淺談地理信息系統(tǒng)多層次教學及教育資源的共享和利用

尚艷亮 李巖

摘 要：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種空間信息系統(tǒng)，是地理科學、空間科學與信息科學相互融合的產(chǎn)物，在地理研究與社會發(fā)展等各方面的發(fā)揮了重要作用。文章首先探討了地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學的重要性，并結合當前地理信息系統(tǒng)教學存在的資源不足等問題，探討地理信息系統(tǒng)多層次教學與教育資源的共享與利用。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；多層次教學；教育資源

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）07-0110-03

Abstract： Geographic Information System（GIS） is a spatial information system. It is the product of the integration of geography， space science and information science. It plays an important role in all aspects of geography research and social development. This paper first discusses the importance of geographic information system teaching， and discusses the sharing and utilization of multi-level teaching and educational resources of GIS based on the problems of insufficient resources in current GIS teaching.

Keywords： Geographic information system； multi-level teaching； educational resources

前言

目前，地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃與建設、環(huán)境保護、資源監(jiān)測、景觀規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控、自然災害預警等各方都發(fā)揮著重要作用，同時也是地理科學進一步發(fā)展的重要基礎，其重要性愈發(fā)凸顯。地理信息系統(tǒng)憑借其在地理科學與信息技術方面的應用，未來勢必具有非常大的應用前景與發(fā)展空間，應當通過優(yōu)化地理信息系統(tǒng)的教學模式與教育資源兩方面入手進一步推動其發(fā)展與進步。

一、地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學的重要性

地理信息系統(tǒng)專業(yè)的設置，是出于為我國提供高水平地理信息系統(tǒng)人才的需要。地理信息系統(tǒng)在推動地理學學科的進一步發(fā)展方面會起到重要作用，有利于地理學實現(xiàn)大區(qū)域、大范圍的綜合研究，對地理綜合體的結構、演化、空間分布等方面的研究與分析而言具有重大意義。同時，地理信息系統(tǒng)作為地理學的重要分支，正在逐步發(fā)展成為獨立的地球信息科學，憑借地理科學、空間技術與信息技術的有效融合，必將取得更大的發(fā)展。

在人才培養(yǎng)方面，地理信息系統(tǒng)的專業(yè)教學，能夠為地理科學的進步與發(fā)展提供更多的專業(yè)化人才，同時又基于地理信息系統(tǒng)的綜合性與信息化，以及地理信息系統(tǒng)在城市建設、生態(tài)保護、景觀建設、環(huán)境監(jiān)測、資源監(jiān)測、災害預報等方面的廣泛應用，精通地理信息系統(tǒng)的人才的市場需求將進一步提升，市場需求的變化也會推動地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程涉及領域的延展。隨著市場經(jīng)濟的高速發(fā)展、城市化進程的加快，以及環(huán)境與地球科學意識的逐漸覺醒，各國都在進行地理信息系統(tǒng)商業(yè)化應用的探索，并開始研究建設多功能、綜合性、共享化的綜合地理信息系統(tǒng)，如美國推行的“信息高速公路”計劃、“數(shù)字地球”計劃以及我國正在推行的“21世紀議程”等，都將地理信息系統(tǒng)的建設作為戰(zhàn)略性發(fā)展項目，這種情況下，對于地理信息系統(tǒng)人才也提出了全新的要求[1]。

二、地理信息系統(tǒng)多層次教學

（一）教學內(nèi)容設置

基于地理信息系統(tǒng)技術應用的需要，在具體的課程設置中，增加對于圖形因素的點、線、弧、圓、面等要素的關系辨別，多邊形內(nèi)角與外角、多邊形差、多邊形面積、線緩沖區(qū)等相關數(shù)據(jù)的計算以及三角網(wǎng)生成教學等內(nèi)容，以及在應用地理信息系統(tǒng)技術時常用的計算機和等算法，并對地理信息系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)、信息、參數(shù)、實體、結構等教學內(nèi)容加以補充。在對地理信息系統(tǒng)技術應用過程中的計算機圖形相關內(nèi)容的課程安排時，可以對現(xiàn)階段常見的地理信息系統(tǒng)設備或系統(tǒng)作為切入點，以更好地幫助學生了解其功能，如ArcGIS、MapGIS、GISwin等，通過地理信息系統(tǒng)軟件平臺的可視化效果，并結合地理信息系統(tǒng)軟件平臺的二次開發(fā)功能作為示例，以幫助學生更好地理解計算機圖形學在地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)中的重要作用。

（二）多層次課堂教學

多層次教學模式的應用，是基于不同學生之間存在的個性化與差異性，對其采取的差異性教學，有針對性地采取不同教學指導方法，以便于學生能夠更好地理解知識體系，實現(xiàn)更好的發(fā)展，同時也是培養(yǎng)層次化發(fā)展人才的重要途徑。在地理信息系統(tǒng)教學中采用多層次教學方法，在推進全面發(fā)展人才培養(yǎng)的過程中，可以按照應用型、技術型與研究型三種方向，根據(jù)學生性格與長處進行劃分，并對其采取不同的教學方法，有傾向性與側重性地進行開展教學活動。

圖1 多層次課程教學模式

其中，應用型人才主要培養(yǎng)其3D Max（3D動畫渲染）、open GL（開放式圖形庫）等軟件與程序接口的應用，包括地理圖形繪制、圖形處理、圖形工具應用、相關算法等，并培養(yǎng)應用型人才更加熟練地在地理信息系統(tǒng)平臺上應用各種算法的能力，要求應用型人才具有較強的實踐能力與動手操作能力；技術型人才更加側重于培養(yǎng)其地理信息系統(tǒng)軟件平臺的變成與開發(fā)，需要進一步理解算法理論與算法實現(xiàn)策略，進而掌握地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)的圖形繪制與處理技能；研究型人才傾向于相關算法與變成應用的基礎理論，對地理信息系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢與應用前沿有所了解，具備足夠的創(chuàng)新思維與研究能力，能夠推動地理信息系統(tǒng)技術的進一步發(fā)展[2]。例如，研究型人才部需要綜合考慮地理信息系統(tǒng)學科現(xiàn)在發(fā)展的重要方向，如大數(shù)據(jù)、實時性、三維化與影像數(shù)據(jù)等，并探索地理信息系統(tǒng)與VR或AR應當如何實現(xiàn)有機融合。

實踐案例講解是對課程中的算法在地理信息系統(tǒng)平臺系統(tǒng)中應用方法與應用效果進行演示，通過案例講解與演示提高學生的學習熱情與積極性，并進一步提高課程教學效果與質(zhì)量，更好地實現(xiàn)教學目標；基礎算法理論眼就是對基礎算法思想進行講解，具體包括open GL圖形庫、以MFC為基礎的DES算法的操作與實現(xiàn)、地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)平臺的算法接口演示等。以基礎算法理論研究分層次教學為例，要求應用型學生將關注重點放在open GL圖形庫算法實現(xiàn)演示、地理信息系統(tǒng)基礎平臺算法接口演示等方面；要求技術型學生將關注重點放在以MFC為基礎的DES算法的操作與實現(xiàn)方面。

（三）實踐教學策略

首先，可以結合小組合作式教學模式，引導學生進行自行分組，或者由教師進行分組，每組人數(shù)控制在3-4人，由學生根據(jù)自身興趣與未來發(fā)展方向來自主選擇實踐操作課題、實踐目標與實踐方法等，對學生的團隊合作加以鼓勵，引導學習小組進行分工協(xié)作，填寫實踐操作明細與分工明細等，并將之作為學生考評與成績評定的重要依據(jù)，以避免傳統(tǒng)教學方式中，同一小組成員由于沒有明確分工而產(chǎn)生的成績趨同的問題，并避免由此產(chǎn)生的學生課題研究積極性不高的情況[3]。例如，某小組的實踐課題是“校園三維系統(tǒng)建模與可視化”，該項目不僅需要三維建模技術，還要用到SpeedTree技術、PathTool技術等，并且需要通過全站儀、GPS等設備采集校園具體參數(shù)，如建筑物輪廓、路燈與道路位置等，要求具備足夠的精度，研究小組就可以按照測量、建模等具體工作進行分工，在項目完整之后，教師針對項目完整的整體情況進行量化評分，并結合小組分工情況進行個人評分，以此避免傳統(tǒng)小組合作中的“絕對平均”問題。

其次，任務驅(qū)動式教學模式。在進行實踐教學時，教師應當充分利用實踐教學的實踐，有效提升實踐教學效率，在實踐教學中進行師-生、生-生、小組-小組之間充分的交流與溝通，將資料收集、編程與代碼輸入等工作放在課外時間進行。實踐課程開始則直接布置實踐任務，充分發(fā)揮“任務驅(qū)動式”教學模式，鼓勵學生將課堂實踐放在具體的研究方面，充分利用課堂實踐排除實踐項目中存在的干擾與障礙。

最后，建立系統(tǒng)性思維。地理信息系統(tǒng)學科的教學活動強調(diào)實踐操作，確保實踐成果具備重復性與實效性價值，在實際生活與學習中能夠發(fā)揮起作用。例如，在實踐教學中所編制的簡單圖形繪制算法，就可以作為后續(xù)圖形填充、剪裁、變換等操作的基礎。同時，地理信息系統(tǒng)學科課程之間的實踐操作成果，具備開放性價值，能夠?qū)崿F(xiàn)不同層次與方向的實踐。例如，地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學中開設的計算機語言程序設計、結構算法、數(shù)據(jù)庫原理等課程，以及地理信息系統(tǒng)軟件工程等，在數(shù)據(jù)結構與課程實踐方面都可以相互開放與相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同課程之間的內(nèi)容銜接，并盡量避免課程內(nèi)容設置方面出現(xiàn)的重復性問題。

三、地理信息系統(tǒng)教學資源共享與利用

（一）建設多源頭的教學資源

實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)教學資源的共享與利用，應當基于CDIO工程教育模式，在學生學習的過程中，將教學資源加以細化，并分別制定相應的具體目標，以學習目標為驅(qū)動力，調(diào)動學生的學習熱情與積極性，并引導學生充分利用教學資源與教學平臺，充分發(fā)揮其自主性與獨立性，進行課下的自主學習，培養(yǎng)學生的自主學習能力，并且培養(yǎng)其實踐操作能力[4]。

基于這一需求，可以通過不同學科、不同學校、不同區(qū)域乃至不同國家之間的充分合作，建立區(qū)域之間的校際聯(lián)盟、或者與過國外知名大學進行合作，實現(xiàn)雙方的資源共享，建立地理信息系統(tǒng)課程教師團隊等。例如，中國地質(zhì)大學主導成立的“面向異構環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學團隊“項目，就聯(lián)合武漢大學、華東師范大學等知名學府，以及擁有學術前沿水平的海歸學者、專家學者等組成了創(chuàng)新型教學團隊，基于各自團隊、教學經(jīng)驗、前沿學術、校際之間的教學資源等，聯(lián)合編制了立體教材體系，包括《地理信息系統(tǒng)原理與方法》《地圖學教程》《地理信息系統(tǒng)分析與應用》等13本教材，將教學資源整合重組，轉(zhuǎn)化為教學材料，大力推動了教材建設水平，充分實現(xiàn)了教學資源、理論資源與技術資源等多方面共享，并且憑借教學創(chuàng)新團隊的復雜來源，實現(xiàn)了教學資源的多源頭，并以地理信息系統(tǒng)精品課程的形式呈現(xiàn)在學生面前，有利于更好地開拓學生的視野，提高學生的學習質(zhì)量與學習水平。

在建設多源頭教學資源的過程中，還應當將實踐項目作為主要導向，注重維護課程、專業(yè)與教學資源的特色，在發(fā)揮教學特色的過程中充分體現(xiàn)先進的教學理念，并大力培養(yǎng)教師建設課程網(wǎng)站與教學平臺資源的能力，提高教師對于現(xiàn)代化信息技術的應用能力，通過不同教研組教師之間的協(xié)調(diào)與分工，進一步提高地理信息系統(tǒng)教學資源庫建設質(zhì)量與規(guī)模[5]。

（二）建設開放式的網(wǎng)絡資源

在進行網(wǎng)絡課程的資源建設的過程中，應當明確教學資源對于地理信息系統(tǒng)教學的重要作用，從多種角度對教學資源加以維護與補充。同樣以中國地質(zhì)大學主導建立的“面向異構環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學團隊”項目為例，該項目通過建設省級地理信息系統(tǒng)精品課程，將教師資源、教學資源進行在線分享，具體包括師資力量、課程簡介、課程評價、項目研究、課程錄像、教學大綱、在線教學、電子教案、在線測試、在線答疑等，將教學網(wǎng)站與遠程教學相結合，構建了全面的地理信息系統(tǒng)課程教學資源的共享路徑，也對傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)教學資源起到了有效的拓寬與延伸效果。

（三）建設交互式的教學平臺

針對學生的疑惑，教師應當在網(wǎng)路平臺上予以及時回復，對于學生的幼稚問題也應當心平氣和地予以解答，以避免學生的積極性與自尊心受到打擊。教師在網(wǎng)絡教學平臺上通過有效的引導與激勵，可以更好地幫助學生學習相關知識，培養(yǎng)學生良好的自主學習習慣、提高學生的主動性與積極性[6]。例如，武漢大學《地理信息系統(tǒng)原理》在線教學課程中，整體教學計劃中包含三次大作業(yè)，如矢量與柵格編碼方法練習等，在過程中，教師可以通過有效的引導與激勵方法，有效激發(fā)學生的潛力，培養(yǎng)學生的習慣，以幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣。

四、結束語

地理信息系統(tǒng)具有多元化、綜合性、信息化等優(yōu)勢，具有較好的空間分析效果，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸成為地理科學與信息領域最為熱門的技術之一，受到了廣泛關注。地理信息系統(tǒng)教學活動與學科假設的過程中，應當不斷更新教學理念與教學模式，進一步提高教學質(zhì)量，并通過學校之間、區(qū)域之間的充分聯(lián)合，進一步實現(xiàn)教學資源的共享與充分利用。

參考文獻：

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