地理信息系統(tǒng)（GIS）課程實(shí)踐教學(xué)模式探討

秦鵬 陳明利 韓玉杰 張曉光 張志輝

摘要：實(shí)踐教學(xué)是地理信息系統(tǒng)（GIS）課程的關(guān)鍵一環(huán)，以提高學(xué)習(xí)者創(chuàng)新實(shí)踐能力為目的。針對地理信息系統(tǒng)（GIS）學(xué)科特點(diǎn)和當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容的針對性、開放實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐教學(xué)模式等提出建議和方案，目的在于為地理信息系統(tǒng)（GIS）實(shí)踐教學(xué)改革提供參考。

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

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0206-03

2014年教育部頒布《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，提出學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的體系，明確學(xué)生應(yīng)具備的關(guān)鍵能力[1]?！吨袊鴮W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》于2016年9月13日正式發(fā)布，定義學(xué)生應(yīng)具備的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)作為6大素養(yǎng)之一被寫入總體框架[2]。隨著時(shí)代進(jìn)步與科技發(fā)展，社會對應(yīng)用創(chuàng)新型人才需求不斷增長，實(shí)踐教學(xué)則承擔(dān)著提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力的重任，是當(dāng)前素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式，以促進(jìn)養(yǎng)成科學(xué)探索的精神[3]。因此，實(shí)踐教學(xué)在當(dāng)前高等教育中顯得尤其重要，深化實(shí)踐教學(xué)改革創(chuàng)新，要重視培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐能力，加強(qiáng)課程的實(shí)踐性，重視實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，培養(yǎng)實(shí)際操作能力，也是當(dāng)前高等教育面臨的重要議題。進(jìn)入21世紀(jì)以來，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）技術(shù)的社會化加深，對GIS人才的需求越來越大[4，5]。伴隨各專業(yè)對GIS的知識需求增大，當(dāng)前各高校陸續(xù)開設(shè)GIS專業(yè)，同時(shí)拓展其他專業(yè)設(shè)置GIS課程，而GIS作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，面臨著實(shí)踐教學(xué)改革的壓力，當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)存在重理論輕實(shí)踐、體系不健全、模式過于呆板等不足[6，7]，經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生獨(dú)立使用地理信息技術(shù)解決本專業(yè)問題的能力明顯不足。因此，GIS教學(xué)有待改革，本文從GIS實(shí)踐教學(xué)出發(fā)，綜述當(dāng)前GIS實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，對GIS實(shí)踐教學(xué)方案和模式進(jìn)行深入探討，總結(jié)出一套對大多數(shù)專業(yè)適用的GIS實(shí)踐教學(xué)模式。

一、1GIS學(xué)科特點(diǎn)

GIS相關(guān)學(xué)科涉及眾多，地理學(xué)、測繪學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)是與其關(guān)系最為密切的傳統(tǒng)科學(xué)或技術(shù)[5]。相關(guān)學(xué)科當(dāng)中，地理學(xué)為GIS提供理論基礎(chǔ)，地理學(xué)研究人地關(guān)系，這與GIS研究對象一致，大多經(jīng)典地理學(xué)方法都可歸納為空間分析一類，而此也為GIS的關(guān)鍵技術(shù)，因此，地理學(xué)是其核心學(xué)科。測繪學(xué)及其相關(guān)學(xué)科為GIS提供了空間數(shù)據(jù)及處理技術(shù)，遙感（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）可以分別被認(rèn)為是攝影測量技術(shù)和空間定位技術(shù)，均與測繪學(xué)密切相關(guān)，其主要產(chǎn)品為GIS提供了數(shù)據(jù)保障，因此，與GIS構(gòu)建成3S技術(shù)的主體框架。計(jì)算機(jī)科學(xué)提供了運(yùn)行GIS的平臺，GIS產(chǎn)生于計(jì)算機(jī)發(fā)明之后，是地理學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)科學(xué)為GIS提供軟硬件保障，是GIS穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)使得GIS相關(guān)理論在計(jì)算機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)，空間數(shù)據(jù)的表達(dá)、地理實(shí)體的規(guī)則和空間分析的運(yùn)算等關(guān)鍵問題借助數(shù)學(xué)才可以在計(jì)算機(jī)上得以解決。

綜合以上相關(guān)學(xué)科可以看出，GIS具有學(xué)科交叉、應(yīng)用導(dǎo)向和工程學(xué)科的特點(diǎn)[8]。學(xué)科交叉不僅局限以上所述，還涉及到環(huán)境、生態(tài)、資源、信息、管理等學(xué)科知識，經(jīng)過學(xué)科交叉的發(fā)展，GIS的理念體系已經(jīng)構(gòu)成，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為地理信息科學(xué)。GIS應(yīng)用性強(qiáng)，廣泛涉及到科研、政府和產(chǎn)業(yè)等方面，包括房地產(chǎn)、公共健康、軍事國防、景觀建筑、城鄉(xiāng)規(guī)劃、交通物流等。隨著應(yīng)用的廣泛深入，系統(tǒng)開發(fā)的工程學(xué)特征使得GIS可以進(jìn)行多個(gè)領(lǐng)域或具體行業(yè)的模塊開發(fā)，使得GIS朝著普適化的方向發(fā)展，從而滿足普通大眾的需求。

因此，GIS教學(xué)層次應(yīng)按技術(shù)基礎(chǔ)、領(lǐng)域應(yīng)用、GIS基本理論依次遞進(jìn)[4]。技術(shù)基礎(chǔ)主要指IT技術(shù)，雖然GIS屬于地理學(xué)學(xué)科，但是作為信息系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是其必備的技術(shù)基礎(chǔ)。領(lǐng)域應(yīng)用不僅是GIS自身的特點(diǎn)，也是課程教學(xué)的一個(gè)重要層次，當(dāng)前眾多專業(yè)開設(shè)本課程，說明GIS應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，各行業(yè)意識到GIS解決方案帶來的利益。因此，GIS基本理論是GIS課程普及的關(guān)鍵所在，而具有應(yīng)用技能水平則需要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，包括地學(xué)、計(jì)算機(jī)、GIS等相關(guān)課程[9，10]，實(shí)踐操作則貫穿整個(gè)過程且具有重要意義[3，11]。

二、地理信息系統(tǒng)（GIS）課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

1.課程設(shè)置偏重理論。GIS專業(yè)課程設(shè)置、知識教育、教學(xué)現(xiàn)狀等均面臨著重理論，輕實(shí)踐的問題。主要原因在于專業(yè)設(shè)置較晚，最早在1997年教育部修訂后新增該專業(yè)[6]，雖然經(jīng)過近二十年的發(fā)展，GIS知識教育越來越普及，但是由于學(xué)科交叉、相關(guān)知識多等特點(diǎn)，普適化理論教育容易，實(shí)踐教育難，綜述近年來我國GIS教研文獻(xiàn)，也均存在輕視實(shí)踐的現(xiàn)狀[12]。

2.實(shí)踐教學(xué)層次不一。當(dāng)前GIS實(shí)踐教學(xué)主要有通識教育實(shí)踐、專業(yè)課程實(shí)踐和項(xiàng)目實(shí)踐培訓(xùn)，實(shí)踐教育水平由低到高[13]。通識教育實(shí)踐主要指GIS普及化發(fā)展所進(jìn)行的針對非專業(yè)人土進(jìn)行的GIS基本技能入門實(shí)踐，如高等院校針對非GIS專業(yè)開設(shè)的選修課等課程，有其對應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]；各行業(yè)在員工進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)時(shí)，把GIS實(shí)踐作為提升員工實(shí)踐素質(zhì)的一部分內(nèi)容等，通識教育實(shí)踐只能對目標(biāo)人員提供GIS技能入門，由于此部分人員大多對相關(guān)GIS基本理論掌握有限，實(shí)踐教育對自己今后技能提升有限。GIS專業(yè)課程實(shí)踐主要針對GIS專業(yè)學(xué)生設(shè)置的實(shí)踐類課程[4，12]，實(shí)踐課程包括測量學(xué)、地圖學(xué)、遙感、GIS等綜合性實(shí)踐實(shí)習(xí)，實(shí)踐教學(xué)體系較為完善，學(xué)生理論知識掌握完備，可以對學(xué)生進(jìn)行分層次培養(yǎng)[9，10]，實(shí)踐技能全面。項(xiàng)目實(shí)踐培訓(xùn)指當(dāng)前為GIS在某一領(lǐng)域應(yīng)用開設(shè)的專題培訓(xùn)，培訓(xùn)對象掌握理論狀況不一，實(shí)踐培訓(xùn)內(nèi)容大多是軟件介紹、項(xiàng)目應(yīng)用、技術(shù)提升等，經(jīng)過實(shí)踐培訓(xùn)，可以熟練掌握項(xiàng)目中某階段具體工作技術(shù)方法。

3.實(shí)踐條件明顯落后。理論掌握較難。由于GIS屬于交叉學(xué)科，理論教育涉及大量測量學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)內(nèi)容[13]，知識點(diǎn)繁多且難于理解，課程群銜接困難，造成理論教育效果難達(dá)預(yù)期，理論對實(shí)踐的指導(dǎo)作用不充分。

實(shí)踐教材種類多，與理論結(jié)合有限。當(dāng)前GIS實(shí)踐教學(xué)的參考教材較多[11，13]，大多只針對軟件操作的說明，與GIS基本理論相結(jié)合的實(shí)踐教材少，理論知識點(diǎn)在實(shí)踐教學(xué)中緊密實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前教材亟待解決的問題。

GIS實(shí)驗(yàn)室條件落后。專門的GIS實(shí)驗(yàn)室場地有限，實(shí)驗(yàn)室面積遠(yuǎn)跟不上實(shí)踐教學(xué)的需求。軟件安裝維護(hù)成本高，專業(yè)GIS軟件昂貴，種類繁多，很難全部購買安裝，同時(shí)軟件維護(hù)專業(yè)性強(qiáng)，專業(yè)人才少，實(shí)驗(yàn)室管理員缺乏，實(shí)驗(yàn)室管理模式落后。

三、GIS實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式探討

1.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的針對性。針對不同的教學(xué)對象，教材內(nèi)容也應(yīng)有不同的舍取。通識教育實(shí)踐在進(jìn)行軟件教學(xué)時(shí)一方面為教育人員提供基本GIS入門知識，另一方面針對教育人員知識背景開展專題應(yīng)用項(xiàng)目演示；而專業(yè)課程實(shí)踐則要求全面實(shí)踐技能支撐，要求基本技能掌握熟練，相關(guān)實(shí)踐涉及面廣泛；項(xiàng)目實(shí)踐培訓(xùn)針對性強(qiáng)，以完成課題為導(dǎo)向，不需全面掌握，只需要項(xiàng)目相關(guān)技能即可。

2.開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)近年來需求較大，一方面場地的不足大大限制了實(shí)踐教學(xué)的普及，另一方面實(shí)驗(yàn)室開放程度不足也限制了實(shí)踐教學(xué)的深入。因此，開放實(shí)驗(yàn)室模式是當(dāng)前認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室管理模式。規(guī)章制度應(yīng)該遵循“自律才能自由”的原則，只有制定完備的管理?xiàng)l約，實(shí)驗(yàn)室才能正常運(yùn)行；開放式指的是實(shí)驗(yàn)室沒有課程安排時(shí)，對有需求的人員提供實(shí)踐學(xué)習(xí)條件，這樣才能打破軟件等條件的限制，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教育全時(shí)化；實(shí)踐教學(xué)更應(yīng)該注重過程管理，在過程中引導(dǎo)GIS思維方式，培養(yǎng)GIS理論意識實(shí)踐化。GIS技術(shù)也可應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室管理中來，建立實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字實(shí)驗(yàn)室，輔助相關(guān)課程的教學(xué)等。

3.實(shí)踐教學(xué)模式探討。經(jīng)過相關(guān)課程講解，學(xué)生具備本次實(shí)踐理論知識，進(jìn)行GIS實(shí)踐教學(xué)（表1）。減少驗(yàn)證性實(shí)踐內(nèi)容，充分相信學(xué)生主觀能動性，在本次實(shí)驗(yàn)開始，向?qū)W生講明，按照實(shí)踐教材步驟依次完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，同時(shí)注重兩點(diǎn)意識，一是遇到問題先想辦法自己解決，符合軟件學(xué)習(xí)特點(diǎn)，解決不了可以經(jīng)過討論或提問解決；二是實(shí)驗(yàn)過程中，結(jié)合理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)步驟，思考每個(gè)步驟的解決目標(biāo)、方法原理、結(jié)果意義等，有助于更深入掌握理論，反過來指導(dǎo)實(shí)踐。在學(xué)生完成實(shí)踐教材步驟任務(wù)過程中，老師只進(jìn)行答疑，不統(tǒng)一演示實(shí)驗(yàn)步驟，完成后，統(tǒng)一講解普遍問題。實(shí)驗(yàn)作業(yè)作為實(shí)踐教學(xué)的核心，利用ArcGIS 10.0自帶安裝數(shù)據(jù)布置作業(yè)，作業(yè)數(shù)據(jù)與教材數(shù)據(jù)不同，但是作業(yè)中運(yùn)用了教材要求的處理方法，如作業(yè)1要求融合并運(yùn)用了之前實(shí)踐教學(xué)的渲染等操作，鍛煉學(xué)生更換情景后運(yùn)用理論知識并通過軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)果。做作業(yè)的過程中，通過參考實(shí)踐教材，加深學(xué)生方法原理等內(nèi)容的印象。最終，通過實(shí)驗(yàn)作業(yè)報(bào)告，學(xué)生可以更深入總結(jié)體會實(shí)踐內(nèi)容。

四、結(jié)束語

GIS課程實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)決定了實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)中十分重要的一環(huán)，當(dāng)前課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀問題突出，應(yīng)用導(dǎo)向廣泛，作為提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要一環(huán)，實(shí)踐教學(xué)模式探索改革創(chuàng)新可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。針對教學(xué)對象，加強(qiáng)實(shí)踐內(nèi)容的針對性，包括實(shí)驗(yàn)室軟硬件的建設(shè)在內(nèi)的開放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以在一定程度解決實(shí)踐機(jī)會不足的問題，實(shí)踐教學(xué)方案改革以學(xué)習(xí)者為主體，充分發(fā)動其主觀能動性，相對傳統(tǒng)的教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)習(xí)者具備GIS的思維方式和基本技能，可以為本行業(yè)提供GIS解決方案?？傮w上，師資力量和實(shí)驗(yàn)教材等方面的提升，加強(qiáng)開放GIS實(shí)驗(yàn)室的管理，在實(shí)踐教學(xué)上，建議改變應(yīng)試模式，轉(zhuǎn)變實(shí)踐教學(xué)方法，考核方式應(yīng)該更加重視學(xué)生的自主能動性等方面。

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