《三維地理信息系統》課程的組合教學方法

周 琪

（1.中國地質大學 信息工程學院，湖北 武漢 430074）

《三維地理信息系統》課程的組合教學方法

周 琪1

（1.中國地質大學 信息工程學院，湖北 武漢 430074）

針對現有教學過程中，大部分教師仍然是以“滿堂灌”、“填鴨式”的教學方式為主，背離了“以學生為中心”的課堂教學初衷，導致學生的學習熱情和學習興趣不高的問題，探索了將多種教學方法組合運用教學方式，并以《三維地理信息系統》課程為例進行了實踐。

多種教學法；課程教學；地理信息系統

在現有的教學過程中，大部分教師仍然是以“滿堂灌”、“填鴨式”等講授方式為主，其弊端主要有[1-6]：

1）教師講授過多，兩節課下來，常常是教師講得口干舌燥，學生聽得昏昏欲睡。講授方式不適合過于復雜、具體的知識，尤其是需要實踐操作和解決實際問題的內容。

2）教學模式單一，講授內容枯燥，課堂氣氛沉悶，互動性差，學生只是被動接受知識。授課老師不能對學生的學習給予及時的反饋，導致學生的學習熱情不高。

3）知識傳授以大量的機械記憶為主，導致學生缺乏創造性思維，同時也會很容易忘記所講授的內容。

顯然，單一地講授教學方式與教學改革所要求的全面進行素質教學，不斷提高學生的自我認識能力和創新能力相差甚遠[2]。究其原因，是背離了以學生為中心的課堂教學初衷。

筆者結合現有的研究， 以《三維地理信息系統》課程的教學實踐為例，探索了如何在教學活動中組合運用多種教學方法，來提高學生的學習熱情和興趣。

1 《三維地理信息系統》課程內容簡介

三維地理信息系統（3DGIS）是傳統GIS的延伸和擴展，其內容包括三維數據的獲取、組織、管理、操作、分析與應用[7]。與傳統的GIS相比，3DGIS對客觀世界的表達能給人以更真實的感受。我校的《三維地理信息系統》課程是一門測繪類專業的選修課，共32課時，在大三下學期開設。

2 多種教學方法的組合運用

筆者將《三維地理信息系統》課程中所使用的教學方法歸納為8類，分別是“多媒體式”、“設問激發式”、“任務驅動式”、“實踐式”、“討論式”、“實驗引導式”、“自主學習-匯報式”和“科研式”等。

1）“多媒體式”教學。多媒體教學是利用文字、實物、圖像、聲音等多種媒體向學生傳遞信息，使學生獲得知識的一種教學手段[8]。在《三維地理信息系統》課程的教學中，除了使用傳統的黑板板書、PPT文字和圖片等來展示所要講授的內容，還新添了PPT動畫、雜志、手機等新的媒體手段。例如，下載動畫視頻等資源，用于講授三維虛擬校園、SketchUp建模方法、三維空間分析方法和智慧城市等知識；通過2004年第9期的《博物》雜志給學生介紹3D照片的制作原理與方法；基于手機、IPad等電子產品媒介向學生展示三維模型的數據質量、增強現實等內容。不僅豐富了教學內容，還活躍了課堂氣氛，拉近了教師與學生之間的距離。

2）“設問激發式”教學。在教學活動中，教師可巧妙地設置問題，讓學生通過思考自己發現并解決問題。教師“設問”有兩大好處：①可避免因老師一味地“演講”而導致學生注意力不集中、思想開小差的情況；②可以讓學生通過思考問題，加深對授課內容的理解。在《三維地理信息系統》課程的教學中，筆者每隔10~15 min給學生拋出1~2個問題。這些問題可以吸引學生的興趣、啟發即將講授的內容，如通過提出魔獸爭霸、虛擬人生等游戲中的問題引出基于網絡的三維虛擬環境；也可以回顧之前講授的知識難點，如給出多種三維模型數據的圖片，讓學生回答這些模型數據可能的獲取手段及其區別。

在“設問”時應盡量避免那些“老生常談”、“學生熟知”的問題，如“什么是地理信息系統”、“什么是空間分析”等。這些問題不僅無助于調動學生學習的興趣，還可能引起他們的逆反心理。

3）“任務驅動式”教學。它是一種將具體的任務交給學生自己去完成的教學方法。學生在收集資料、設計方案、實施方案、完成任務中學習、理解和掌握知識[9]。《三維地理信息系統》課程中的一個課外作業題目是“校園三維建模競賽”。具體要求是：①學生以自由組合的方式，3~4人形成一組，制作校園的三維景觀模型（每個組只負責校園區域的一塊，且各組的建模區域互不重疊，如圖1所示）；②以三維動畫或效果圖的方式渲染、展示成果；③全體學生對各組所展示的成果進行評分，平均分即為各組的最后成績，并對排名前三的小組進行適當的“獎勵”。

圖 1 學生自行分組的校園建模區域圖

通過這種“任務驅動”、“競賽”的教學方式，可以讓學生的學習興趣和熱情得到大大提高。

4）“實踐式”教學。它是指教師對知識進行講解后，讓學生動手實踐，將所學的知識提升為能力的一種教學方法。《三維地理信息系統》的課程教學中共安排了2次實踐課，每次4課時。

第一次實踐課是讓學生熟悉和使用3DMAX建模軟件的基本功能。筆者自制案例教程，讓學生根據相關步驟操作和使用3DMAX軟件，熟悉該軟件中常用的基本建模、修改模型、添加材質、燈光設置、動畫設置等方法。

第二次實踐課的內容是OpenGL程序設計，筆者課前先在Nehe網站上下載了4~5個簡單的OpenGL程序案例；上課時讓學生以自學方式，基于這些案例完成教師課前所設計的趣味性練習，如通過讀寫、顯示一個三維模型文本文件，回答“這個模型是什么動物”等問題。“實踐式”教學有助于加深學生對知識的理解，培養學生的動手操作能力。

5）“討論式”教學。讓學生與學生及學生與老師通過共同探討、交流來獲取某些問題的解決方法或建立某些觀念。它可有不同的形式，如針對一個主題讓學生多方討論；以辯論方式從不同觀點進行討論。在《三維地理信息系統》課程的教學中，筆者在課堂上首先拋出“智慧城市”這個名詞，再讓學生以發散思維的方式來討論，如回答“你覺得什么是智慧城市”或者“怎么的城市是智慧城市”等問題；然后，讓學生課后自行查閱資料，并在下一講中繼續討論。“討論式”教學有助于“開啟學生的大腦”，培養學生的創新性思維能力。

6）“實驗引導式”教學。它是指學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學方法[10]。在《三維地理信息系統》課程的教學中，筆者為了讓學生理解幀數/幀率等概念，以及“為什么高的幀率可以得到更流暢的動畫”等問題，課前利用3DMAX軟件對同一個場景模型，通過設置不同的幀率，渲染制作了多段視頻動畫；上課時再讓學生觀察不同幀率下動畫的差別和變化，從中理解和幀率、繪制效率有關的知識。筆者還通過演示2個不同的用于模擬雨、雪等粒子系統的程序，來介紹三維動態可視化的加速和優化方法。

7）“科研式”教學。在課堂教學中，應適當增加所講授內容的最新研究成果、應用范圍和發展方向，有利于幫助學生開闊視野、啟迪思想、激發興趣。這就要求教師在日常的備課和科研時多關注國內外的最新研究進展、及時跟蹤最新的文獻，以及在文獻閱讀的過程中琢磨如何將最新的研究成果與課本的知識點相結合，并及時、準確地更新已有的PPT課件。例如，筆者將2011年發表在Journal of Transport Geography期刊上的一篇關于三維空間最短路徑搜索方法的文章[11]用于《三維地理信息系統》課程中“三維空間分析”之“網絡分析”的案例進行重點講授。

“科研式”教學不僅可以讓學生了解本專業領域的最新研究進展與成果，還能激發學生探索科學問題的興趣。

8）“自主學習-匯報式”教學。它是由學生個體或以小組形式通過第二課堂自學獲得與教學內容有關，但課堂上未呈現過的知識，向全體學生進行講解、匯報的一種教學方法；是西方課堂教學中普遍使用的一種教學方法，常被稱為Presentation[12]。該教學方法被用于《三維地理信息系統》課程的期末考核，具體要求是：3~4個學生為1組，課后自學與3DGIS有關的知識或話題，以匯報方式與全體學生分享和交流。

從匯報的過程來看，學生對這種考核方式充滿極大熱情，他們不僅制作出精美漂亮的PPT,還呈現出活潑、生動、多樣化的匯報形式。并且，在每個小組匯報之后，其他學生都踴躍提出問題進行討論、交流。

從匯報的內容來看，各小組不盡相同，涉及諸如基于圖像的建模、利用3DMAX軟件建模學生宿舍、裸眼3D、增強現實、虛擬現實、3D打印技術、3DGIS在都市圈的應用等許多豐富有趣的內容。

所有小組匯報完之后，教師再對學生的匯報內容進行歸納和總結。這種教學方法不僅讓學生加深了對知識的理解，還讓教師豐富了知識。

3 結 語

組合教學方法在教學實踐中的運用，能夠充分反映以學生為中心的教學理念。通過上述不同方法穿插教學，能夠在課堂上調動學生的學習積極性，保持學生對專業學習的熱情。除此之外，通過該方法，能夠有效提高學生的動手能力，這在專業學習中顯得尤為重要。組合教學方法的運用，也拉近了師生之間的距離，教師不再是高高在上的“夫子”，而是共同發現問題、解決問題的“朋友”。學生們在學習過程中發現的問題，能夠及時反饋給教師，這成為促進課堂教學改革的主要推動力，實現教學相長。

通過對教學信息的書面反饋，學生對本課程的內容安排、教學形式、教學效果等普遍反映較好。授課內容和授課方式的好評率分別為96.1%和94.2%（見表1）。此外，有的學生在評語中寫道“三年了，我第一次看見某某同學對課程這么上心！所以，他們會成功的”；還有的學生寫道“我們宿舍的一位經常玩游戲不知道興趣何在的兄弟，聽完你的課后，自己主動學起了3DMax。” 筆者認為更重要的是，運用以上各種教學方法的思路可用于其他課程的教學活動中，不僅有益于學生，也有益于教師。

表 1 問卷調查的統計結果表

[1] 李倩. 關于高校教學方法改革的思考[J].網友世界,2013(6):75-76

[2] 黃積虹. 論互動式教學方法在高校課堂教學中的運用[J].思想戰線, 2011(37):361-365

[3] 龐紅衛. 試論教學方法的組合[J]. 中國教育學刊,2000(5):31-33

[4] 尹建國. 實踐性教學方法及其在傳統法學課堂中的運用[J].法學雜志,2013(1):21-27

[5] 秦奕青,趙剛. 程序設計課程創新教學方法研究[J].計算機教學,2013(5):76-79

[6] 李暉，吳紅艷，譚春喜. 以學生為中心、多種教學方法應用的醫學教學模式改革[J]. 西北醫學教學，2007(15):8-17

[7] 朱慶, 林暉. 數碼城市地理信息系統[M].武漢：武漢大學出版社, 2004

[8] 趙桂滿. 多媒體教學與學習興趣培養[J]. 計算機光盤軟件與應用, 2012(23):163-164

[9] 吳朋松.多種教學方法的運用[EB/OL]. http://www.fjedu.net.cn/trainingcentre/viewClassAnswer.html?answerId=249277,2013-05-24

[10] 肖曉，白永忠，劉莉. 論高校旅游實驗項目的開放與創新[J].當代職業教育,2012(8):22-24

[11] Dao T J C. Traveling in the Three-dimensional City:Applications in Route Planning, Accessibility Assessment,Location Analysis and Beyond[J]. Journal of Transport Geography, 2011(19):405-421

[12] 文燕. Presentation教學法在高職英語教學中的應用探討[J].廣西教學, 2012(5):130-131

Combination of Various Teaching Methods of3D GISCourse

byZHOU Qi

This paper explored a combination of various teaching methods, and applied them to the3D GIScourse for practice.

various teaching methods,course teaching, GIS

P208

B

1672-4623（2014）02-0167-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.060

2013-05-28。

項目來源：中國博士后科學基金資助項目（2012M521496）；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（CUG120831）。

周琪,講師,研究方向為地圖學與地理信息系統。