地理信息科學專業(yè)教學內(nèi)容拓展及實踐教學方法研究

張興國 張麗 王帥帥

摘 ? ?要： 文章針對地理信息科學教學中存在的問題，重點就教學內(nèi)容和實踐教學方法進行了研究與探討。信息技術(shù)的飛速發(fā)展促使地理信息科學必須對教學內(nèi)容進行拓展，包括網(wǎng)絡(luò)電子地圖的地圖投影、視頻傳感器GIS應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，同時要開展多種形式的實踐活動，提高學生的實踐動手能力，包括第二課堂、項目帶動和科技活動。

關(guān)鍵詞： 地理信息科學 ? ?教學改革 ? ?實踐教學

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，地理信息科學（GIS）日益引起空間數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。GIS已經(jīng)從實驗室走向行業(yè)應(yīng)用，從行業(yè)應(yīng)用走向大眾化。然而，GIS的教學內(nèi)容和方法并沒有因為其應(yīng)用的拓展而相應(yīng)改革。究其原因，主要包括：（1）GIS相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛，相關(guān)教材、師資難以同步;（2）傳統(tǒng)教學方法難以滿足社會對GIS研發(fā)人員的旺盛需求。（3）高校教學的中心地位需要進一步加強，相關(guān)政策應(yīng)提高對高質(zhì)量的理論教材、實驗/實習教材、實踐活動的支持力度，讓教師真正喜歡教學，并通過不斷進步拓展教學內(nèi)容，改進教學方法。綜上，我們在GIS大眾化背景下，面向社會對GIS人才的需求，探索GIS需要拓展的教學內(nèi)容，并就實踐教學方法進行了探討。

1.GIS教學內(nèi)容拓展

隨著GIS的普及應(yīng)用，GIS學生不僅要掌握傳統(tǒng)領(lǐng)域的知識，更要了解大眾領(lǐng)域所使用的技術(shù)。同時，隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，應(yīng)該在教學中引入相關(guān)教學內(nèi)容。

（1）網(wǎng)絡(luò)電子地圖的地圖投影

當前，網(wǎng)絡(luò)電子地圖已經(jīng)完全融入生活，可以快速定位，提供詳細的地理信息。但是，在GIS專業(yè)教學中，對于其使用的技術(shù)方法并沒有介紹，對于其與GIS的集成更無涉及，這就造成專業(yè)的GIS人員對這些大眾化的地圖比較“陌生”，從而影響其在GIS行業(yè)中的應(yīng)用。因此，我們建議在教學中加強這部分內(nèi)容的介紹。

地圖投影在GIS中具有非常重要的地位，地圖投影是按照一定的數(shù)學法則，將球面的地理空間數(shù)據(jù)映射為平面的地圖[1]。常見的Google、Baidu、天地圖、SOSO等地圖，均采用地圖投影，其投影為Web墨卡托投影。Web墨卡托投影把地球視為球體而不是橢球體，這種假設(shè)是為了計算的簡單化。設(shè)定球體的半徑R=6378137.0米，橢球體的a=b=R，具體計算為公式①。

①式中，為經(jīng)度，為緯度。

通過該公式可以將經(jīng)緯度坐標投影為平面坐標，即Web墨卡托投影。GIS學生了解了該內(nèi)容后就可以嘗試分析網(wǎng)絡(luò)地圖，并在實踐中使用該地圖。

（2）視頻傳感器的GIS應(yīng)用技術(shù)

圖像、視頻數(shù)據(jù)以海量的方式出現(xiàn)在日常生活中，相對于其他傳感器，如溫度、噪聲等，其獲取更便捷和直觀。當前GIS教學中對于該類數(shù)據(jù)并沒有加以利用，根本原因在于圖像或視頻以側(cè)視的方式觀察世界，而傳統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)以正射的方式表達現(xiàn)實世界，兩者存在視角的差異。但在計算機領(lǐng)域，針對圖像或視頻的研究日益成熟，如《計算機視覺》、《數(shù)字圖像處理》等，可以逐步引入相關(guān)的理論，以獲取圖像或視頻中的時空信息，主要涉及圖像中豐富的紋理信息、序列圖像的三維恢復、監(jiān)控視頻的中實時的動態(tài)目標的信息等。圖像和視頻在GIS中的引入，有助于拓展專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，拓展地理信息獲取的途徑，推動實時、真實GIS的建立和應(yīng)用[2]。

（3）網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的興起，空間數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)需求旺盛。通過網(wǎng)絡(luò)使用地理信息系統(tǒng)，可以極大地降低客戶端在數(shù)據(jù)管理和分析方面的負擔。傳統(tǒng)GIS教學內(nèi)容，側(cè)重單機、局域網(wǎng)內(nèi)的GIS研發(fā)，對于網(wǎng)絡(luò)GIS的研發(fā)技術(shù)并沒有引起足夠的重視。我們認為急需加強網(wǎng)絡(luò)GIS相關(guān)技術(shù)的教學與實踐，主要包括：

第一，網(wǎng)頁設(shè)計技術(shù)，主要學習HTML、CSS、Dreamweaver或Asp.net，設(shè)計一些基本頁面。

第三，WebGIS開發(fā)包，如ArcGIS Server for Javascript，開發(fā)應(yīng)用型的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。

2. GIS實踐教學方法

在GIS實踐教學中，不能僅僅依托課堂和實驗教學，而應(yīng)該采取多種形式進行教學。

（1）第二課堂

GIS在實踐中主要依托的硬件為計算機，在學生中已經(jīng)普及。教師可以以所帶課程為基礎(chǔ)，在課外安排合理的學習任務(wù)，并進行指導，這里以《GIS設(shè)計與開發(fā)》課程為例進行說明。這門課程從理論上講，主要講授GIS的設(shè)計方法，包括結(jié)構(gòu)化的分析與設(shè)計、面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計兩大核心內(nèi)容，幾乎占用本門課的一半教學時間[3]。在剩余的時間，通常會講授某一類開發(fā)技術(shù)，如C#和ArcEngine。在72個學時內(nèi)，要讓學生學會分析、設(shè)計并開發(fā)一個應(yīng)用型GIS系統(tǒng)比較困難。這種局面造成許多GIS專業(yè)的學生不會開發(fā)，害怕開發(fā)，難以滿足社會對GIS開發(fā)人才的需求。如果開設(shè)第二課堂，這種局面將得到極大改進，具體內(nèi)容包括：

第一，編程語言。 GIS教學中通常會安排編程語言類的教學，如C語言、C++等，但在應(yīng)用型GIS開發(fā)中并不能滿足要求。已有編程語言類的教學，學生已經(jīng)掌握基本的編程技術(shù)，也掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，為后續(xù)第二課堂其語言的學習奠定較好基礎(chǔ)，極大降低學習難度。當前，在C/S軟件開發(fā)中，C#語言使用較多，而B/S方面，JavaScript較為常用。因此，第二課堂中可以首先安排學生學習C#，然后學習JavaScript，為后續(xù)GIS系統(tǒng)的研發(fā)做好準備。

第二，GIS開發(fā) 當前ArcGIS系列軟件在GIS相關(guān)行業(yè)處于主導地位，可以指導學生在第二課堂中從開發(fā)者視野深入學習ArcGIS DeskTop，并在編程語言入門后逐步開始GIS開發(fā)。首先，C/S架構(gòu)類的應(yīng)用型GIS，建議以ArcEngine為GIS開發(fā)包，語言選擇C#;然后，B/S架構(gòu)類的開發(fā)，建議以ArcGIS Server為Web GIS平臺，語言選擇JavaScript，包括相關(guān)Dojo庫的學習。

開展第二課堂，不僅延長學生《GIS設(shè)計與開發(fā)》的學習時間，而且學習內(nèi)容得到較大拓展，實踐能力得到增強，更有利于滿足社會需求。

（2）項目帶動

隨著GIS的普及應(yīng)用，GIS的相關(guān)項目日益增多，常見的類型包括空間數(shù)據(jù)建庫、應(yīng)用型GIS系統(tǒng)研發(fā)、GIS科研項目等。這些項目對學生能力的要求不同，可以根據(jù)不同類型的項目，吸收不同年級的學生加入，并進行耐心指導。在項目進展中，學生通過完成相關(guān)任務(wù)，可以提高對專業(yè)的興趣，擴展視野，培養(yǎng)對專業(yè)的整體把握能力，項目參與往往使學生快速明白專業(yè)的目標。在項目類型安排方面，我們建議：

第一，數(shù)據(jù)類項目適合于大一和大二學生，如地圖矢量化、遙感分類、規(guī)劃圖編輯等，對學生要求相對較低，重在使用GIS、遙感和測繪類軟件，如ArcGIS DeskTop、Erdas、AutoCAD等。

第二，應(yīng)用型GIS研發(fā)項目適合于大三和大四學生，要求學生會開發(fā)，具備編程語言和GIS二次開發(fā)能力。

第三，GIS研究類項目適合于大四學生或研究生，需要學生查閱文獻、分析問題和解決問題，對學生要求較高，不僅要具備GIS基本知識和技能，而且要具有綜合分析和實驗的能力。

（3）科技活動

面向?qū)W生的科技活動，如學?；蚬窘M織的學生大賽、科技周、創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)大賽，往往能提高學生積極性。我們建議：

第一，組織學生參與GIS公司組織的大賽，如ESRI大賽、SuperMap大賽、MapGIS大賽等。在指導中，以學生為主體，讓其自己分析、設(shè)計和實施，做出一個相對完整的成果。教師在其中，重點對學生的選題、總體技術(shù)路線、作品的特色進行把握。

第二，學校內(nèi)部組織的活動，如地圖創(chuàng)意大賽、GIS開發(fā)大賽、科技周、創(chuàng)新活動等，教師輔助主辦方做好大賽內(nèi)容、類別、形式的設(shè)計和評審工作。在學生指導部分，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，與學生探討，擬定新穎的選題，并保證能在有限時間內(nèi)完成。

3.結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS專業(yè)面臨重大發(fā)展機遇。GIS教學必須緊跟社會需求，將新理論、新技術(shù)引入教學中，并加強實踐教學環(huán)節(jié)。同時，高校相關(guān)政策導向必須教師提供學習進修的機會，鼓勵教師開展形式多樣的實踐教學活動。GIS教學內(nèi)容的更新，實踐活動的開展，必將進一步促進GIS在相關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用。

參考文獻：

[1]孫達，蒲英霞.地圖投影[M]. 南京：南京大學出版社，2005.

[2]張興國，劉學軍，宋宏權(quán).面向?qū)ο蟮挠耙旼IS數(shù)據(jù)模型研究[J].測繪科學，2013，38（6）：64-66.

[3]陳正江，張興國.地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)（第二版）[M].北京：科學出版社，2012.

基金項目：信陽師范學院博士科研啟動基金資助項目（0201402）;信陽師范學院校青年基金資助項目（2012059）;信陽師范學院2014年度大學生科研基金重點項目（2014-DXS-148）。