地理科學(xué)專業(yè)開設(shè)“地理信息系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革探討

陳年根

地理信息系統(tǒng)（GIS）依賴先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，達(dá)到采集、管理、分析和表現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的目的，可以為空間決策提供支持。地理信息系統(tǒng)是一個地理學(xué)研究方法系統(tǒng)。從定義角度出發(fā)，GIS可以分成兩個方面，一方面，GIS學(xué)科研究的對象是空間信息，研究內(nèi)容包括空間信息的描述、存儲、分析和輸出，分析研究內(nèi)容的理論和方法；另一方面，地理信息系統(tǒng)從某個角度看，相當(dāng)于一個技術(shù)系統(tǒng)，搜集地圖信息，建立地理空間系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，使用多種分析方法，例如地理模型分析法和綜合分析法，在搜集靜態(tài)地理信息的同時，能順利搜集到地理信息的動態(tài)變化。利用地理信息系統(tǒng)，能較全面地搜集空間信息，有利于地理學(xué)研究，為地理學(xué)決策提供信息支持。因此，地理學(xué)界認(rèn)為GIS是研究地理學(xué)的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

一、地理信息系統(tǒng)在地理教學(xué)中的地位

地理學(xué)的研究對象是地理空間，地理空間是人類賴以生存的基礎(chǔ)，地理學(xué)就是研究空間的科學(xué)。因為地球空間和地表事物種類繁雜且變化多端，加上地球表面具有非均一性的特點，所以地理學(xué)的研究對象非常復(fù)雜。要想成為一名合格的地理學(xué)家，必須能處理三個問題，包括地理現(xiàn)象發(fā)生的地點、地理現(xiàn)象的特征和地理現(xiàn)象的空間關(guān)系。如何解決這三個問題，要求地理學(xué)家能正確描述地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)是地理現(xiàn)象的數(shù)字化體現(xiàn)，能體現(xiàn)地理現(xiàn)象的空間感。經(jīng)過長時間的研究探索，地理研究界具備了一套比較完備的分析地理空間的研究理論和實踐方法。這些理論和方法是建立GIS的基礎(chǔ)，是基本的空間分析觀點和方法。GIS系統(tǒng)的簡歷和發(fā)展作為一種全新的技術(shù)手段，能有效解決地理問題，在地理學(xué)研究中充分發(fā)揮數(shù)學(xué)的作用，GIS系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展與地理學(xué)密不可分。

二、地理信息系統(tǒng)課程開設(shè)的必要性

1.地理科學(xué)專業(yè)研究的重要手段

地理信息系統(tǒng)作為一種研究方法，為地理學(xué)的發(fā)展注入新的活力，GIS課程是很多?？茖W(xué)院地理學(xué)科的重要課程。地理信息系統(tǒng)利用計算機(jī)技術(shù)，搜集、分析地理空間數(shù)據(jù)，運用多種方法，包括模型分析法等綜合分析方法，GIS利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，可以為地理區(qū)域的規(guī)劃管理提供決策支持，包括災(zāi)害防治、資源管理和環(huán)境保護(hù)等方面。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展速度快、應(yīng)用范圍廣、對地理學(xué)的影響程度深，和其它地理學(xué)科方法相比，地理信息系統(tǒng)具有無法比擬的優(yōu)勢。如今，大多數(shù)?？茖W(xué)院的地理科學(xué)院系開設(shè)了地理信息系統(tǒng)的課程，國家相關(guān)部門也越來越重視地理信息系統(tǒng)發(fā)展，由此可知，對于教授地理學(xué)和研究地理學(xué)的參與者，必須了解、掌握地理信息系統(tǒng)。

2. 新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要

21世紀(jì)是發(fā)展速度最快的時代，各行各業(yè)最緊缺的就是人才，地理學(xué)界也不例外。當(dāng)前?？茖W(xué)院的地理學(xué)科需要變革，必須培養(yǎng)地理信息系統(tǒng)方面的人才，對于高等師范院校的地理學(xué)科，最重要的是培養(yǎng)優(yōu)秀的初高中地理學(xué)科教師。因此，在專科學(xué)院開設(shè)GIS課程具有必要性。

三、當(dāng)前地理科學(xué)專業(yè)開設(shè)地理信息系統(tǒng)課程存在的問題

目前，我國地理學(xué)科的?？茖W(xué)院課程還存在部分問題，和國外相比，國內(nèi)的地理信息系統(tǒng)教學(xué)的師資力量薄弱，基礎(chǔ)學(xué)科設(shè)置落后，包括教材和實驗軟件，甚至?xí)霈F(xiàn)實驗軟件數(shù)量不足的情況。我國地理學(xué)科教學(xué)的目標(biāo)是在掌握基礎(chǔ)理論的同時，具備一定的操作和開發(fā)系統(tǒng)的能力，但目前還不能達(dá)到這個目標(biāo)。

1.師資力量薄弱

結(jié)合我國地理學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀，地理信息系統(tǒng)師資力量薄弱有三個原因：第一個原因，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍廣。朝著產(chǎn)業(yè)化、市場化的方向發(fā)展，市場對優(yōu)秀的GIS人才的需求量大。為了滿足市場需求，絕大多數(shù)?？茖W(xué)院都開設(shè)了地理信息系統(tǒng)課程，原有的教學(xué)老師數(shù)量不能滿足現(xiàn)有的缺口，加上現(xiàn)有的地理學(xué)科教師中相當(dāng)一部分人沒有系統(tǒng)學(xué)過地理信息系統(tǒng)，對地理信息系統(tǒng)教學(xué)不熟悉，導(dǎo)致師資力量薄弱；第二個原因，地理信息系統(tǒng)教學(xué)需要具備數(shù)學(xué)分析能力，但專科學(xué)院的數(shù)學(xué)老師數(shù)量較少，“高等數(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”等數(shù)學(xué)學(xué)科的開展較難；第三個原因，地理信息系統(tǒng)是一門計算機(jī)系統(tǒng)，但計算機(jī)老師人數(shù)較少，限制了計算機(jī)教學(xué)，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)的教學(xué)不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。目前，我國?？茖W(xué)院各學(xué)科的人才配置呈倒“金字塔”結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)為“一流人才搞研究，二流人才執(zhí)教鞭，三流人才做實驗”，地理信息系統(tǒng)的教學(xué)也不例外。和國外“少而精”的培養(yǎng)理念不同，我國側(cè)重人才數(shù)量，忽略了人才質(zhì)量，導(dǎo)致經(jīng)過多年努力，雖然我國培養(yǎng)的地理信息系統(tǒng)的人才數(shù)量多，但整體水平不高。

2.教學(xué)模式過于傳統(tǒng)

GIS學(xué)科教學(xué)的范圍廣、跨度大。由于GIS應(yīng)用的領(lǐng)域多，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，有不同的教學(xué)方法，但大致可以分為兩種教學(xué)模式：藝術(shù)類教學(xué)和工程技術(shù)類教學(xué)。針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，兩種教學(xué)模式同時存在，各有優(yōu)劣，共同的缺點是不專業(yè)、不系統(tǒng)。對于GIS學(xué)科教學(xué)，工程技術(shù)類教學(xué)模式基本采用“填鴨式”教學(xué)方法，“填鴨式”教學(xué)方法是教師講課，學(xué)生被動聽講，課后完成作業(yè)。即使采用多媒體教學(xué)手段，但核心的教學(xué)方式?jīng)]有改變。和藝術(shù)類教學(xué)模式相比，工程技術(shù)類教學(xué)模式的內(nèi)容較少，深度比較淺，學(xué)習(xí)的時間短，雖然減少了教學(xué)內(nèi)容，但學(xué)生表示學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)較重，每節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容超過了承受能力。教師為了達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，每節(jié)課的內(nèi)容較多，學(xué)生難以完全接受，作業(yè)的錯誤較多。

3.地理專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置存在缺陷

和地理學(xué)其他的學(xué)科不同，地理信息系統(tǒng)具有兩個特征，分別是邊緣性和學(xué)科交叉性，因此，在教授地理信息系統(tǒng)時，必須和相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論相結(jié)合。地理信息系統(tǒng)學(xué)科的知識體系由GIS學(xué)科的專業(yè)知識和計算機(jī)專業(yè)、測量遙感專業(yè)的理論知識共同組成，專科學(xué)院中理工科專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)習(xí)計算機(jī)的理論和實際操作，會計算機(jī)知識有利于開發(fā)地理信息系統(tǒng)，能建立GIS數(shù)據(jù)庫；測量遙感技術(shù)能搜集、處理地理空間信息，方便測繪地理空間，保證數(shù)據(jù)的真實性；地理學(xué)科是一門綜合性的學(xué)科，具有區(qū)域性的特點，因此地理專業(yè)會學(xué)習(xí)基本的空間分析法和決策法。在正式學(xué)習(xí)地理信息系統(tǒng)之前，學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)、地理學(xué)、計算機(jī)和遙感學(xué)知識，有利于推進(jìn)地理信息系統(tǒng)教學(xué)。目前最大的問題是相關(guān)學(xué)科的教學(xué)課時不足，不能滿足地理信息系統(tǒng)教學(xué)的基本要求，尤其缺少計算機(jī)專業(yè)課程，甚至沒有基礎(chǔ)理論課程，這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)地理信息系統(tǒng)比較困難，很難掌握理論知識，更不用說開發(fā)地理信息系統(tǒng)。除了這些問題外，地理信息系統(tǒng)課程的排課順序、課程的銜接過渡都存在問題。

四、地理科學(xué)專業(yè)開設(shè)地理信息系統(tǒng)課程的改革措施

1.加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)

保證授課質(zhì)量的關(guān)鍵是提高教師的素質(zhì)水平，教師是影響授課水平的關(guān)鍵因素，學(xué)生的成長受老師的影響很深，教師的價值觀和工作能力非常重要，即教師情況是影響地理信息系統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于地理信息系統(tǒng)涉及很多學(xué)科知識，因此需要建立一支由不同學(xué)科教師組成的GIS教師隊伍。在地理專業(yè)中，地圖學(xué)和遙感技術(shù)兩種基礎(chǔ)科學(xué)屬于專業(yè)教學(xué)計劃內(nèi)的學(xué)科，可以由單一學(xué)科的教師教授。GIS的教師應(yīng)該由四種學(xué)科的教師組成，專業(yè)的GIS課程由GIS畢業(yè)的教師教授；計算機(jī)理論部分由計算機(jī)專業(yè)的老師教授；數(shù)學(xué)是地理學(xué)的傳統(tǒng)課程，應(yīng)該安排專門負(fù)責(zé)地理數(shù)學(xué)教學(xué)的老師或者求助學(xué)校內(nèi)數(shù)學(xué)課程的專業(yè)老師；測量學(xué)學(xué)習(xí)部分可以借助校外力量，如邀請行業(yè)專家授課。除了加強(qiáng)教師團(tuán)隊的配置，教師組應(yīng)經(jīng)常相互交互，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，定期去研究院學(xué)習(xí)GIS系統(tǒng)。

2.調(diào)整地理信息系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容

GIS知識體系建立的依據(jù)是地圖學(xué)理論。投影理論是知識基礎(chǔ)，利用投影確定圖層關(guān)系，使地圖表達(dá)的信息更準(zhǔn)確，因此，必須掌握投影理論，這是地理信息系統(tǒng)的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。此外，分析地圖和設(shè)計地理信息系統(tǒng)時，地圖對象是非常重要的概念，基本原則是產(chǎn)生一切關(guān)系的必要條件，地圖對象組合成地圖圖形。在投影理論中，研究地圖對象的組合是重點學(xué)習(xí)內(nèi)容，無論是教學(xué)課件還是課程安排，都圍繞地圖對象進(jìn)行，由淺到深，循序漸進(jìn)。GIS的MapInfo（美國MapInfo公司研發(fā)的桌面地理信息系統(tǒng)軟件）教學(xué)內(nèi)容由兩部分組成，一部分包括屬性、空間數(shù)據(jù)、投影理論在內(nèi)的地理信息系統(tǒng)；另一部分是借助完整的地理信息系統(tǒng)，進(jìn)行的社會實踐，包括各種分析和輸出成果等內(nèi)容。

3.提高學(xué)生的創(chuàng)新意識

在教學(xué)中，教師經(jīng)常使用啟發(fā)式教學(xué)法，啟發(fā)式教學(xué)法旨在調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生參與到教學(xué)中。在學(xué)習(xí)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生展開討論，教師引導(dǎo)學(xué)生解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。啟發(fā)式教學(xué)方法的關(guān)鍵是引導(dǎo)學(xué)生要注意分寸，不能說的太多或太少，不能替學(xué)生解決問題，也不能讓學(xué)生無法解決問題。例如，建立圖層時，教師可以逐步引導(dǎo)學(xué)生，首先提問學(xué)生，圖層繪制的地圖對象是誰；根據(jù)地圖對象，需要使用哪些說明數(shù)據(jù)；使用這些數(shù)據(jù)時，需要設(shè)計哪些字段；字段的數(shù)據(jù)類型和寬度如何設(shè)置，等等。根據(jù)這些問題，學(xué)生用學(xué)過的知識建立圖層，完成后，教師讓學(xué)生討論，互相找出對方的問題，分析每位同學(xué)建立的圖層區(qū)別，指出優(yōu)點和缺點，提出解決方法。在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維。教育心理學(xué)有個觀點，啟發(fā)式教學(xué)是學(xué)生對知識進(jìn)行組織再加工，有效完善自己的知識體系。在地理信息系統(tǒng)的教學(xué)中，要發(fā)揮學(xué)生的獨立精神，營造創(chuàng)造式學(xué)習(xí)的氛圍，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，通過教師的引導(dǎo)，能增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，加快吸收知識的效率。

綜上所述，筆者建議地理信息系統(tǒng)的教學(xué)可以采用啟發(fā)式教學(xué)法，教師教學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，加以引導(dǎo)，讓學(xué)生自主探索，讓學(xué)生先學(xué)習(xí)實習(xí)指導(dǎo)手冊的內(nèi)容，邊學(xué)習(xí)邊實踐，增強(qiáng)對基本理論的理解，體會到自主學(xué)習(xí)的樂趣。