地理信息系統(tǒng)課程實驗教學改革研究

范況生，王珍

(商丘師范學院環(huán)境與規(guī)劃學院，河南商丘476000)

0 引言

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)產(chǎn)生于上世紀60年代，它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng).自GIS產(chǎn)生以來，發(fā)展非常迅速，尤其與遙感、GPS技術(shù)相結(jié)合而形成的3S技術(shù)，在資源調(diào)查、土地評價、作物估產(chǎn)、災害預測等領(lǐng)域有著廣泛的應用，社會對GIS專業(yè)人才的需求也隨之急劇增加，國內(nèi)外很多高校都相繼開設(shè)了GIS專業(yè)或者GIS課程.近年來我國GIS專業(yè)學生的培養(yǎng)也具有一定的規(guī)模，但是由于GIS學科所具有的工具學科特征、工程學科特征和橫斷學科特征，使得高校GIS教育在知識結(jié)構(gòu)體系、教學機制、課程設(shè)置、理論與實踐結(jié)合等方面存在一些突出的問題，集中體現(xiàn)在:課程設(shè)置體系較為紊亂;專業(yè)教材大多集中在原理類，而技術(shù)方法及應用類教材相當缺乏，分布極不均衡;課程開設(shè)質(zhì)量較差;包括課程與教材的矛盾，理論教學與實踐教學的矛盾等等，這些都在很大程度上制約了GIS專業(yè)人才教育質(zhì)量的提高，亟待統(tǒng)籌解決，其中最為迫切問題的就是GIS概論實驗的教學內(nèi)容與教學方法［1］.

1 地理信息系統(tǒng)課程教學的特點

1.1 實踐教學與理論教學并行

《地理信息系統(tǒng)概論》是一門理論性和實踐性都很強的學科，GIS之所以能夠迅速發(fā)展，與當今高速發(fā)展的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間技術(shù)密不可分，因此在教學中不僅要求學生要掌握關(guān)于GIS的基礎(chǔ)理論知識，更要重視技能訓練，要求學生學會運用GIS軟件的操作和使用，二者相輔相成，通過實踐教學可以加深和鞏固理論知識，提高實踐技能和應用能力.

1.2 GIS學科知識更新速度快

地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展不到50年，已經(jīng)形成了一套完整的技術(shù)體系，而且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，但教學資料的更新速度比較慢，新理論、新方法在教材中很少體現(xiàn)，往往導致教學落后于生產(chǎn)，學生所學知識脫離實踐、落后于現(xiàn)實，因此，地理信息系統(tǒng)的教學要體現(xiàn)該學科最前沿的技術(shù)和最新動態(tài)［2］.教師在教學中引導學生要經(jīng)常閱讀有關(guān)的文獻資料，掌握GIS學科的發(fā)展趨勢，努力更新自己的知識，不斷提高自己的能力.

1.3 不同學科對GIS要求程度不同

GIS是一種面向多行業(yè)的應用性新技術(shù)，各個院校所依托的專業(yè)背景也各不相同，課程體系設(shè)置也不統(tǒng)一［3］.在GIS教學中應該體現(xiàn)依托學科背景的專業(yè)特色，如商丘師范學院環(huán)境與規(guī)劃學院下設(shè)地理科學、測繪工程、城市規(guī)劃三個本科專業(yè)，均開設(shè)了GIS課程.在給三個專業(yè)學生授課的過程中，我們充分考慮到不同專業(yè)學生的學科背景，對教學內(nèi)容尤其是實驗教學內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，從而體現(xiàn)專業(yè)特色，更容易激發(fā)學生學習GIS的興趣.

2 GIS實驗教學中存在的問題

如前所述，實踐應用性強是GIS課程的一個顯著特征，因此實驗教學是GIS教學過程中的一個重要組成部分，熟練的GIS軟件操作技能可為學生就業(yè)提供了有利條件，但目前各高校在GIS實驗教學過程中仍然存在許多突出的問題.

2.1 實驗教學所占比重低、教學方式單一

目前在GIS教學中還沒有完全的實驗課程，實驗教材、實驗課程數(shù)據(jù)和實驗方法也不完善，多數(shù)高校地理信息系統(tǒng)教學的重點在于講授理論課，同時附帶開設(shè)一些基本的實驗課程，實驗課內(nèi)容、學時和實驗數(shù)據(jù)的選擇都由任課教師自行決定，具有一定的隨意性，據(jù)統(tǒng)計，一般高校GIS實驗課時占總學時的比重為25% －33.3%之間，在進行GIS實驗教學時往往又僅局限于對某一種軟件的練習，實驗與理論脫節(jié)，實驗與解決現(xiàn)實生活中的問題相脫節(jié)，每一次實驗一個實驗內(nèi)容，教學沒有現(xiàn)實針對性.實驗教學方式單一，多采用教師在臺上演示，學生在下面模仿的教學方式，導致GIS實驗課程流于形式，不能真正培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力.

2.2 實驗教學內(nèi)容缺乏層次性、教學方法缺乏創(chuàng)新

目前，實驗內(nèi)容都是有任課教師制定，一般都是選擇一些基礎(chǔ)性的實驗內(nèi)容，如空間要素的輸入和編輯、屬性數(shù)據(jù)的編輯、空間數(shù)據(jù)查詢分析、專題制圖的編制等等，學生沒有選擇余地，實驗內(nèi)容沒有結(jié)合學生的專業(yè)特點來進行，但是學生之間在動手能力和學習進度上存在差別，導致了實驗課上有部分學生總是提前完成，而一部分學生又很難按時完成［1］.如果不考慮專業(yè)背景，一律照搬照抄，則達不到本專業(yè)的教學目的，也不利于學生就業(yè).如城市規(guī)劃專業(yè)在開設(shè)GIS課程時，GIS課程的理論知識掌握程度只需他們達到了解的程度即可，教學內(nèi)容提倡從簡單到復雜逐步積累和深化，同時穿插GIS軟件操作或界面設(shè)置的一些基本介紹，并結(jié)合常用的AutoCAD數(shù)據(jù)進行加載和數(shù)據(jù)查詢、空間分析，降低學生學習GIS的門檻，減少他們的畏難情緒［4］.

2.3 實踐教學條件薄弱、缺乏專業(yè)實驗指導教師

多數(shù)地方本科院校由于資金缺乏，實驗場所和實驗儀器設(shè)備等軟、硬件設(shè)施薄弱，甚至不能保證學生每人一臺電腦，又缺乏固定的實踐教學基地，只能開設(shè)常規(guī)的驗證性課程實驗，綜合性、設(shè)計性試驗無法開設(shè).此外，由于缺乏專業(yè)實驗指導教師，實驗課程和理論課程都由一個教師完成，缺乏豐富的實踐教學經(jīng)驗.在實驗教學中，教師不可能對每一個學生進行單獨指導，仍然采用填鴨子式的教學模式，這些因素都不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識［5］.

這些問題的存在，要求各院校GIS實驗教學中應當轉(zhuǎn)變教學思路，從培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的角度出發(fā)，合理設(shè)置實驗教學內(nèi)容、合理分配實驗學時、改革實驗教學方法，切實提高學生實驗技能，學以致用.

3 GIS實驗課程教學體系的構(gòu)建

3.1 地理信息系統(tǒng)課程教學體系的優(yōu)化和重組

根據(jù)地理信息系統(tǒng)課程自身的特點，高校應該適應社會對GIS人才的需求，對地理信息系統(tǒng)概論的課程體系進行重新優(yōu)化和重組，一般而言，地理信息系統(tǒng)課程的講授應該包含GIS理論、GIS技術(shù)、GIS應用三個環(huán)節(jié)，三者缺一不可，同時要注重理論教學與實踐環(huán)節(jié)的有機結(jié)合，增大實驗環(huán)節(jié)課時的比重，實驗課程與理論課程的課時比例應達到1∶1，從而切實提高地理信息系統(tǒng)課程的實用性.

3.2 地理信息系統(tǒng)實驗教學內(nèi)容的改革

地理信息系統(tǒng)既是一門學科，又是一門技術(shù)，不同專業(yè)學生對GIS技術(shù)的程度也不盡相同，傳統(tǒng)的GIS實驗內(nèi)容一方面與生產(chǎn)實踐嚴重脫節(jié)，另外實驗課程往往穿插于理論課程之中，實驗內(nèi)容孤立、分散、缺乏必要的聯(lián)系，不利培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力［5］.因此在實驗教學內(nèi)容的選取上要考慮學生專業(yè)特點，在有限的教學時間內(nèi)，如何合理的安排教學實驗內(nèi)容，使學生最大限度的掌握GIS知識并學以致用也直接關(guān)系到學生培養(yǎng)的質(zhì)量［6］.

根據(jù)課程特點，GIS實驗內(nèi)容可分為基礎(chǔ)性試驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性試驗三個層次，基礎(chǔ)性實驗教學著眼于提高學生的科學素養(yǎng)，以培養(yǎng)學生的基本實驗技能、科學的思維能力和創(chuàng)新意識為目標，通過基礎(chǔ)性實驗的學習，使學生了解目前國內(nèi)外主流GIS軟件的使用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)組織關(guān)系，加深對地理信息的認識和空間數(shù)據(jù)的可視化表達方法，并了解各種軟件的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，了解空間數(shù)據(jù)的采集、編輯和空間數(shù)據(jù)的分層處理方法、空間數(shù)據(jù)的專題圖制作與簡單的空間信息分析應用.綜合性實驗以培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)造能力為教學目標，在基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合空間分析標準模擬試驗數(shù)據(jù)在不同領(lǐng)域的具體應用，并解決現(xiàn)實中的實際問題.所設(shè)計的實驗項目應該是具有專業(yè)特色的實際課題，通過本項實驗課程內(nèi)容的學習，使學生設(shè)計解決與本專業(yè)有關(guān)的問題的實驗項目，提高學生學習的積極性，和解決實際問題的能力.通過上述基礎(chǔ)性、綜合性與創(chuàng)新性實驗，在本項實驗中，通過給定的空間基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，要求學生自己設(shè)計實驗課程空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析方法、并對分析結(jié)果進行分析，達到綜合性、研究性和創(chuàng)新性的實驗目的.三者形成一個有機聯(lián)系的紐帶，實驗內(nèi)容應圍繞某一專業(yè)主題而展開，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)庫管理、應用分析到產(chǎn)品輸出，由淺入深，循序漸進，最終達到讓學生能獨立利用GIS技術(shù)來解決某一現(xiàn)實問題的能力.

3.3 地理信息系統(tǒng)實驗教學方式的改革

實驗課程的教學方法應區(qū)別于傳統(tǒng)的理論課程，而地理信息系統(tǒng)實驗課程又具有顯著的特征:一是它不同于其它單純的驗證性實驗，二是每個實驗項目雖然相互獨立，但又緊密聯(lián)系.但是地理信息系統(tǒng)實驗課程的開設(shè)往往卻采取分散進行的形式，將實驗項目穿插在理論課之中，再由于每個實驗項目課時較少，因此很難達到提高學生能力的目的.為此需要對實驗課程教學方法進行必要的改革.

本課程的教學方法注重理論和實踐相結(jié)合，運用案例教學方法，全部課程實驗圍繞一個主題任務展開，讓學生在解決實際問題過程中掌握GIS技術(shù)的應用和加強里GIS理論的理解，運用多媒體等教學手段，注重學生實際動手能力，理論課和計算機軟件操作相結(jié)合，同時利用學校網(wǎng)絡(luò)資源和實驗教學與管理平臺對實驗教學進行管理和跟蹤，將實驗教學大綱，實驗項目和要求放到網(wǎng)上，學生通過在線學習可以看到老師對實驗教學的要求，預習實驗項目的相關(guān)知識和原理，查看自己的成績.教學組織上也應靈活多樣，基礎(chǔ)性試驗或驗證性實驗要求學生單獨完成，可以按照教師演示、學生練習的常規(guī)實驗教學方法來進行，綜合性和創(chuàng)新性實驗可采取分組形式，由學生根據(jù)老師下達的試驗任務，分組討論設(shè)計實驗方案，加強學生之間、學生與老師之間的互動交流，課堂練習與課后練習相結(jié)合，從而達到整體上訓練學生實際動手能力的目的.

3.4 改善實驗教學環(huán)境、配備專業(yè)實驗指導教師

條件允許的學校可以建立開放的GIS實驗室，配備GIS軟件和相關(guān)數(shù)據(jù)，對學生開放，給學生提供充分的獨立學習、設(shè)計、研究的環(huán)境，開放實驗室還要配備專業(yè)的實驗指導教師，對學生在實習過程中遇到的疑問隨時進行指導［7］.

4 結(jié)束語

實驗課程是地理信息系統(tǒng)教學的重要環(huán)節(jié)，實驗課程教學質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過進行教學改革，利用基礎(chǔ)性試驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗相結(jié)合的教學內(nèi)容體系，采取師生互動、學生分組合作的實驗教學方法，引導學生自主學習的興趣，就可以有效地提高地理信息系統(tǒng)實驗教學效果，提高學生利用GIS技術(shù)分析、解決復雜現(xiàn)實問題的能力.為了進一步鞏固GIS課程實驗教學成果，今后將充分利用我院省級實驗教學中心教學平臺對本科生專業(yè)教學實驗的支持，更新和改造實驗室設(shè)施，提高GIS專業(yè)實驗室的硬件能力，促進實驗教學成果轉(zhuǎn)化，逐步提高設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗在實驗課程中的比例，努力培養(yǎng)更多的優(yōu)秀創(chuàng)新人才.

［1］王春，李鵬.“地理信息系統(tǒng)概論實驗教學”改革探索［J］.滁州學院學報，2009，11(2):100－102.

［2］趙春燕，楊志高，等.地理信息系統(tǒng)實驗教學的改革研究［J］.大慶師范學院學報，2007，27(5):135－137.

［3］李朝奎，王利東.不同專業(yè)背景下GIS專業(yè)建設(shè)探討［J］.當代教育理論與實踐，2011，3(4):93－95.

［4］王成芳.城市規(guī)劃專業(yè)GIS課程實驗教學改革與探索［J］.高等建筑教育，2012，21(2):110－114.

［5］李長坡，王軒.新建地方本科院校GIS專業(yè)實踐教學體系的構(gòu)建［J］.測繪與空間地理信息，2010，33(5):28－29.

［6］李華蓉.工程驅(qū)動下的GIS實驗教學改革［J］.實驗室研究與探索，2010，29(1):120－122.

［7］張瑞芳，劉祖文.城市規(guī)劃專業(yè)GIS課程教學體系的構(gòu)建［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(1):32－34.

［8］程先富，呂成文.GIS課程實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25(6):16－18.