非測繪專業(yè)地理信息系統(tǒng)實驗教學(xué)改革

成遣，楊國范，高振東

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，遼寧 沈陽110866）

地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS，是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示的技術(shù)系統(tǒng)。GIS 這幾年逐漸與互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)聯(lián)系到一起，得到了很好的應(yīng)用。GIS 理念已經(jīng)逐漸滲透到工作、學(xué)習(xí)、生活的各個方面，其角色正在由專業(yè)化服務(wù)邁向普及化應(yīng)用。為了適應(yīng)社會的發(fā)展需求，越來越多的非測繪專業(yè)開設(shè)GIS 課程［1］，例如沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，其農(nóng)業(yè)水利工程、水利水電工程、水土保持與荒漠化防治、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、土地資源管理等專業(yè)均將GIS 課程安排在教學(xué)計劃中。但隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS 理論知識的同時，還需將GIS與專業(yè)結(jié)合起來進(jìn)行一定程度的行業(yè)應(yīng)用，解決實際問題。因此，針對非測繪專業(yè)的GIS 課程需要從基礎(chǔ)知識逐漸轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，這就需要加大實驗教學(xué)力度，設(shè)定特定的專題實驗項目，以提升學(xué)生的GIS 應(yīng)用能力。

一、GIS 課程現(xiàn)狀分析

相對于GIS 技術(shù)及應(yīng)用服務(wù)的快速發(fā)展，目前的GIS實驗教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重落后于行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，也與實際應(yīng)用需求脫節(jié)。非測繪專業(yè)的GIS 實驗，普遍目的是學(xué)會一種GIS軟件的實際操作，例如ArcGIS、MapGIS、MapInfo 等平臺基本菜單操作。成績考核一般是要求做出一幅比較好看的地圖，內(nèi)容包括地圖配準(zhǔn)、地圖矢量化、符號化和簡單的緩沖區(qū)分析、專題地圖制作等，雖然學(xué)生能熟練操作軟件，但忽略了與本專業(yè)的結(jié)合應(yīng)用，沒有達(dá)到專業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

非測繪專業(yè)的GIS 實驗在課程安排及內(nèi)容上不像測繪專業(yè)全面和具體，這就需要教師把有限的課時放在重點內(nèi)容上。但往往學(xué)生學(xué)完GIS 后，感覺只是掌握了一門GIS 軟件，遇到行業(yè)問題還是無法用GIS 來解決實際問題。而且實驗內(nèi)容在設(shè)計上關(guān)聯(lián)性比較差，各自獨立，沒有形成教學(xué)體系，造成學(xué)生只會單純模仿，無法提高其創(chuàng)新能力及應(yīng)用能力，這樣與開設(shè)這門課的初衷不符［2］。

部分非測繪專業(yè)開設(shè)的GIS 課程為專業(yè)選修課，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不足，再加上整個實驗內(nèi)容過于僵化及形式化，多數(shù)為驗證性的實驗，這就會造成學(xué)生在整個實驗過程中表現(xiàn)出抵觸及懶惰情緒。

鑒于以上GIS 課程目前所存在的問題，需要對當(dāng)前的GIS 實驗架構(gòu)及內(nèi)容做一定的改革創(chuàng)新，設(shè)計符合學(xué)生專業(yè)特點、貼近社會需求的專題案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及參與度，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。本文以農(nóng)業(yè)水利工程、土地資源管理專業(yè)的GIS 課程為例，探討GIS 課程的實驗教學(xué)改革方案。

二、實驗教學(xué)內(nèi)容改革

（一）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在實驗教學(xué)開始前，教師可以5—6 人一組，提前給學(xué)生分好組，以小組為單位完成GIS 在行業(yè)應(yīng)用前景的詳細(xì)報告。在授課過程中，教師指定熱點專題內(nèi)容鼓勵學(xué)生查閱資料開展專題設(shè)計，將最終報告及設(shè)計方案作為GIS 課程成績的一部分。這樣有助于學(xué)生提前了解GIS 的相關(guān)軟件以及其在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，對應(yīng)用GIS 進(jìn)行專題設(shè)計的脈絡(luò)有系統(tǒng)認(rèn)識，既有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（二）優(yōu)化實驗內(nèi)容

為了適應(yīng)社會發(fā)展需求，教師可結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對現(xiàn)有教學(xué)實驗內(nèi)容進(jìn)行篩選、整合，在教學(xué)實驗中刪掉演示性實驗，多增加專題類實驗；改掉學(xué)生單純模仿操作的問題，讓學(xué)生在實驗中思考；在整個實驗教學(xué)過程中圍繞熱點專題內(nèi)容展開，圍繞1—2 個主題開展，增加實驗內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，形成系統(tǒng)框架，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中保持思路清晰。除了讓學(xué)生熟練掌握GIS 軟件各模塊的操作，關(guān)鍵是讓學(xué)生了解GIS 與專業(yè)知識結(jié)合，在行業(yè)上的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

例如，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)結(jié)合ArcGIS 的疊加分析及三維場景功能進(jìn)行農(nóng)田淹沒面積分析，需要學(xué)生將土地分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成shp 格式，涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。由等高線或高程點數(shù)據(jù)生成DEM，涉及空間分析［3］；采集水系數(shù)據(jù)，涉及數(shù)據(jù)采集及編輯；生成洪水災(zāi)害風(fēng)險圖，涉及多圖層疊置分析；建立三維場景，涉及空間三維建模；最后進(jìn)行農(nóng)田淹沒分析，涉及屬性提取及統(tǒng)計分析。土地資源管理專業(yè)結(jié)合ArcGIS 進(jìn)行土地調(diào)查數(shù)據(jù)的檢查及土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的建立；在土地調(diào)查數(shù)據(jù)的檢查過程中，需要進(jìn)行圖形和屬性的一致性檢驗，涉及數(shù)據(jù)采集及編輯；在圖斑檢查時，還需建立拓?fù)潢P(guān)系，涉及空間分析；土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的建立過程中，需要對基礎(chǔ)圖件進(jìn)行掃描矢量化，涉及圖像配準(zhǔn)及矢量化；在建立圖形數(shù)據(jù)庫及屬性數(shù)據(jù)庫的過程中，涉及數(shù)據(jù)編輯及管理以及拓?fù)潢P(guān)系的建立［4］。生成土地利用現(xiàn)狀圖涉及專題地圖的制作及圖形整飾?？梢姡趯ｎ}實驗過程中，不但讓學(xué)生熟練掌握了軟件各模塊的使用方法，同時也結(jié)合各專業(yè)特點鞏固了學(xué)生對理論知識的理解，強(qiáng)化了學(xué)生的行業(yè)應(yīng)用能力。

（三）考核方式多元化

在考核方式上可以靈活多變，將考核成績分為考勤、專題報告、課堂提問、專題設(shè)計方案、上機(jī)考核五個部分，分別占總成績的10%、20%、10%、30%、30%。考勤是為了端正學(xué)習(xí)態(tài)度，認(rèn)真對待GIS 課程。專題報告是為了鼓勵學(xué)生自主收集相關(guān)學(xué)習(xí)資料，開闊眼界，了解本專業(yè)開設(shè)GIS 課程的重要性，激發(fā)學(xué)生的求知欲。課堂提問是為了讓學(xué)生有效利用課堂時間，不消極怠慢，及時消化吸收課堂知識點。專題設(shè)計方案是鼓勵學(xué)生自主設(shè)計、自主創(chuàng)新，有利于引導(dǎo)學(xué)生脫離死記硬背，以實踐應(yīng)用為主，提高學(xué)生的積極性及應(yīng)用能力。上機(jī)考核是為了檢驗學(xué)生的GIS 軟件操作能力及應(yīng)用能力。從成績分配來看，GIS 考核主要強(qiáng)調(diào)實驗、實踐部分的重要性。

（四）完善實驗室配套設(shè)施

完善實驗室內(nèi)相應(yīng)的GIS 所需的軟硬件，高校應(yīng)在實驗室配置相應(yīng)的打印機(jī)、掃描儀、繪圖儀、投影儀等硬件設(shè)施，在實驗室電腦安裝相應(yīng)的ArcGIS、MapGIS、ErdasImagine 等GIS 軟件及圖像處理軟件以及Mike21、Fragstats 等專業(yè)軟件，讓學(xué)生參與圖形掃描、配準(zhǔn)、矢量化、專題設(shè)計中，使學(xué)生在設(shè)計中實踐，在實踐中提升其成就感，在實驗室內(nèi)部安排圖書借閱資料，學(xué)生可以根據(jù)GIS 課程的掌握程度借閱相關(guān)書籍。

（五）加強(qiáng)擴(kuò)展學(xué)習(xí)能力

首先，學(xué)習(xí)能力的擴(kuò)展。教師可給學(xué)生推薦優(yōu)秀的GIS學(xué)習(xí)論壇、微信公眾號及GIS 網(wǎng)站，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的GIS 相關(guān)知識。

其次，行業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)展。在學(xué)生已經(jīng)熟練掌握GIS 軟件模塊及空間分析應(yīng)用的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)適度加強(qiáng)擴(kuò)展訓(xùn)練學(xué)習(xí)。農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)學(xué)生可以在掌握圖形矢量化、緩沖區(qū)分析及疊加分析的基礎(chǔ)上適度開展生態(tài)需水量分析來解決農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)狀。土地資源管理專業(yè)的學(xué)生在掌握圖形矢量化、數(shù)據(jù)庫的建立、統(tǒng)計分析后適度結(jié)合生態(tài)模型開展土地利用現(xiàn)狀的破碎度分析來開展土地利用類型的格局優(yōu)化研究。通過行業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)展訓(xùn)練，不但加強(qiáng)了學(xué)生基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，也讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)科交叉的優(yōu)勢。

最后，學(xué)習(xí)深度的擴(kuò)展。每個學(xué)生的理解能力及接受知識程度不同，在授課過程中也應(yīng)因材施教。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果適度鼓勵學(xué)生開展平臺二次開發(fā)及組件式開發(fā)的學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

非測繪專業(yè)地理信息系統(tǒng)的實驗教學(xué)應(yīng)從實驗安排的連貫性、內(nèi)容的科學(xué)性和可操作性出發(fā)，符合專業(yè)特點，加大專題實驗教學(xué)力度，優(yōu)化實驗內(nèi)容以及考核方式，為學(xué)生營造良好的實驗環(huán)境，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)的GIS 應(yīng)用方法，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生所學(xué)知識貼合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用能力滿足市場需求，從而實現(xiàn)非測繪專業(yè)地理信息系統(tǒng)實驗教學(xué)的目標(biāo)。