非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)改革及優(yōu)化

岳漢秋，甘 泉，陳延輝，楊雨華

（1.平頂山學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 低山丘陵生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗室，河南 平頂山 467000；2.平頂山學(xué)院 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467000）

非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)改革及優(yōu)化

岳漢秋1，甘 泉2，陳延輝1，楊雨華1

（1.平頂山學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 低山丘陵生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗室，河南 平頂山 467000；2.平頂山學(xué)院 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467000）

GIS 作為與空間信息有關(guān)的基本工具，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供了工具支撐。結(jié)合當(dāng)前非GIS 專業(yè)的GIS 教學(xué)現(xiàn)狀，從課程目標(biāo)定位、理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗安排等方面探討了非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)改革及優(yōu)化措施。

非GIS專業(yè)；GIS；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才

構(gòu)建應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是目前高校深化教育教學(xué)改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是高等教育實(shí)現(xiàn)“三個面向”和可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1,2]。地理信息系統(tǒng)作為應(yīng)用型學(xué)科，可以為關(guān)聯(lián)領(lǐng)域研究提供工具支撐。我院的地理科學(xué)、自然地理與資源環(huán)境、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)都開設(shè)了GIS課程，但在教學(xué)目標(biāo)定位、教學(xué)內(nèi)容安排以及教學(xué)方法實(shí)施上仍然存在著諸多問題。為了適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式要求，針對非GIS專業(yè)而言，進(jìn)行GIS課程教學(xué)改革和優(yōu)化研究勢在必行。

1 GIS課程在非GIS專業(yè)中的地位和作用

地理信息系統(tǒng)是在計算機(jī)軟硬件支持下，描述客觀世界的各種數(shù)據(jù)，按其地理坐標(biāo)或空間位置輸入計算機(jī)，提供了存貯、更新、查詢檢索、分析處理、綜合應(yīng)用、屏幕顯示和制圖輸出等功能的決策系統(tǒng)[3]。我國的GIS研究始于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了籌備階段、起步階段、發(fā)展階段和產(chǎn)業(yè)化階段4 個過程。進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息技術(shù)融入了人們生活的方方面面，GIS作為一門以應(yīng)用為目的的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)應(yīng)用到政府公共管理、災(zāi)害監(jiān)測與環(huán)境評價、資源配置、城市與區(qū)域規(guī)劃、交通運(yùn)輸、國防與軍事等各個領(lǐng)域。GIS課程要求學(xué)生掌握GIS的基本理論以及技術(shù)方法，使學(xué)生真正領(lǐng)會和把握作為現(xiàn)代高科技的GIS的科學(xué)性、技術(shù)性和實(shí)踐性。對非GIS專業(yè)而言，GIS課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)工具課程，在非 GIS專業(yè)開設(shè) GIS課程具有以下意義：①滿足各行業(yè)對 GIS人才的急需；②拓展 GIS應(yīng)用、提高社會效益、節(jié)約社會成本、促進(jìn) GIS再發(fā)展的需要；③應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下改善當(dāng)代大學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、積極面對社會挑戰(zhàn)的需要[4]。

2 非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)中存在的問題

2.1 課程培養(yǎng)目標(biāo)定位模糊

GIS人才培養(yǎng)具體分為3個方向：基礎(chǔ)理論研究、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、編程開發(fā)。GIS課程作為非GIS專業(yè)的基礎(chǔ)工具課，在培養(yǎng)定位目標(biāo)上應(yīng)以數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用為重點(diǎn)。大部分高校的非GIS專業(yè)在GIS課程教學(xué)中培養(yǎng)目標(biāo)定位模糊，培養(yǎng)目標(biāo)泛化，忽略了應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的核心地位，呈現(xiàn)出了偏理論、重開發(fā)等問題。

2.2 知識結(jié)構(gòu)不成體系，缺乏相關(guān)理論基礎(chǔ)

圖1 GIS與其他學(xué)科之間的關(guān)系

GIS是一門綜合性較強(qiáng)的課程，知識點(diǎn)多，具有學(xué)科和技術(shù)的統(tǒng)一性、發(fā)展與內(nèi)容更新的快速性、滲透性和空間抽象性強(qiáng)、研究對象的空間尺度變化大、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[5,6]。它融合了數(shù)學(xué)、地球科學(xué)、空間科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、管理科學(xué)、測繪學(xué)與遙感學(xué)等學(xué)科知識，如圖1所示，相關(guān)理論的發(fā)展都將為GIS的創(chuàng)新注入新的活力。和GIS專業(yè)的學(xué)生相比，非GIS專業(yè)學(xué)生沒有機(jī)會深入系統(tǒng)地學(xué)習(xí)GIS相關(guān)理論基礎(chǔ)，導(dǎo)致知識結(jié)構(gòu)不成體系。以我院地理科學(xué)專業(yè)為例，具備了地理學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，缺乏空間信息采集、信息處理等方面知識。因此，如何讓非GIS專業(yè)學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)較快較好地掌握GIS 理論與技術(shù)，值得研究和探討。

2.3 教學(xué)內(nèi)容生硬，教學(xué)手段單一

從空間認(rèn)知的角度來講，GIS涉及了從現(xiàn)實(shí)世界到概念世界再到數(shù)字世界的抽象過程[7]，GIS的大部分理論教學(xué)內(nèi)容圍繞著計算機(jī)的微觀世界闡述，如空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲、編碼、轉(zhuǎn)換算法，空間拓?fù)潢P(guān)系的存儲以及空間分析的基本原理等，教學(xué)內(nèi)容顯得乏味。以下幾個因素也造成了教學(xué)內(nèi)容的枯燥：①教材滯后，教學(xué)資源匱乏；②數(shù)據(jù)來源方式多樣化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、昂貴，導(dǎo)致GIS實(shí)驗數(shù)據(jù)獲取比較困難，理論和實(shí)驗不能很好地銜接，課堂內(nèi)容枯燥；③師資力量參差不齊，多數(shù)不具備實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗，且對整個GIS的基礎(chǔ)理論體系也不是非常了解，在教學(xué)中常常有重此輕彼的現(xiàn)象出現(xiàn)。另外教學(xué)與科研所需軟硬件的缺失，使得GIS課程教學(xué)手段單一，缺乏生動性，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.4 實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容體系不合理

相對于理論教學(xué)，實(shí)驗教學(xué)具有直觀性、綜合性、設(shè)計性與創(chuàng)新性[8]。對實(shí)驗教學(xué)重要性的認(rèn)識不足導(dǎo)致了非GIS專業(yè)在GIS課程實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容體系上設(shè)置不合理。①大部分實(shí)驗課的設(shè)置是以教師為中心的教學(xué)模式，在實(shí)驗中，學(xué)生大多按照老師的詳細(xì)指導(dǎo)完成實(shí)驗，整個實(shí)驗過程中學(xué)生處在一種被動盲目的狀態(tài)，缺少參與實(shí)驗的主動性和積極性；②多數(shù)實(shí)驗以認(rèn)知性實(shí)驗課程為主，而與主專業(yè)相結(jié)合的綜合性實(shí)驗、分析性實(shí)驗較少，不能很好地訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；③多數(shù)實(shí)驗之間相互獨(dú)立，缺乏聯(lián)系，學(xué)生所學(xué)實(shí)驗知識不能系統(tǒng)化。

3 非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)改革與優(yōu)化思路

3.1 準(zhǔn)確定位課程、明確培養(yǎng)目標(biāo)

非GIS專業(yè)開設(shè)GIS課程的目的是為了讓學(xué)生能夠在已經(jīng)掌握的專業(yè)課程基礎(chǔ)上，利用GIS工具，主要是一些GIS軟件，解決與本專業(yè)相關(guān)的自然、社會經(jīng)濟(jì)、文化等與空間信息相關(guān)的問題，從而增強(qiáng)綜合能力、提高工作效率。因此，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下，圍繞著學(xué)生能力和素質(zhì)培養(yǎng)，非GIS專業(yè)的GIS教育的基本定位是緊緊結(jié)合專業(yè)，在教學(xué)過程中著重強(qiáng)調(diào)GIS課程的針對性和實(shí)用性，重點(diǎn)放在培養(yǎng)GIS軟件操作應(yīng)用上，加強(qiáng)實(shí)驗教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的社會競爭力和實(shí)踐能力。

3.2 補(bǔ)充關(guān)聯(lián)知識、精簡教學(xué)內(nèi)容

針對GIS知識點(diǎn)雜、應(yīng)用多樣、不同專業(yè)學(xué)生知識背景不同等問題，堅持“根據(jù)不同專業(yè)需求，明確專業(yè)技能，抽取關(guān)鍵知識，形成核心內(nèi)容”的原則，構(gòu)建“結(jié)構(gòu)合理、重點(diǎn)突出、特色鮮明、系統(tǒng)實(shí)用”的GIS教學(xué)內(nèi)容。筆者分析了國內(nèi)出版的多部教材，大部分都圍繞著GIS的基本功能（即數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的編輯和處理、數(shù)據(jù)的存儲和組織、空間分析、GIS的輸出、GIS的二次開發(fā)）進(jìn)行組織。以高教出版社出版、黃杏元等編著的《地理信息系統(tǒng)概論》第三版為例[9]，根據(jù)我院的專業(yè)培養(yǎng)方案情況，GIS課程開設(shè)之前各專業(yè)學(xué)生有了測量學(xué)、地圖學(xué)等知識基礎(chǔ)，同時各專業(yè)對空間分析的要求比較高，應(yīng)刪除第二章地圖投影以及矢量與柵格轉(zhuǎn)換算法，第四章空間數(shù)據(jù)庫概念模型、邏輯模型、物理模型的設(shè)計以及空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫，第七章GIS的設(shè)計與評價后兩節(jié)等內(nèi)容。重點(diǎn)突出GIS分析模型的應(yīng)用，結(jié)合各專業(yè)具體情況設(shè)置不同的應(yīng)用模型，如針對人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)設(shè)置適宜性分析模型、區(qū)位選擇模型、交通規(guī)劃模型等應(yīng)用案例。經(jīng)過這樣的調(diào)整，突出 GIS的分析功能，淡化 GIS系統(tǒng)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的教學(xué)效果。

3.3 豐富教學(xué)內(nèi)容、多元化手段教學(xué)

GIS理論知識抽象，較難理解，通過以下手段可以豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣： ①精簡教學(xué)內(nèi)容；②充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，加強(qiáng)教學(xué)與實(shí)際的聯(lián)系。如在地形分析中，針對地形因子坡度的提取，延伸計算不同坡度下植被多樣性分布研究的內(nèi)容；③ 以“挑戰(zhàn)杯”、“GIS建模與開發(fā)大賽”為平臺，豐富第二課堂，指導(dǎo)學(xué)生參與到老師的科研項目中；④ 為學(xué)生推薦好的學(xué)習(xí)期刊、網(wǎng)站；⑤鼓勵教師參與GIS知識培訓(xùn)、參與公司的項目實(shí)踐，提高教師的業(yè)務(wù)能力。在教學(xué)方式上，采取講解、演示、課堂討論和案例等多種形式相結(jié)合的方式，突出“研討式”、“啟發(fā)式”教學(xué)，放棄“灌輸式”教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合全面、注重邏輯聯(lián)系的思維和學(xué)習(xí)方法，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

3.4 強(qiáng)化實(shí)驗內(nèi)容、構(gòu)建連貫性實(shí)驗教學(xué)系統(tǒng)

實(shí)驗課便于加深學(xué)生對有關(guān)理論知識的理解，加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)知識的記憶。實(shí)驗課時安排與理論相同，為36學(xué)時。GIS實(shí)驗課的安排應(yīng)能充分體現(xiàn)GIS的基本功能，又要層層深入，由易到難。由于課時的限制，對實(shí)驗課的安排要精心選取、細(xì)心布置、合理安排。筆者認(rèn)為，應(yīng)圍繞GIS的基本功能統(tǒng)籌設(shè)置，內(nèi)容安排如表1所示。

表1 實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容安排

實(shí)驗內(nèi)容的安排中后一次的實(shí)驗以上一次的實(shí)驗成果為基礎(chǔ)，既緊密聯(lián)系教材內(nèi)容，又相對獨(dú)立于教材，形成了一個獨(dú)立的、完整的大實(shí)驗過程。不僅體現(xiàn)了GIS的數(shù)據(jù)采集、編輯與處理、存儲與組織、查詢與分析等基礎(chǔ)知識，并將其應(yīng)用到不同專業(yè)的具體實(shí)際中，讓學(xué)生切身體會到GIS在所學(xué)專業(yè)中的應(yīng)用，并運(yùn)用其分析解決實(shí)際問題。在實(shí)驗教學(xué)方法上，打破“講深、講透、講全、講細(xì)”的觀念，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識與能力。

4 結(jié) 語

GIS技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)具有重要的應(yīng)用價值，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下，非GIS專業(yè)開設(shè)GIS課程對于GIS理論發(fā)展和應(yīng)用推廣都具有積極的意義。基于此，本文在分析非GIS專業(yè)GIS教育存在問題的基礎(chǔ)之上，對非GIS專業(yè)GIS教育課程定位、理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗安排等諸多方面進(jìn)行了改革和優(yōu)化研究，并給出了一些建議。

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P208

B

1672-4623（2015）04-0180-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.064

岳漢秋,碩士，研究方向為三維GIS開發(fā)。

2014-08-13。

項目來源：河南省教育廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃資助項目（12B180026）；平頂山學(xué)院青年科研基金資助項目（PXY-QNJJ-2014003）。