本科生《地理信息系統(tǒng)概論》實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容體系設(shè)計(jì)研究

廖順寶

摘要：《地理信息系統(tǒng)概論》是地理學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科專業(yè)低年級(jí)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論與實(shí)踐相結(jié)合是學(xué)好這門課的基本方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)既可以加深對(duì)理論知識(shí)的理解，又可以讓學(xué)生熟悉和掌握基本的GIS軟件功能，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用GIS奠定基礎(chǔ)。按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋理論課核心內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯示度高并能激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可伸縮等原則，設(shè)計(jì)安排了15項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中10項(xiàng)為必選實(shí)驗(yàn)，5項(xiàng)為可選實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置了每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。為了取得良好的教學(xué)效果，在《地理信息系統(tǒng)概論》實(shí)驗(yàn)課的實(shí)際教學(xué)中，理論課與實(shí)驗(yàn)課最好由同一主講老師擔(dān)任，實(shí)驗(yàn)課與理論課在總體進(jìn)度上應(yīng)保持基本一致，同時(shí)，做到平時(shí)上機(jī)練習(xí)與提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)概論；教學(xué)；實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、管理科學(xué)等科學(xué)于一體的新興邊緣學(xué)科。從1963年RogerTomlinson創(chuàng)建世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）至今，GIS已經(jīng)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程。我國GIS高等教育從20世紀(jì)80年代末起步，至今也有近30年的歷史。目前，我國已有500多所高等院校設(shè)立了與GIS相關(guān)的專業(yè)，其中有200多所高校建立了GIS實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)出版發(fā)行了一系列與GIS有關(guān)的教材、參考書以及實(shí)驗(yàn)教程。

隨著GIS技術(shù)在科研、教學(xué)、環(huán)保、應(yīng)急救災(zāi)以及國民經(jīng)濟(jì)等各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，《地理信息系統(tǒng)概論》已經(jīng)成為許多學(xué)科和專業(yè)的必修課程，是學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)GIS技術(shù)的基礎(chǔ)?！兜乩硇畔⑾到y(tǒng)概論》以前通常在大二開設(shè)，開設(shè)時(shí)間一般為一個(gè)學(xué)期，但隨著招生專業(yè)的淡化（逐步實(shí)行按大類招生），該課程有提前開設(shè)的趨勢(shì)。《地理信息系統(tǒng)概論》的教學(xué)內(nèi)容包括理論和實(shí)驗(yàn)兩部分，二者相輔相成，缺一不可。那么，如何在有限的時(shí)間內(nèi)，既能讓學(xué)生較好地掌握GIS理論、方法和原理，又能使學(xué)生增強(qiáng)自己的實(shí)際動(dòng)手能力、掌握GIS技術(shù)呢？實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的設(shè)計(jì)與安排就顯得尤為重要。

一、開設(shè)實(shí)驗(yàn)課的目的

《地理信息系統(tǒng)概論》實(shí)驗(yàn)不是一門獨(dú)立的課程，而是與《地理信息系統(tǒng)概》理論課相輔相成的。實(shí)驗(yàn)課的目的主要包括兩個(gè)方面：一是通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解；二是通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)，熟悉、掌握一些基本的GIS軟件功能，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用GIS技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)原則

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能覆蓋理論課的核心內(nèi)容，但并非完全同步

《地理信息系統(tǒng)概論》內(nèi)容較廣，且不同的教材側(cè)重點(diǎn)有所不同，其核心內(nèi)容主要包括：GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)采集與編輯、空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變換、空間數(shù)據(jù)內(nèi)插、空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)庫索引、數(shù)字地形分析、空間疊置分析、空間鄰近度分析、空間網(wǎng)絡(luò)分析以及GIS與應(yīng)用模型的結(jié)合、應(yīng)用型GIS的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)和GIS產(chǎn)品的輸出與設(shè)計(jì)等。因此，實(shí)驗(yàn)課在安排上應(yīng)覆蓋上述核心內(nèi)容，但在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先后順序上不一定與理論課完全同步，因?yàn)槔碚撜n教材并非實(shí)驗(yàn)課的操作手冊(cè)。理論課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，但也有相對(duì)的獨(dú)立性。

例如：一些教材把GIS產(chǎn)品的輸出設(shè)計(jì)這一內(nèi)容安排在理論課的最后，但完全可以把相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提前，甚至放在第一位。地圖制圖產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與輸出是GIS軟件的基本功能，也是經(jīng)常要用到的功能之一。把它作為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，有助于學(xué)生建立起與GIS軟件的“感情”。因?yàn)?，在學(xué)習(xí)《地理信息系統(tǒng)概論》以前，學(xué)生們一般已經(jīng)有了《地圖學(xué)》的基礎(chǔ)，但在《地圖學(xué)》的學(xué)習(xí)中可能并沒有上機(jī)實(shí)驗(yàn)，通過這一實(shí)驗(yàn)，必將加深他們對(duì)GIS的理解與認(rèn)識(shí)。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有顯示度，能激發(fā)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的興趣

《地理信息系統(tǒng)概論》作為本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，不論是理論課還是實(shí)驗(yàn)課，其學(xué)習(xí)的時(shí)間都是有限的。因此，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握更多的東西就顯得尤為重要。就實(shí)驗(yàn)課而言，應(yīng)盡可能安排一些有顯示度、能體現(xiàn)GIS特色、能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的實(shí)驗(yàn)。

地理空間數(shù)據(jù)的采集與編輯是地理信息系統(tǒng)建設(shè)中非常重要的組成部分，往往會(huì)消耗整個(gè)GIS工程項(xiàng)目中大部分的時(shí)間、人力、物力和財(cái)力，但數(shù)據(jù)采集與編輯實(shí)驗(yàn)比較費(fèi)時(shí)、枯燥，顯示度不高，不易激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，而且完整的數(shù)據(jù)采集與編輯實(shí)驗(yàn)還需要數(shù)字化儀、掃描儀等輸入設(shè)備。因此，這樣的實(shí)驗(yàn)可以少安排，在時(shí)間有限的情況下甚至可以不安排，取而代之的是讓學(xué)生參觀GIS實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備，請(qǐng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室老師或行業(yè)從業(yè)人員介紹相關(guān)情況。

相反，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有顯示度、能有效激發(fā)學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)則可以多安排。例如：地圖投影轉(zhuǎn)換、矢一柵相互轉(zhuǎn)換、疊置分析、緩沖區(qū)分析、數(shù)字地形分析等，這些實(shí)驗(yàn)既能充分體現(xiàn)GIS技術(shù)的特點(diǎn)，又能讓學(xué)生很快見到實(shí)驗(yàn)效果，能大大激發(fā)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的興趣，且不用太長的時(shí)間，因此，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)GIS軟件，了解、掌握GIS的基本功能具有較大的幫助。

（三）根據(jù)學(xué)生人數(shù)和水平差異，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的可伸縮

筆者通過多年的《地理信息系統(tǒng)概論》教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，GIS實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度、效果與學(xué)生的基礎(chǔ)、教學(xué)班人數(shù)之間有明顯的關(guān)系。學(xué)生基礎(chǔ)好、教學(xué)班人數(shù)少，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度就快，實(shí)驗(yàn)效果也好；反之，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度慢，實(shí)驗(yàn)效果差。

因此，在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容體系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到這些因素。通過設(shè)置必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，兼顧不同學(xué)生的基礎(chǔ)和教學(xué)班人數(shù)等因素。當(dāng)學(xué)生基礎(chǔ)好、教學(xué)班人數(shù)少時(shí)，在完成必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完成選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：當(dāng)學(xué)生基礎(chǔ)差、教學(xué)班人數(shù)較多時(shí)，可以只進(jìn)行必修實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。這樣既可以保證核心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成，又可以兼顧不同學(xué)生的特點(diǎn)。

三、實(shí)驗(yàn)課程的主要內(nèi)容

根據(jù)上述原則，以ArcGIS系列軟件中的ArcMap軟件為例，按照一個(gè)學(xué)期15周（正常情況下一個(gè)學(xué)期為18周，但需扣除長假、小長假和復(fù)習(xí)考試的時(shí)間）的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間有限、突出重點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)高效的原則，共設(shè)計(jì)15項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中10項(xiàng)為必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其余5項(xiàng)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度全部或部分選擇使用。具體情況如附表所示。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

（一）理論課與實(shí)驗(yàn)課最好由同一主講老師擔(dān)任

理論講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《地理信息系統(tǒng)概論》教學(xué)過程中兩個(gè)相互支持、密不可分的有機(jī)組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)絕不是一門單獨(dú)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課，而是理論課的自然延伸和拓展，是學(xué)生掌握理論知識(shí)的必要補(bǔ)充。因此，每次實(shí)驗(yàn)課之前，首先要讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)于理論課上的內(nèi)容，然后才是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和具體操作。只有這樣，才能使理論與實(shí)踐互不脫節(jié)，互為補(bǔ)充。而要做到這一點(diǎn)，最好、最簡單的辦法就是讓理論課與實(shí)驗(yàn)課由同一主講老師擔(dān)任。

（二）實(shí)驗(yàn)課與理論課的總體進(jìn)度保持基本一致

雖然不要求實(shí)驗(yàn)課與理論課在進(jìn)度上保持完全一致（事實(shí)上也很難做到完全一致），但作為《地理信息系統(tǒng)概論》的有機(jī)組成部分，實(shí)驗(yàn)課與理論課在總體進(jìn)度上應(yīng)保持基本一致。這樣在一定程度上能起到“理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐支持理論”的作用。否則，將會(huì)出現(xiàn)“理論與實(shí)踐脫節(jié)，理論課與實(shí)踐課相互獨(dú)立”的情況，教學(xué)效果將會(huì)大打折扣。

（三）實(shí)驗(yàn)練習(xí)與實(shí)驗(yàn)作業(yè)提交相結(jié)合

筆者在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)老師所講解的一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在課堂上看似明白了，但實(shí)際上并未真正理解和掌握。理論課如此，實(shí)驗(yàn)課也是如此。檢驗(yàn)理論知識(shí)是否理解和掌握，可以通過考試的方式進(jìn)行：而對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是否真正理解和掌握，則可以通過提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式得到驗(yàn)證。合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)該包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)所用的數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論等內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以使學(xué)生更加全面、系統(tǒng)地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模莆諏?shí)驗(yàn)方法。因此，平時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)練習(xí)與定期提交2～3次實(shí)驗(yàn)報(bào)告（作業(yè)）相結(jié)合是提升實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的有效方式。

五、結(jié)語

理論與實(shí)踐相結(jié)合是學(xué)好《地理信息系統(tǒng)概論》的基本方法。合理選擇與安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不僅有助于學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)方法原理的理解，同時(shí)，也有助于學(xué)生更加高效地掌握GIS軟件的操作技能，有助于地理信息系統(tǒng)從理論走向?qū)嶋H，從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域。因此，在《地理信息系統(tǒng)概論》教學(xué)中，老師必須做到理論講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重，并合理選擇和安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

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