云環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革初探

魯立江 張振國(guó) 李新偉 劉吉?jiǎng)P

摘要：WebGIS是GIS的網(wǎng)絡(luò)化，是地理信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。WebGIS是地理信息科學(xué)（GIS）專業(yè)本科生的一門(mén)重要的實(shí)踐課程，傳統(tǒng)環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了一定的成果，但其在數(shù)據(jù)處理、服務(wù)發(fā)布、團(tuán)隊(duì)協(xié)作方面仍然存在一些困難和不足，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。本文總結(jié)了傳統(tǒng)環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的困難，探討了云環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方案，闡述了云環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：WebGIS;實(shí)驗(yàn)教學(xué);云環(huán)境

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）26-0158-02

GIS是在計(jì)算機(jī)軟件、硬件支持下，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析和顯示的系統(tǒng)。WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）是指工作在Web網(wǎng)上的GIS，是傳統(tǒng)的GIS在網(wǎng)絡(luò)上的延伸和發(fā)展，具有傳統(tǒng)GIS的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的檢索、查詢、制圖輸出、編輯等GIS基本功能，同時(shí)也是Internet 上地理信息發(fā)布、共享和交流協(xié)作的基礎(chǔ)[1]。在互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展的今天，Web服務(wù)正在進(jìn)入千家萬(wàn)戶，它使用戶不用具備太多專業(yè)知識(shí)，給普通用戶使用GIS功能提供了極大的便利。

1 WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，GIS專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生主要從事兩方面的工作：①理論研究;②應(yīng)用研究[2]。應(yīng)用研究主要包括軟件應(yīng)用和軟件開(kāi)發(fā)。除少數(shù)人可從事理論研究及相關(guān)工作，絕大部分GIS專業(yè)畢業(yè)生從事軟件應(yīng)用及開(kāi)發(fā)。而隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，WebGIS開(kāi)發(fā)及其相關(guān)工作所需人才越來(lái)越多，如何培養(yǎng)符合用人單位需要的WebGIS開(kāi)發(fā)人才，是各高校需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。

（1）單機(jī)操作

每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的操作，包括軟件的安裝配置、數(shù)據(jù)處理和服務(wù)發(fā)布等都在一臺(tái)機(jī)器上完成，不同學(xué)生之間可在組內(nèi)交流意見(jiàn)，組與組之間缺少溝通、交流。

（2）資源循環(huán)利用性差

上課期間所處理的數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)于每臺(tái)機(jī)器上，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室機(jī)器被不同專業(yè)、年級(jí)的學(xué)生使用，數(shù)據(jù)及服務(wù)經(jīng)常出現(xiàn)丟失和損壞，發(fā)布的地圖服務(wù)經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的現(xiàn)象，資源循環(huán)利用性較差。

（3）交互性差

由于數(shù)據(jù)及服務(wù)的使用在單機(jī)上，不同機(jī)器間數(shù)據(jù)和服務(wù)的相互交流存在困難，只能針對(duì)特定數(shù)據(jù)、特定服務(wù)進(jìn)行討論和修改，各組之間、各機(jī)器之間交互性較差。

2 云環(huán)境下WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.1傳統(tǒng)環(huán)境和云環(huán)境的區(qū)別

傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境在使用方式、處理方式和共享方式上都存在一定的不足，云環(huán)境則出現(xiàn)了較大改觀，云環(huán)境比傳統(tǒng)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面[5-6]：

（1）便捷自助服務(wù)：不需要人與人之間復(fù)雜的協(xié)商程序，使用者可根據(jù)需求獲取服務(wù)器的存儲(chǔ)空間和資源[7]。

（2）良好的兼容性：云環(huán)境對(duì)使用者所使用的設(shè)置沒(méi)有嚴(yán)格要求，可以兼容平板電腦、筆記本電腦、工作站、手機(jī)等硬件[8-9]。

（3）資源池化：匯集服務(wù)商的運(yùn)算資源，以多租戶模式，服務(wù)于多個(gè)客戶，并根據(jù)客戶需求，自動(dòng)分配或重新分配不同的實(shí)體及虛擬資源[10]。

（4）服務(wù)可量化：云計(jì)算通過(guò)計(jì)量功能自動(dòng)控制和優(yōu)化資源使用，如存儲(chǔ)、處理器、帶寬以及活躍用戶數(shù)等。資源利用狀況能夠被監(jiān)視、控制和報(bào)告，透明地向服務(wù)商和消費(fèi)者提供所使用服務(wù)的情況[11- 12]。

2.2云環(huán)境下Web實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

在云環(huán)境下進(jìn)行WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可充分利用云環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，使WebGIS教學(xué)過(guò)程高效、簡(jiǎn)便。在云環(huán)境下學(xué)生操作主要步驟和流程如下（圖1）。

（1）數(shù)據(jù)在線處理

首先在云服務(wù)器上安裝數(shù)據(jù)處理軟件，使云服務(wù)器具有數(shù)據(jù)處理能力，服務(wù)器的這種數(shù)據(jù)處理能力具有良好的共享性。每個(gè)學(xué)生可利用云服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力處理各自的數(shù)據(jù)，處理結(jié)果可存儲(chǔ)在云端，無(wú)論在何地、何時(shí)，都可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)情況和處理結(jié)果。

（2）地圖服務(wù)云端發(fā)布

在服務(wù)器上安裝地圖發(fā)布軟件，使云服務(wù)器具備地圖發(fā)布及管理功能。將之前處理好的空間數(shù)據(jù)發(fā)布成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，由于云服務(wù)器的共享性好，發(fā)布的地圖服務(wù)可供所有用戶使用，這樣所有學(xué)生發(fā)布的地圖服務(wù)人人可訪問(wèn)。

（3）地圖服務(wù)調(diào)用與調(diào)試

所有學(xué)生發(fā)布的服務(wù)是對(duì)外共享的，后期所有學(xué)生發(fā)布的服務(wù)可相互調(diào)用與調(diào)試。

3 安徽科技學(xué)院地理信息科學(xué)專業(yè)WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成效

近年來(lái)，安徽科技學(xué)院地理信息科學(xué)專業(yè)結(jié)合WebGIS傳統(tǒng)教學(xué)中的實(shí)際情況，逐步改革WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)更新教學(xué)方式、方法。在最新的專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，也對(duì)WebGIS課程結(jié)構(gòu)做出了相應(yīng)的調(diào)整，WebGIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了一定的成效。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（表2）。

（1）教學(xué)實(shí)驗(yàn)視覺(jué)效果好，提高了學(xué)生興趣

傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理及地圖服務(wù)的發(fā)布及調(diào)用均是分割開(kāi)的，數(shù)據(jù)的可視化需若干環(huán)節(jié)的相互配合且在調(diào)試過(guò)程中較易出現(xiàn)問(wèn)題，這使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體驗(yàn)較差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法流暢的體現(xiàn)。將云環(huán)境與WebGIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，數(shù)據(jù)的各處理環(huán)節(jié)具有相同的配置環(huán)境，同時(shí)數(shù)據(jù)的展示過(guò)程更加簡(jiǎn)化，學(xué)生可實(shí)時(shí)查看地圖服務(wù)的具體信息，極大的提高了學(xué)生的操作興趣。

（2）提高了數(shù)據(jù)重用性，加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作

傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下，由于實(shí)驗(yàn)機(jī)器在硬件配置和參數(shù)設(shè)置方面的差異，相同數(shù)據(jù)在不同機(jī)器、不同配置下的可視化效果具有差異性。另外，由于數(shù)據(jù)的丟失、損壞等問(wèn)題的出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)的重用性較差。在云環(huán)境下，數(shù)據(jù)一經(jīng)上傳，在不進(jìn)行針對(duì)性刪除時(shí)其在服務(wù)器上是固定的，這些固定的數(shù)據(jù)可供所有使用者使用，具有良好的共享性。傳統(tǒng)環(huán)境下團(tuán)隊(duì)協(xié)作多在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并且實(shí)現(xiàn)的效果并不能快速、有效的分享到所有團(tuán)隊(duì)成員。但在云環(huán)境下，無(wú)論是發(fā)布的地圖服務(wù)還是空間數(shù)據(jù)，所有成員可實(shí)時(shí)查看與調(diào)試，即使在不同地點(diǎn)和不同時(shí)間，各團(tuán)隊(duì)成員都可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。

（3）提高了教師講解的系統(tǒng)性

傳統(tǒng)環(huán)境下，教師在講授WebGIS知識(shí)點(diǎn)及操作流程時(shí)，可通過(guò)多媒體共享自己的數(shù)據(jù)和案例。但是在解決學(xué)生的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，由于機(jī)器間存在配置差異，其共享性和可達(dá)性是較差的，解決的問(wèn)題也缺少擴(kuò)展性和全面性。在云環(huán)境下，所有服務(wù)可隨時(shí)調(diào)用和調(diào)試，且所以數(shù)據(jù)和地圖服務(wù)具備相同的環(huán)境配置，有利于問(wèn)題的解決和學(xué)生的理解。

4 結(jié)束語(yǔ)

WebGIS課程涉及的理論和技術(shù)較多，是空間分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，這也使得WebGIS相關(guān)理念和技術(shù)更新?lián)Q代較快。在這種環(huán)境下，WebGIS傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案存在不足和瓶頸，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)將WebGIS教學(xué)過(guò)程和“云”相結(jié)合，可有效提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，便于學(xué)生理解和實(shí)施，也給教師講解帶來(lái)了極大的便利。

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