“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

劉桂萍 于雯婕

[摘 要] 針對(duì)新疆大學(xué)“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合資源勘查工程專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。在“地理信息系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中增加實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系，注重綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分挖掘課程思政元素，將愛國主義、愛崗敬業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、合作精神、責(zé)任意識(shí)、吃苦耐勞融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并探索多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的思想道德水平和文化素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 地理信息系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革;資源勘查工程

[基金項(xiàng)目] 2020年度新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)聯(lián)合基金項(xiàng)目“塔里木北緣早古生代地殼演化：來自現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石U-Pb-Hf同位素的約束”（2020D01C049）

[作者簡(jiǎn)介] 劉桂萍（1982—），女，山東菏澤人，碩士，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院講師，主要從事GIS研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）28-0064-04 ? [收稿日期] 2021-04-27

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門新型交叉學(xué)科，所涉及的學(xué)科包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、地理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等[1-3]。新疆大學(xué)開設(shè)的“地質(zhì)軟件綜合應(yīng)用”是與“地理信息系統(tǒng)原理”理論課程相配套的實(shí)驗(yàn)課程，共48課時(shí)，該課程為我校資源勘查工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程，是一門應(yīng)用性和操作性很強(qiáng)的課程[4]。針對(duì)新疆大學(xué)GIS課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合資源勘查工程專業(yè)特點(diǎn)，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議，以期提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

（一）實(shí)踐教學(xué)方法單一

實(shí)驗(yàn)課程根據(jù)相應(yīng)的章節(jié)開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在我國高校GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用給定的練習(xí)數(shù)據(jù)，學(xué)生普遍在ArcGIS軟件平臺(tái)下完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括軟件介紹、空間數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、圖像配準(zhǔn)和矢量化、空間查詢與空間分析等[5]，使用的教學(xué)軟件較為單一，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)GIS的理解和認(rèn)知大多停留在ArcGIS軟件操作層面，沒有深入領(lǐng)會(huì)GIS課程理論的精髓及本質(zhì)。

（二）學(xué)生處于被動(dòng)角色，積極性不高

實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不但要?jiǎng)邮诌€要?jiǎng)幽X，除了要掌握軟件的操作，還要學(xué)會(huì)結(jié)合與課程相關(guān)的理論和方法來完成實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生大多是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給定的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，很少將每一步操作與相應(yīng)的理論知識(shí)聯(lián)系起來，此外，這種教學(xué)模式較為枯燥，不易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，制約了學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展。

（三）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性不高

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容設(shè)置往往相對(duì)孤立，缺乏聯(lián)系，教師提供的練習(xí)數(shù)據(jù)不同或者沒有關(guān)聯(lián)性，如在創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫、圖像配準(zhǔn)和矢量化、空間查詢與空間分析等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，所使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間彼此孤立關(guān)聯(lián)性不高，缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)操作之后，對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的相互聯(lián)系認(rèn)識(shí)不夠。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目與行業(yè)脫節(jié)

資源勘查工程專業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)往往借鑒測(cè)繪、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)，開設(shè)如土地分等定級(jí)、選址分析、土壤適宜性評(píng)價(jià)等內(nèi)容有關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與資源勘查工程專業(yè)背景聯(lián)系不緊密，沒有考慮到資源礦產(chǎn)勘查行業(yè)的需求，使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)。

（五）缺少課程思政內(nèi)容

就新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程而言，GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展大多以講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟為主，對(duì)思想政治教育的重視程度不高，這與當(dāng)代大學(xué)生思想政治教育的要求相脫節(jié)，亟待深入挖掘與GIS實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的課程思政元素。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）增加教學(xué)軟件平臺(tái)

國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)軟件有很多種，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)課程中多開設(shè)二三款常用的地信軟件，選擇具有代表性的GIS軟件進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，如ArcGIS和MapGIS都是現(xiàn)今主流的GIS軟件。在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，比如在與地質(zhì)圖編制相關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，可讓學(xué)生分別使用MapGIS和ArcGIS軟件完成1∶20萬地質(zhì)圖的編制。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使軟件平臺(tái)不同，但操作步驟有相似之處，都是要依據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)矢量化地質(zhì)圖進(jìn)行符號(hào)和顏色的設(shè)置，按要求對(duì)紙張大小進(jìn)行設(shè)置并添加相應(yīng)的地圖要素等;此外，在與空間分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，也可讓學(xué)生分別在ArcGIS和MapGIS軟件上完成給定矢量數(shù)據(jù)的疊加分析和緩沖區(qū)分析，通過一系列練習(xí)和操作，學(xué)生可體驗(yàn)不同地信軟件的操作過程，比較不同軟件的數(shù)據(jù)處理流程，最終體會(huì)出不同地信軟件的優(yōu)缺點(diǎn)。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系

由于不同學(xué)科具有不同的特點(diǎn)，在教學(xué)安排上應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)探索適宜的GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和內(nèi)容，能夠與時(shí)俱進(jìn)地調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法。地質(zhì)類院校GIS實(shí)驗(yàn)課程更需要體現(xiàn)其專業(yè)特點(diǎn)，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。我院以《ArcGIS 10地理信息系統(tǒng)教程：從初學(xué)到精通》和《MapGIS地理信息系統(tǒng)（第3版）》為實(shí)驗(yàn)教學(xué)參考書，并自編了《地質(zhì)軟件綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，該實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是由專任教師根據(jù)專業(yè)需求編制，強(qiáng)調(diào)“學(xué)科—專業(yè)—行業(yè)”一體化建設(shè)。實(shí)驗(yàn)課程以MapGIS 10.2和ArcGIS 10為軟件平臺(tái)，選取教師科研項(xiàng)目中的典型案例數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排上注重各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容前后聯(lián)系，后一次實(shí)驗(yàn)要以前一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為基礎(chǔ)，使各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目連貫起來最終形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容包括MapGIS和ArcGIS主要功能的介紹與軟件安裝、1∶20萬地質(zhì)圖的地理配準(zhǔn)及輸入編輯、空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理、1∶20萬地質(zhì)圖的制作與地圖排版、矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的空間分析、三維地質(zhì)體建模與可視化及綜合信息成礦預(yù)測(cè)等。其中，MapGIS軟件授課共16學(xué)時(shí)，ArcGIS軟件授課共32學(xué)時(shí)，按照GIS實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為演示性、綜合性和設(shè)計(jì)性三個(gè)層次（見表1）。演示性實(shí)驗(yàn)包括1∶20萬地質(zhì)圖的地理配準(zhǔn)及輸入編輯、空間數(shù)據(jù)庫的管理、1∶20萬地質(zhì)圖的制作與地圖排版，通過對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和操作，加深對(duì)GIS原理和方法的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)國內(nèi)外主流的地信軟件有所了解，并要求學(xué)生能夠熟練地掌握ArcGIS和MapGIS主流軟件的基礎(chǔ)操作，包括地質(zhì)圖的地理配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫的建立與管理、數(shù)據(jù)輸入與編輯、一定比例尺地質(zhì)圖的編制方法等。綜合性實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力為目標(biāo)，訓(xùn)練學(xué)生結(jié)合空間分析原理、三維可視化原理，以及資源勘查專業(yè)的其他理論知識(shí)，解決礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用問題。例如，在講解與空間分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，可結(jié)合緩沖區(qū)分析統(tǒng)計(jì)距離斷層一定范圍內(nèi)礦床分布情況，在講解三維可視化相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，可使用鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行三維可視化建模與分析。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如在綜合信息成礦預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，鍛煉學(xué)生使用地質(zhì)軟件（ArcGIS、MapGIS）協(xié)同處理和分析地質(zhì)數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，提取預(yù)測(cè)信息，建立綜合成礦預(yù)測(cè)模型，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力。