基于ArcGIS的地理信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)初探

陳鋒銳

摘 要： 針對(duì)地理信息系統(tǒng)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合培養(yǎng)新型專業(yè)人才的社會(huì)需求，文章采用ArcGIS軟件開展地理信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)。從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)組織和考核指標(biāo)等方面進(jìn)行探討，以期有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 教學(xué)改革； 實(shí)踐教學(xué)； 地理信息系統(tǒng)； ArcGIS

中圖分類號(hào)：TN911.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）12-72-03

Preliminary discussion on the practice teaching of geographic information

system based on ArcGIS

Chen Fengrui

（College of Environment and Planning， Henan university， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： For the characteristics of GIS （geographic information system） that both theoretical and practicality are strong， combining with social demand of cultivating new type talents， ArcGIS software is used to carry out the practice teaching of GIS. A series of reform measures to promote students to understand and grasp of knowledge are discussed in this paper to optimize teaching contents， improve teaching methods and achieve the expected teaching effect.

Key words： teaching reform； practice teaching； geographic information system； ArcGIS

0 引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Infromation System，GIS）是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它以計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和地理學(xué)為基礎(chǔ)，以地理信息的采集、處理、顯示和應(yīng)用為內(nèi)容的信息系統(tǒng)。近30年來，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，GIS得到迅速普及，并廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理、交通安全等領(lǐng)域[1]。1997年教育部對(duì)我國(guó)高等教育專業(yè)目錄進(jìn)行修訂，對(duì)部分專業(yè)進(jìn)行壓縮，但在地理學(xué)下卻新增了GIS本科專業(yè)，授予理學(xué)和工學(xué)學(xué)位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已有140多所高校開設(shè)了GIS專業(yè)，面向本科生和研究生傳授GIS方面的知識(shí)。

GIS是一門理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的課程，其課程設(shè)置一般分為理論課和實(shí)踐課兩部分。理論課主要在課堂上給學(xué)生講授GIS的相關(guān)理論知識(shí)，比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)庫、空間分析、GIS應(yīng)用模型、GIS設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)等。實(shí)踐課是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下使用GIS處理軟件，通過動(dòng)手實(shí)踐理解和掌握GIS的原理和應(yīng)用，實(shí)踐課在該課程的教學(xué)中起著十分重要的作用。通過實(shí)踐課可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題和獨(dú)立解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。

雖然近年許多高校都重視實(shí)踐教學(xué)，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不能完全令人滿意，很難滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的對(duì)創(chuàng)新性專業(yè)技術(shù)人才的需求。主要原因有兩個(gè)方面：①現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容陳舊、設(shè)計(jì)重疊、內(nèi)容銜接不上，無法顧及內(nèi)容間的邏輯關(guān)系，這無形中增加了學(xué)生的理解難度；②教學(xué)方法單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。ArcGIS是美國(guó)ESRI公司推出的一款滿足不同層次用戶需求、可伸縮的GIS產(chǎn)品和解決方案，它代表了當(dāng)前GIS行業(yè)的最高技術(shù)水平。本文采用ArcGIS軟件進(jìn)行GIS實(shí)踐教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法革新等方面進(jìn)行初步的探討，以期達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

由于GIS技術(shù)的迅速發(fā)展以及傳統(tǒng)教材的滯后性，目前GIS實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容普遍存在知識(shí)體系陳舊、理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)的問題[2]。當(dāng)前實(shí)踐課的教學(xué)過分依賴?yán)碚撜n內(nèi)容，沒有形成獨(dú)立的體系，不利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識(shí)；此外，實(shí)踐教學(xué)課時(shí)數(shù)偏少，再加上忽視現(xiàn)代技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用，學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)受到了較大限制，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果不理想。

課程內(nèi)容和課程體系的改革是教學(xué)改革的核心內(nèi)容，在設(shè)置教學(xué)內(nèi)容時(shí)，不僅要考慮實(shí)踐內(nèi)容的整體性，還要兼顧它們之間的邏輯關(guān)系。實(shí)踐課程從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難易程度上可以分為基礎(chǔ)、提高、創(chuàng)新等三類[3]。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握該課程的基本理論、技術(shù)和方法，能完成基本的軟件操作等；提高性實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)并實(shí)踐所學(xué)課程，能更熟練地操作軟件，挑戰(zhàn)更有難度的課程內(nèi)容等；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，讓學(xué)生在對(duì)所學(xué)課程知識(shí)融會(huì)貫通的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并靈活實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。GIS課程內(nèi)容十分豐富，鑒于課時(shí)安排的限制，不能對(duì)所有內(nèi)容逐一實(shí)驗(yàn)，必須有重點(diǎn)的選擇。我們?cè)趨⒖肌兜乩硇畔⑾到y(tǒng)概論》[4]、《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程》[5]、《精通ArcGIS地理信息系統(tǒng)》[6]等書籍基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS教學(xué)大綱與教學(xué)目標(biāo)要求，對(duì)以上教程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜⒑驼{(diào)整，選擇GIS中最重要的內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并以面向應(yīng)用的形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具體見表1。章節(jié)1-2屬于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，章節(jié)3-8屬于提高性實(shí)驗(yàn)，章節(jié)9-10則是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。例如：在學(xué)生學(xué)習(xí)空間分析功能之前，需讓他們了解地理數(shù)據(jù)的采集、組織和管理方式，掌握Shapefile和Geodatabase兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，以及數(shù)據(jù)的編輯、轉(zhuǎn)換和處理。

2 教學(xué)方法和手段的改革

⑴ 以問題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置主要以驗(yàn)證性、認(rèn)知性實(shí)踐內(nèi)容為主。在課堂上，學(xué)生往往跟著老師的操作模仿一遍，很難調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解和掌握。通過生動(dòng)而精彩的應(yīng)用案例如：社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，現(xiàn)代高科技等與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的事情，引出新內(nèi)容所要解決的問題，這樣可使學(xué)生的求知欲望立刻上升。此外，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題，從而體會(huì)到知識(shí)的價(jià)值和重要性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)課程的興趣和主動(dòng)性。

例如購(gòu)房問題，如何找到環(huán)境好、購(gòu)物方便、小孩上學(xué)近的小區(qū)是購(gòu)房者最關(guān)心的問題，這需要購(gòu)房者針對(duì)以上因素對(duì)商品房的信息進(jìn)行綜合分析，從而選擇最適宜的購(gòu)房地段?；谠搯栴}引出GIS中的緩沖區(qū)分析、疊加分析兩個(gè)內(nèi)容。根據(jù)實(shí)際情況，首先對(duì)各項(xiàng)因素的影響力進(jìn)行定義，詳見表2；然后對(duì)各因素進(jìn)行緩沖區(qū)分析（圖1），并根據(jù)距離范圍確定得分；最后利用軟件的空間疊置分析功能計(jì)算綜合得分，并基于綜合得分選出最適宜購(gòu)房區(qū)域。這樣做不僅可以創(chuàng)造良好的教學(xué)情景，而且使學(xué)生以問題為導(dǎo)向，在實(shí)踐過程中接受并消化知識(shí)。

⑵ 學(xué)生自學(xué)為主，教師引導(dǎo)為輔。傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式往往采用老師為主導(dǎo)的形式，然而由于ArcGIS功能十分強(qiáng)大，僅通過有限的課堂時(shí)間很難讓學(xué)生完全掌握該軟件。只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用老師引導(dǎo)為輔、學(xué)生自學(xué)為主的模式，方可讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握該軟件。教師通常以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)以及查看知識(shí)掌握情況。提出的問題可分為三類。①為新課鋪路。該類提問可創(chuàng)設(shè)一些懸念，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生在課下對(duì)新內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，為新課鋪平道路。②為突出重點(diǎn)難點(diǎn)而設(shè)立的問題。該類問題要求學(xué)生獨(dú)立思考，獨(dú)自動(dòng)手完成。③總結(jié)式問題。該類問題一般在每節(jié)課的小結(jié)中進(jìn)行，通過該問題，老師可以了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度。在此基礎(chǔ)上，提出更高一級(jí)的要求，引導(dǎo)學(xué)生深度掌握知識(shí)，達(dá)到融會(huì)貫通的程度。

此外，教師多走動(dòng)也是體現(xiàn)其引導(dǎo)的有效途徑。由于學(xué)生在實(shí)踐中會(huì)遇到各種各樣的問題，尋求教師幫助是大多數(shù)學(xué)生的本能，因此教師要在實(shí)踐課上多走動(dòng)，及時(shí)為學(xué)生解答，避免學(xué)生走彎路，引導(dǎo)實(shí)踐項(xiàng)目順利開展。

⑶ 建立學(xué)習(xí)小組。在自由結(jié)合的基礎(chǔ)上結(jié)合老師對(duì)學(xué)生能力、興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的綜合了解，把學(xué)生劃分成多個(gè)小組，每組5-6人，并指定組長(zhǎng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在小組成員共同討論基礎(chǔ)上，完成實(shí)習(xí)報(bào)告，并輪流在課堂上匯報(bào)；同時(shí)其他小組學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)提問，報(bào)告者回答。通過這種方式增強(qiáng)小組間的交流，查漏補(bǔ)缺，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容的理解。此外，在探索性試驗(yàn)部分，由每個(gè)小組自行選擇題目（小組間不能重復(fù)），收集數(shù)據(jù)和資料，制定實(shí)驗(yàn)方案，并最終完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種小組式的實(shí)踐教學(xué)模式既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和團(tuán)隊(duì)合作精神，同時(shí)強(qiáng)化了他們的表達(dá)能力，為今后他們走向社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

⑷ 增加考核次數(shù)，考核形式多樣。許多高校對(duì)課程的考核，學(xué)期末考試成績(jī)占很大比重，這種考核方式可能導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真聽課，課后不認(rèn)真復(fù)習(xí)，僅在期末考試前突擊學(xué)習(xí)，故這樣的很難真實(shí)反映學(xué)生的水平。

國(guó)外大學(xué)通常的做法是將考試分為若干次，每次考試的成績(jī)均按相應(yīng)比例計(jì)入最終成績(jī)，這樣做一方面可以實(shí)時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，另一方面可以督促學(xué)生學(xué)習(xí)。除了以考試形式進(jìn)行的考核外，還可將平時(shí)考勤情況、作業(yè)情況、實(shí)習(xí)報(bào)告等內(nèi)容也納入課程考核內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的考試成績(jī)，參考學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，綜合考核學(xué)生的理解、綜合和創(chuàng)新能力。筆者對(duì)該課程的考核采用如下形式：在最終成績(jī)的計(jì)算中，出勤占10%，實(shí)習(xí)報(bào)告占10%，平時(shí)考試成績(jī)占30%，期末考試成績(jī)占50%。實(shí)驗(yàn)考試以具體的實(shí)驗(yàn)為考核內(nèi)容，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成操作，根據(jù)學(xué)生的操作情況進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定?？己藘?nèi)容從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中隨機(jī)選擇，共選擇四個(gè)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要設(shè)置考核要點(diǎn)，老師根據(jù)考核要點(diǎn)的完成情況進(jìn)行相應(yīng)打分。這樣既能讓學(xué)生認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)實(shí)驗(yàn)， 又能比較全面地評(píng)價(jià)一個(gè)學(xué)生的水平。

3 結(jié)束語

GIS是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合、多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，已廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。該學(xué)科實(shí)踐性很強(qiáng)，這就要求GIS培養(yǎng)的人才不但掌握深厚的理論，還要具有過硬的動(dòng)手能力。針對(duì)GIS實(shí)踐課程的特點(diǎn)，結(jié)合以往的教學(xué)體會(huì)，本文從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化選擇、教學(xué)方法革新等方面對(duì)該課程進(jìn)行初步探討與設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)的過程中采用教師引導(dǎo)為輔，學(xué)生自學(xué)為主的教學(xué)模式。實(shí)踐證明，通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，而且加深了他們對(duì)GIS概念和方法的理解和掌握，同時(shí)極大地提高了其動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用GIS專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

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