有效教学的实施有一定的帮助，对复习学业水平测试中的基础理论知识也非常有效果。

新课程的目标是提高信息素养，而在信息技术的一些知识概念课的学习中，往往由于授课方式的沉闷，导致学生基本没有兴趣学习这些知识，使得新课程下信息技术有效教学实施面临困难，事实上并未有效地提高学生的信息素养。本文希望通过对概念图应用的探讨来改变教师和学生对信息技术有效教与学的理解，更好地提升学生的信息素养。

2 概念图应用于教学的理论依据

概念图是指一种用来组织知识概念之间联系的工具。它是以图解的方式，直观地将某个主题的概念和概念之间关系表征出来的一种呈现方式。概念图构图时通常先将某一主题的有关概念置于圆圈或方框中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念间的意义关系，这样就形成了关于该主题的概念或命题网络。

由于信息技术学科的知识点比较零碎，教学中涉及的概念也较多，通过绘制概念图将知识形成一个彼此联系的知识网络，有利于学生的理解和记忆，是信息技术有效教学的一种好方法。例如，在讲“域名与IP地址”时，知识点比较零碎，学生对一些概念的内涵和外延认识不很明确，笔者给学生提供一串名词如域名、IP地址、DNS等，让学生区分概念范围的大小，绘制概念图（如图1所示）以明确概念。实践证明学生通过绘制概念图，将知识形成一个彼此联系的知识网络，对这些概念也有了多层面的理解和记忆。

3 概念图在高中信息技术有效教学中的应用案例

案例背景 本案例是新课程体系下高中信息技术选修课网络技术应用的一个教学案例，具体内容为普通高中课程标准实验教科书《网络技术应用》（选修）第三章第一节“网络的功能与构造”。案例运用“概念图”组织实施有效教学。

教学设计

1）教学目标。

①知识与技能目标：了解网络的功能;了解构成网络的主要硬件、软件;使学生进一步认识网络。

②过程与方法目标：通过“概念图”直观、系统地表征本节内容，使得学生能够清晰地掌握相关概念的关系，完成教学目标。

③情感态度与价值目标：激发学生学习信息技术的热情，培养从基础学习起，从基本理论概念掌握起，有理论的支撑，才能进一步认识网络、应用网络，并促使学生主动地学习，积极参与信息整理与加工的学习态度。

2）内容分析。信息技术新课标中提出：“普通高中信息技术课程的总目标是提升学生的信息素养。”学生如何“学会根据需求合理网上学习，能够自觉维护网络安全等”是非常重要的。所以“网络的功能与构造”是必备的基础知识，让学生全面系统地了解“网络的组成;常用网络连结设备如何连接;怎样管理网络;网络的基本功能;了解网络的分类”等，才能高效地利用网络。

教学重点：掌握网络的分类、网络的功能;了解网络的主要硬件和软件。

3）学生分析。学生的学习信息技术的兴趣很浓，大部分学生基本上都能通过网络获取他们所需求的信息，都可以打开“搜索引擎”来查找想要的信息，但他们对网络的认识很少。所以，要让学生从认识网络的基本理论开始，让他们较为系统地了解身边的网络，让学生通过联系实际来提高对知识概念的认识和理解。

4）教学策略设计。本节课通过讲授法，用“概念图”的形式来组织实施，并且让学生了解和认识“概念图”。

教学流程：将本节课的知识用“概念图”来呈现出来，对各个知识点逐一讲解，在讲述完后，再回到“概念图”中进行小结，使学生做到掌握相关知识理论，心中有图，能够脱离书本。

教与学的实际过程描述 “同学们都爱上网！这个‘网’到底是什么呢？” 这个问题一下子吸引了学生的注意力。“我们通常上网时，用浏览器Internet Explorer，Internet是什么呢？接下来我们就来学习。”接着，将Internet概念图（如图2所示）呈现出来，使学生对Internet的认识有了一个更直观的理解。

从概念图上看，Internet（国际互联网）是一组全球信息资源的汇聚，Internet是由于许多区域网络互联而成的一个逻辑网，每个网络中连接着若干台计算机或子网络。那么“什么是网络呢”“网络有哪些功能呢”“网络由哪些设备组成呢”“网络中的设备是怎样连接的呢”“网络又是如何工作的呢”等一些问题的提出，这些问题相关的知识采用“概念图”（图3～图5）以投影的方式来呈现。

接下来对上面的问题对照概念图有条理地进行解释。

1）网络的主要功能（如图3所示）是数据通信（如电子邮件往来、ATM取款等）、资源共享（如机房里面共享的网络打印机、电影游戏资源等）和分布处理（大型软件的开发等）。

2）网络按覆盖范围来分（如图3所示），分为广域网、局域网、城域网，从概念图中可以得知它们的应用领域和地域范围。

3）网络由网络硬件和网络软件组成。从概念图中可以清晰得知网络硬件（如图4所示）是指的服务器、工作站、传输介质和通信连接设备（路由器、交换机等），并指导学生识别学校机房里面硬件设备，比如机房里面交换机、双绞线等。

4）网络软件（如图5所示）。网络软件主要由网络操作系统和网络应用软件组成。网络管理员通过网络操作系统进行统一的管理和控制;普通用户通过网络应用软件来使用网络资源，网络应用软件的结构有两种：客户机/服务器（C/S）和浏览器/服务器（B/S），一般情况下上网在IE中操作的是B/S结构，而C/S需要安装客户端软件，像一些远程控制、监控等。

解释了这些问题之后，通过对“网络概念图”知识理解，并总结得出网络的概念：“网络是由两台或两台以上的计算机通过网络通信设备连接起来所组成的系统，计算机间可以进行数据通信、数据共享及协同完成某些数据处理工作。”

最后，再回到“概念图”（图2～图5），让大家回顾本节课的知识内容及这些内容间的联系，加深对网络基本理论的理解和掌握，使学生进一步认识网络。

教学反思 教师利用概念图进行有效教学，其实绘制概念图的同时就是备课的过程。通过绘制概念图，可以清晰地知道本节课的教学内容、各个知识点之间的联系。在教学中需要考虑到的问题和知识点都可以在概念图中表示出来。

从学生接受来看，像本节课这样的概念比较多的课，如果单纯靠概念的罗列，很容易让学生感到枯燥、乏味，甚至厌倦，更糟糕的是学生最终还是弄不清概念之间的联系，从而很难实现教学目标;而利用概念图使学生可以非常形象地看到每一个概念之间的关系，促进有效学习，提高学生对概念的认识，从而真正地做到有效教学。

4 结束语

概念图不仅形象系统地再现了课程知识的理论体系，有助于有效教与学的实施;而且使学生能够正确地分析和比较学习的知识概念。因此，将概念图作为实施有效教与学的工具应用到实际教学中，提高了学生的学习情趣，减低了学生认知的难度，提升了教与学的效果。这种教学方式能够有效地促进教与学，真正将新课程“提高学生的信息素养”的目标落到实处。

注：文中的概念图是笔者使用Inspiration Trial Edition

7.5b（概念图绘制软件）工具绘制。■

参考文献

[1]赵俊莉，赵冬生.概念图在信息技术课堂中的应用[J].现代教育技术，2005（15）.

[2]李，杨威.概念图在高中信息技术课程教学中的应用研究[J].中小学电教，2008（1）.

[3]袁维新.概念图：一种促进知识建构的学习策略[J].学科教育，2004（2）.

[4]赵俊莉，赵冬生.将概念图引入信息技术课堂[J].中小学信息技术教育，2005（7）.

地理信息系统的概念范文第4篇

关键词：数字地球 电子政务 信息共享 数据挖掘

一、数字地球及其相关概念

在目前这个高速信息化的进程中，信息技术正在深刻地改变着人类社会的方方面面。作为信息技术的基本要素，数据正如决堤之水，汹涌而来。然而相对于数据的迅速膨胀，人们利用数据的能力则十分局限。一方面是浩如烟海的数据不断扩张，另一方面则是决策信息的十分贫乏，造成这种结果的原因是数据整合共享的能力不足。数字地球就是针对这种情况提出的解决方案。数字地球这一概念由美国前副总统戈尔于1998年1月首先提出[1]，旨在通过数字地球的宏观架构，将各种数据无缝集成到一个统一的整体框架中，实现信息的时空集成、立体表示和智能利用。陈述彭曾指出，数字地球的核心是用全盘数字化的信息获取、存储、传输与处理技术，去控制和操纵全球性的事务[2]。以此为发端，世界各国掀起了轰轰烈烈的数字地球建设热潮。数字地球计划不仅意味着信息化的巨大进步，同时也意味着信息时代面临新的国家安全战略挑战――数字地球必将对信息时代的全球战略格局带来深远的影响。面对这一挑战，必须认真研究数字地球，并积极参与到数字地球建设的实践中去。为此，我国相继提出了“数字中国”、“数字城市”、“数字流域”等的构想，为新形势下的信息化事业开创了一个全新的局面。

从数字地球的处理技术流程看，可以分为数据的获取、存储、传输和处理等环节；从数字地球的体系结构看，可分为数据层、应用层和服务层；从数字地球的实施步骤看，可分为数字城市、数字省、数字国家、数字区域和数字地球几个层级[3]。可见数字城市、数字中国是数字地球战略架构中的基础实施步骤。

二、电子政务与数字地球的关系

从戈尔对数字地球的描述中可以看到，地理空间信息（或称历史地理空间信息）构成了数字地球的时空骨架，而各种应用信息则构成其肌体。政务信息资源可以说是数字地球肌体中的神经网络体系，是其中最为精彩的应用信息。数字地球就是要将空间信息与其他各类信息实现无缝整合，实现各类信息的综合共享。只有实现了地理空间信息与其他各类应用信息的无缝整合和全面共享，才能让人们乘着“数字魔毯”自由飞翔，才能随时伸出“数字手指”获取任何想要的信息，并藉此驱动信息的运动。可以想象，借助“数字魔毯”和“数字手套”的帮助，政府首脑、各级领导和政府公务员实施政务决策和政务处理，是何等高效、准确和科学？因此，数字地球是电子政务的美好前景，而电子政务是数字地球的重要组成部分。

数字地球的数据模型是由基础数据与各种专题数据、领域应用数据组成的层次体系，政务数据可以认为处于这个层次体系的最顶层。在数字地球这个信息层次体系中，要实现各类信息的无缝整合和全面共享，既要实现水平层内的信息片整合，还要实现垂直方向的信息层间的整合。整合后，当这个数字地球的立体层次体系中的任一点触发了任一应用的活动时，则可根据活动目标随意调用需要的相关应用功能，敏捷地形成业务线，并迅速装配该业务线所需要的功能组件，调用各应用需要的各类数据资源，进行自组织有序的运算，将运算结果展现出来，构建虚拟可视场景，形成虚拟决策场景。政务处理实际上就是由一系列的决策构成的决策流，在数字地球所提供的虚拟场景中，决策流可转化为连续的虚拟决策场景的变换。这样的虚拟政务决策场景变换，使得政务决策过程实现了真正的数字化，而且可以最大限度地保证实时性。支撑虚拟政务决策的所有信息都来自后台复杂的信息监控、采集、集成、融合和处理等过程。这样的数字决策显然是最为科学的，同时也是最为高效实时的。

是各种社会活动的高级形态。以其他各类活动为依据，是一个处于社会运动形态顶层的人类综合决策运动。要综合应用各类活动的信息，力图使决策活动更加全面合理和高效。政务的信息表达形态即电子政务，在数字地球的总体框架中属于高端应用，它要以各类信息资源为支撑，是一个典型的复杂系统。由于政务信息资源是国家信息资源的核心部分，对于国家信息安全关系重大，因此，安全是首要的考虑因素。在数字城市、数字中国的战略中，信息安全体系是最为重要的保障性体系。政务信息资源的安全性要求，必须在数字城市、数字中国的整体框架中得到切实的解决。

三、电子政务信息共享面临的困难

信息整合和共享是实施数字地球计划的关键技术，也是目前世界各国研究的焦点问题之一。要实现信息共享，就要解决以下五个层次的问题：首先要解决数据之间的集成、融合问题；其次要解决应用间的互操作问题；第三要解决业务间的协同工作问题；第四要解决组织间的任务协调分配问题；最后要实现绩效评估标准的统一。对于各个层次，构建相应的标准体系，提供集成、融合、互操作、协同和协调的接口标准和实施机制标准，是行之有效的措施，因此，越来越多的研究集中在标准化体系开发领域。但是，随着研究的深入，人们发现概念及概念间关系的复杂性，是实现信息共享的关键障碍。任何事物，都必须抽象为概念，才能实现数字化。也就是说，现实世界中的事物，必须经过人脑抽象，与概念世界中的概念进行对应，才能转化为概念世界中的元素，而只有概念世界中的元素，才有机会在数字地球中出现。由于现实世界事物间的联系是普遍的，因此，概念之间的联系也是普遍，这种概念间联系的普遍性，可以用概念间关系网络来形象地表示。如果人们对现实世界事物与概念世界中概念元素间的对应关系理解不一致，那么概念所对应的元素与现实世界中的事物就会根本不同，就根本不可能在数字地球中做到信息的共享，最后将导致数字地球的虚妄性。因此，构建一个全球各行业各领域共用的概念网络，是数字地球研究的当务之急。

作为数字地球层次体系中的应用层要素，电子政务层既要实现同层内的信息共享，还要实现与其他层次间的信息共享。特别是由于政务处理本身就是综合决策过程，因此，信息共享显得尤为重要，而构建电子政务信息共享的概念网络体系就是电子政务研究的关键问题。这个概念网络体系叫做概念模型。

信息共享的难点在于概念的语义异构和语法异构。语法异构主要是因为不同信息团体对概念的使用方法不同所致，而语义异构是由于对客观事物本质的认识差异所致。因此，语义异构问题是影响信息共享更为根本性的问题。为了解决概念的语义异构和语法异构，研究人员尝试了各种方法，其中最具成效的莫过于本体论方法。电子政务信息共享可划分为数据模型、应用协同机制、职能边界确定、政务分类、绩效评估等层次。技术、规范和安全等标准体系是电子政务信息共享的关键支撑环境。不同层次应该具有相应的信息共享模型体系，这些模型体系相互之间具有一定关系，它们共同构成一个统一的电子政务信息共享模型体系。这个统一的电子政务信息共享模型体系首先要采用一套共享的概念体系来构建，即概念模型体系，用以支持电子政务的语义信息共享。在这个概念模型体系支持下，电子政务语法信息共享才可能正确实施。这个概念模型体系，用本体技术来构建，就是电子政务本体。由此可见，电子政务信息共享本体，即e-Gov Ontology，是电子政务信息共享研究的关键课题。有关本体的知识，受篇幅所限，这里不做详细介绍。

电子政务信息共享的目的是为了提供统一、高效的政务服务。服务是电子政务的核心理念，一站式服务是电子政务所追求的目标。一站式服务需要集成、整合和共享全社会所有的政务资源，需要最大限度地降低资源的冗余存储，需要保持政务资源的一致性，需要所有政务处理系统提供高效的互操作机制，而这些技术正是电子政务服务模型所需要面对和解决的关键问题。因此，在此将前述的电子政务信息共享模型更一般地称之为电子政务服务参考模型，电子政务的服务参考模型用本体技术来表达，就是电子政务服务本体。电子政务服务本体，是解决当前迫在眉睫的电子政务信息整合、共享和互操作的有效方案。

此外，数据必须经过优选、深加工才能成为有效信息；信息再经过科学的深加工过程，才能增值，升华成为知识经济的要素[2]。数据挖掘是“数字地球”战略至关重要的环节，也是最薄弱、最有发展潜力的环节。数据挖掘的目的是从浩如烟海的数据和信息中发现和突现知识，而知识才是决策支持的真正力量源泉。数据和信息必须经过知识化处理，才能真正被高效利用。由于电子政务本身就是一个决策过程流，数据挖掘对它来说具有非同寻常的意义。然而，数据挖掘长期以来一直是电子政务面临的巨大难题。其中一个重要因素，就是政务领域的知识模型问题。只有在科学合理的政务领域知识模型支持下，才有可能进行客观有效的政务数据信息挖掘。但是，由于政务领域的复杂性，其领域知识体系不仅涉及范围广大，而且充满了不确定因素。据此，可以推断，政务领域知识模型将是电子政务建设所面临的又一个巨大挑战。

四、基于3S的电子政务应用

遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是实现数字地球的核心技术支撑，如果没有3S技术（上述RS技术、GIS技术和GPS技术的简称），数字地球就根本无从谈起。因此，从数字地球的视角来观察电子政务，我们首先就会想到基于3S的电子政务应用。陈述彭院士在《遥感应用与数字地球》一文中认为，数字地球是遥感应用功能的延伸，可将其分为五个步骤：数字化、信息化、知识化、再现、决策[4]。RS的主要作用就是获取数据，实现对地球观察的数字化；而信息化则是从海量数据中提取有效信息的过程；知识化是通过各种专业应用模型，从有效信息和数据中凝练出规律；再现是通过虚拟仿真，重建自然或社会的历史过程，延伸和预测未来发展趋势，提供可能的解决方案；最后一步是决策，则是指由决策部门、集体或个人审时度势，对多种方案做出取舍。政务过程集中表现为决策过程，它要以数据化、信息化、知识化和再现等步骤为前提和基础。GPS技术主要是提供地理定位支持，这对于基于位置的政务服务具有重要的支撑意义。GIS技术的作用就在于实现数据的信息化管理，并在领域知识模型的支持下，尽可能地从信息和数据中凝练出知识。此外，GIS也将承担决策场景虚拟再现的任务。由此可见，GIS技术对于数字地球框架中的电子政务的实施具有深远意义。

据统计，80%的信息资源是与地理要素有关的。因此，与地理要素有关的政务是电子政务的重要构成部分。自然资源管理、环境管理、城市建设、地籍管理、交通运输、国土安全等与地理要素直接相关的自不必说，即便是看起来与地理信息最无关紧要的办公自动化系统，也可以将GIS的图层方法引入，形成基于图层的公文批示解决方案。可以这样说，只有实现了基于3S等技术支持的电子政务，才可以认为是真正的电子政务。换句话说，只有在数字地球的框架中实施的电子政务，才可称之为真正的电子政务。而GIS等技术也只有作为普通工具应用于包括电子政务的各类专业应用系统中，才可以焕发出新的生机。

五、结束语

数字地球的体系结构是一个多层次系统，其中的数据层和应用层也是一个多层次体系。电子政务信息资源处于数据层次体系的顶层，而电子政务应用也处于数字地球应用层次体系的顶层。电子政务是数字地球框架中的高端应用系统，也是数字地球的重要服务目标之一。在数字地球框架中的电子政务才真正体现了信息社会中的政务决策形式，这一认识思路也许会对健康、有序、正确地推进社会信息化建设向纵深发展起到一点积极作用。

参考文献：

Gore A L.The Digital Earth：Understanding our planet in the 21st Century[R]．California，1998

陈述彭．“数字地球”战略及其制高点[J]．遥感学报，1999，3（4）：247-253

李琦，杨超伟．“数字地球”的体系结构[J]．遥感学报，1999，3（4）：254-258

陈述彭．遥感应用与数字地球[EB/OL]．[2007-05-22]．nrscc.省略/mj/mj2.asp?num=706

作者简介：

李海军，男，北京大学遥感与地理信息系统研究所博士生，主要研究方向为电子政务与数字城市。

地理信息系统的概念范文第5篇

[关键词]概念模型　信息系统　用户　理解　沟通　实验室研究

[分类号]N945.12

概念模型通过一套正规化的符号语言描述现实世界，是信息系统开发中记录系统需求的重要工具，如E-R图、数据流程图、UML等。记录的系统需求成为项目中各方沟通的媒介：系统分析员与用户沟通以确认系统需求；系统开发人员间沟通开发细节。显然，两方面沟通均有效才能保证开发出符合用户需求的应用系统。而以往研究多关注系统开发人员间的沟通，忽视了与用户的沟通。

当前，用户参与需求分析愈加被重视，有效的用户参与被认为是系统成功和用户满意的有力保障。Davies等人的调查表明，与用户的沟通有效性超出其他技术和管理因素，成为概念模型使用中最重要的问题。然而还缺乏直接的研究和证据解释概念模型在与用户沟通中的作用机理。

鉴于此，本文将以概念模型与用户沟通过程中的认知特点为基础，分析和解释概念模型影响沟通效果的作用机理，并通过实验室研究方法获得数据支持。

1　文献回顾

1.1　概念模型的沟通有效性

基于概念模型的沟通效果本质是阅读者正确理解模型中信息的程度，可以定义为阅读者正确掌握的信息量与模型全部信息量的比率。但信息本身具有不同的类别，近年来研究中多依信息类别将理解效果划分为不同的维度，以深入分析模型对沟通有效性的影响。如Agarwal等根据信息组成分为简单信息(仅包含基于结构的或基于过程的信息)与复杂信息(包含两类型信息)，研究发现开发人员使用面向过程的概念模型理解复杂信息显著优于面向对象的概念模型。而在简单信息理解方面无显著差异。

理解效果的维度，即信息类别的划分不存在统一的标准，主要依研究目的而定，如上述研究中的信息分类是为了寻求信息结构与模型结构的匹配。

1.2　概念模型理解效果研究

阅读者理解模型中信息的过程是概念模型与阅读者个人交互的过程，因此分别受到模型特点及个人特点两方面因素的影响，如图1所示：

对于模型因素，以往研究发现了一些好的品质，如信息完整性、清晰性等。满足好品质的模型能够提升理解效果，如Gemino等通过实证研究验证了本体论语义更清晰的模型更利于理解。

个人特点中的因素关注较多的如个人经验、知识。经验越丰富，知识储备越充足，个人理解效果必然越好。如Khatri等的实验室研究验证了开发人员所具有的模型技术知识以及应用领域知识对阅读效果的影响作用。

然而，这些研究能够回答的现实问题很有限。首先，用户具有高的应用领域知识水平及低专业技术知识和实践经验，现有研究对这样的复合因素组合的情况难以解释。此外，除了模型特点中的“好品质”，不同的模型仍然存在其他差异影响阅读者理解过程，但作用效果可能因人而异。如有研究发现相对于面向对象的建模方法，面向过程的模型更利于开发专家全面识别信息，而对开发新手不存在这样的差异。因此，本文将根据用户整体的认知特点分析其与概念模型特征的交互关系。

2　理论与假设

2.1　用户阅读的认知过程

概念模型主要的呈现形式是图形，为了更深入认识用户阅读概念模型时的认知特点，可以借鉴图形理解的相关理论：感知理论与认知理论。

感知理论解释了阅读者将所看到的图形信息放入短期记忆的感知过程，包括三步：辨识图形中各符号对象；根据模型中符号的空间布局对符号进行分组及确定层次关系；对符号初步组织并放入短期记忆。专业的训练和实践能够使开发人员具备组织图形信息的技巧；而用户未接受过培训，只是按照阅读文本时的习惯策略从左向右、自上而下地组织模型信息，因此放入短期记忆中的信息基本是按照模型的信息组织方式。

认知理论解释了信息放入短期记忆后的认知过程，包括两个活动：搜索长期记忆中的相关知识；对图形信息进行解释并与长期记忆整合。影响认知效果的根本因素是认知计算量。对用户来说，主要依靠搜索长期记忆中关于业务环境等的知识来解释图形所传达的含义。根据认知匹配理论，当放人短期记忆的信息结构与用户长期记忆中的知识组织方式一致时。搜索相关知识的效率将提高，整合新知识时也减少了结构关系的转换计算，使得总的计算量降低，因此认知正确性将提高。

综上所述，概念模型的信息组织方式与用户长期记忆中知识结构的匹配程度是影响认知过程正确性的重要因素。

本文将以面向对象与面向过程的概念模型为例，验证上述分析。两类模型对信息的组织方式显著不同：面向对象的模型将信息分类、抽象为对象，以对象为中心组织与对象相关的属性、行为、通讯等信息，如用例图中围绕各角色的行为活动(即用例)；而面向过程的模型将信息抽象为信息流，通过信息处理流程中的前后衔接组织信息，如数据流程图中“处理模块”的输入和输出“信息流”。

认知心理学中众多研究结论显示出人们的自然思考方式首先是分类，这正是面向对象思想的基础。因此可以说，面向对象模型的信息组织方式与未接受过专业学习的用户脑中的知识组织更加匹配。由此判断，与面向过程的概念模型相比，采用面向对象的概念模型更利于用户理解。

假设1：描述同一系统信息时，用户使用面向对象模型的理解效果显著高于面向过程模型。

2.2　基于语义网络理论的理解效果

语义网络理论对人脑中的知识组织方式作了很好的解释：人的长期记忆中，知识是通过节点互联的网络来组织的。节点代表任何实体、抽象类、属性等概念；节点间的连接表示概念间的某种关系。一条信息可能包含一个、两个或多个节点，而多个节点之间的关系可能是直接关联，或是通过某些节点间接关联。

显然，当信息包含的节点数较少、节点间的连接较少时，认知过程的搜索和整合计算量都更小。因此，为了进一步分析用户认知特点与概念模型的交互作用，本文根据信息中所包含的节点数及连接关系的复杂程度，将理解效果分为简单理解与复杂理解。

有研究曾发现，不熟悉概念模型的阅读者在使用用例图和使用数据流程图识别单个信息点的完整性上没有差别。这是因为，理解简单信息时的认知计算量很少，面向对象模型信息组织的优势不显著；但随着信息复杂度增加，两类模型认知计算量的差异将显现出来。

假设2：描述同一系统的简单信息时，面向对象与面向过程概念模型的用户沟通效果无显著差异；

假设3：描述同一系统的复杂信息时，面向对象概念模型的用户沟通效果显著高于面向过程模型。

3　研究方法

3.1　实验对象及实验过程

本文采用实验室研究方法收取数据。实验在大学课堂道行，选修同一课程的管理学院各专业学生自愿参加，最终参加学生41人。实验中学生被随机分为两组，依次完成三项任务：阅读描述同一系统的系统需求说明，两组的阅读材料不同；回答关于系统理解效果的测试问题，包括简单信息及复杂信息；填写个人经历以及实验感受的问卷。

3.2　实验设计

3.2.1　实验情境　待开发的系统是一个校友录系统。大学生对这样的系统较为熟悉，符合学生作为系统用户的角色。实验人员在实验开始时将以系统开发者的角色进入，并说明实验参与者将作为该系统的用户，实验目的是使用户理解系统的构建内容。

3.2.2　需求说明　两组阅读的需求说明分另0由用例图(Use Case Diagram)与数据流程图(Data Flow Dia-gram)来描述，两者是当前使用最广泛的概念模型，分别代表面向对象与面向过程的概念模型。两组模型描述了相同的系统内容，所传达的信息量一致，只是表达形式不同。由于实验时间的限制，所描述的系统只具备简单的功能。

3.2.3　理解效果　用户的理解效果通过回答问题的正确率来反映。所有问题均为判断题，共14题：关于简单理解的问题共7题，只涉及需求中两个概念及直接连接关系；关于复杂理解的问题共7题，涉及三个以上概念及其关系。所有14道问题的正确率反映用户的整体理解。

3.2.4　实验后调查问卷　问卷主要通过五点量表测量实验中的假定条件以及控制变量。包括三个问题：阅读者对概念模型的学习程度、阅读者对校友录系统背景的熟悉程度(这两者用来保证学生作为用户角色的有效性)以及阅读者感知的模型阅读难度。感知的阅读难度也是影响模型使用的重要因素，因此在本研究中作为控制变量。

4　实验结果与讨论

4.1　实验数据剔除

实验收集到数据41份，首先剔除回答不完整的数据1份，然后对实验的前提假定进行检验。统计阅读者的模型知识表明所有参与者都没有学习过概念模型知识，同时95％的参与者较熟悉或非常熟悉校友录系统。为进一步保证实验的有效性，根据参与者对系统背景的熟悉情况剔除了解很少或完全不了解的参与者数据3份。最终获得有效数据37份，其中用例图组19份，数据流程图组18份。接下来将使用SPSS统计软件对数据进行分析、验证假设。

4.2　模型对用户理解的影响

采用多元方差分析方法验证两概念模型组阅读效果的差异，并将用户感知的模型阅读难度作为协变量以控制其对因变量的影响。两组用户的简单理解效果没有显著影响(显著性=0.617)，支持了似设2；复杂理解效果方面，用例组(均值=0.722)显著高于数据流程图组(均值=0.579)，显著性=0.007，支持了假设3；总体理解效果方面，用例图组(均值=0.726)也显著(显著性=0.043)高于数据流程图组(均值=0.643)，支持了假设1。如表1所示：

4.3　用户不同层次的理解效果

通过对同一用户简单理解效果与复杂理解效果的配对均值检验来反映前文中关于理解划分的认知基础。用户对简单问题的理解效果显著高于对复杂问题的理解(显著性=0.045)，如表2所示：

4.4　讨论

4.4.1　用例图组用户的总体理解效果显著高于数据流程图组(假设1)　基于前面的分析，该结论在理论上验证了影响用户理解效果的一个重要的概念模型因素――模型信息组织结构特征，该因素与用户知识组织结构交互影响用户理解效果，即使用与用户知识组织结构更相近的概念模型得到的用户理解效果更好。这为概念棋型的选择和评价提供了一个较可靠的一般性的依据。该结论为实践中而向对象的概念模型在用户沟通方面的意义提供了证据支持，为开发项目选择概念模型提供了直接的参考。

本文基于认知特点的分析认为用户与开发人员在理解概念模型时(无论是感知过程还是认知过程)具有显著差异，对比以往研究中面向过程的慨念模型更有利于开发人员理解的结论，本实验室研究的结论间接证明了用户与开发人员认知特点上的差异。

4.4.2　用户对不同复杂度信息的理解效果差异显著

用户对简单问题的理解效果显著高于复杂问题；且用例图／数据流程图在简单和复杂信息理解效果方面的表现显著不同(假设2，假设3)。这些结论验证了认知复杂度是用户理解效果的本质影响因素，进一步解释了具有不同信息组织特征的概念模型是通过影响用户认知计算量影响用户理解效果的。

同时，该结论具有更高的可靠性。可以对以往一些研究结论进行解释：即由于所设置的信息过于简单或没有选择对用户认知计算量有影响差别的概念模型，以往研究可能获得概念模型对用户沟通效果无影响作用的结论。这再次肯定了该领域研究中以用户认知特点为基础的重要意义。

5　结语