基于ArcGIS的地理信息系統(tǒng)實踐教學(xué)初探

陳鋒銳

摘 要： 針對地理信息系統(tǒng)理論性和實踐性都很強的特點，結(jié)合培養(yǎng)新型專業(yè)人才的社會需求，文章采用ArcGIS軟件開展地理信息系統(tǒng)實踐教學(xué)。從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)模式、實驗組織和考核指標等方面進行探討，以期有效促進學(xué)生對知識的理解和掌握，達到預(yù)期的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 教學(xué)改革； 實踐教學(xué)； 地理信息系統(tǒng)； ArcGIS

中圖分類號：TN911.72 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）12-72-03

Preliminary discussion on the practice teaching of geographic information

system based on ArcGIS

Chen Fengrui

（College of Environment and Planning， Henan university， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： For the characteristics of GIS （geographic information system） that both theoretical and practicality are strong， combining with social demand of cultivating new type talents， ArcGIS software is used to carry out the practice teaching of GIS. A series of reform measures to promote students to understand and grasp of knowledge are discussed in this paper to optimize teaching contents， improve teaching methods and achieve the expected teaching effect.

Key words： teaching reform； practice teaching； geographic information system； ArcGIS

0 引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Infromation System，GIS）是20世紀60年代初發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它以計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)和地理學(xué)為基礎(chǔ)，以地理信息的采集、處理、顯示和應(yīng)用為內(nèi)容的信息系統(tǒng)。近30年來，特別是進入21世紀后，GIS得到迅速普及，并廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理、交通安全等領(lǐng)域[1]。1997年教育部對我國高等教育專業(yè)目錄進行修訂，對部分專業(yè)進行壓縮，但在地理學(xué)下卻新增了GIS本科專業(yè)，授予理學(xué)和工學(xué)學(xué)位。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)已有140多所高校開設(shè)了GIS專業(yè)，面向本科生和研究生傳授GIS方面的知識。

GIS是一門理論性、技術(shù)性和實踐性都非常強的課程，其課程設(shè)置一般分為理論課和實踐課兩部分。理論課主要在課堂上給學(xué)生講授GIS的相關(guān)理論知識，比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)庫、空間分析、GIS應(yīng)用模型、GIS設(shè)計與評價等。實踐課是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下使用GIS處理軟件，通過動手實踐理解和掌握GIS的原理和應(yīng)用，實踐課在該課程的教學(xué)中起著十分重要的作用。通過實踐課可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題和獨立解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

雖然近年許多高校都重視實踐教學(xué)，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不能完全令人滿意，很難滿足社會日益增長的對創(chuàng)新性專業(yè)技術(shù)人才的需求。主要原因有兩個方面：①現(xiàn)有實驗課程內(nèi)容陳舊、設(shè)計重疊、內(nèi)容銜接不上，無法顧及內(nèi)容間的邏輯關(guān)系，這無形中增加了學(xué)生的理解難度；②教學(xué)方法單一，難以調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。ArcGIS是美國ESRI公司推出的一款滿足不同層次用戶需求、可伸縮的GIS產(chǎn)品和解決方案，它代表了當前GIS行業(yè)的最高技術(shù)水平。本文采用ArcGIS軟件進行GIS實踐教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法革新等方面進行初步的探討，以期達到預(yù)期的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

由于GIS技術(shù)的迅速發(fā)展以及傳統(tǒng)教材的滯后性，目前GIS實踐教學(xué)內(nèi)容普遍存在知識體系陳舊、理論知識與實際應(yīng)用相脫節(jié)的問題[2]。當前實踐課的教學(xué)過分依賴理論課內(nèi)容，沒有形成獨立的體系，不利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識；此外，實踐教學(xué)課時數(shù)偏少，再加上忽視現(xiàn)代技術(shù)在實踐教學(xué)中的運用，學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)受到了較大限制，導(dǎo)致實踐教學(xué)效果不理想。

課程內(nèi)容和課程體系的改革是教學(xué)改革的核心內(nèi)容，在設(shè)置教學(xué)內(nèi)容時，不僅要考慮實踐內(nèi)容的整體性，還要兼顧它們之間的邏輯關(guān)系。實踐課程從實驗內(nèi)容的難易程度上可以分為基礎(chǔ)、提高、創(chuàng)新等三類[3]。基礎(chǔ)性實驗要求學(xué)生掌握該課程的基本理論、技術(shù)和方法，能完成基本的軟件操作等；提高性實驗鼓勵學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)并實踐所學(xué)課程，能更熟練地操作軟件，挑戰(zhàn)更有難度的課程內(nèi)容等；創(chuàng)新性實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，讓學(xué)生在對所學(xué)課程知識融會貫通的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計并靈活實現(xiàn)實驗內(nèi)容。GIS課程內(nèi)容十分豐富，鑒于課時安排的限制，不能對所有內(nèi)容逐一實驗，必須有重點的選擇。我們在參考《地理信息系統(tǒng)概論》[4]、《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程》[5]、《精通ArcGIS地理信息系統(tǒng)》[6]等書籍基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS教學(xué)大綱與教學(xué)目標要求，對以上教程內(nèi)容進行適當?shù)暮喜⒑驼{(diào)整，選擇GIS中最重要的內(nèi)容作為實驗教學(xué)內(nèi)容，并以面向應(yīng)用的形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具體見表1。章節(jié)1-2屬于基礎(chǔ)性實驗，章節(jié)3-8屬于提高性實驗，章節(jié)9-10則是創(chuàng)新性實驗。例如：在學(xué)生學(xué)習(xí)空間分析功能之前，需讓他們了解地理數(shù)據(jù)的采集、組織和管理方式，掌握Shapefile和Geodatabase兩種數(shù)據(jù)存儲方法，以及數(shù)據(jù)的編輯、轉(zhuǎn)換和處理。

2 教學(xué)方法和手段的改革

⑴ 以問題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置主要以驗證性、認知性實踐內(nèi)容為主。在課堂上，學(xué)生往往跟著老師的操作模仿一遍，很難調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，不利于學(xué)生對知識的了解和掌握。通過生動而精彩的應(yīng)用案例如：社會關(guān)注的熱點，現(xiàn)代高科技等與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的事情，引出新內(nèi)容所要解決的問題，這樣可使學(xué)生的求知欲望立刻上升。此外，讓學(xué)生利用所學(xué)知識來解決實際問題，從而體會到知識的價值和重要性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)課程的興趣和主動性。

例如購房問題，如何找到環(huán)境好、購物方便、小孩上學(xué)近的小區(qū)是購房者最關(guān)心的問題，這需要購房者針對以上因素對商品房的信息進行綜合分析，從而選擇最適宜的購房地段。基于該問題引出GIS中的緩沖區(qū)分析、疊加分析兩個內(nèi)容。根據(jù)實際情況，首先對各項因素的影響力進行定義，詳見表2；然后對各因素進行緩沖區(qū)分析（圖1），并根據(jù)距離范圍確定得分；最后利用軟件的空間疊置分析功能計算綜合得分，并基于綜合得分選出最適宜購房區(qū)域。這樣做不僅可以創(chuàng)造良好的教學(xué)情景，而且使學(xué)生以問題為導(dǎo)向，在實踐過程中接受并消化知識。

⑵ 學(xué)生自學(xué)為主，教師引導(dǎo)為輔。傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式往往采用老師為主導(dǎo)的形式，然而由于ArcGIS功能十分強大，僅通過有限的課堂時間很難讓學(xué)生完全掌握該軟件。只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用老師引導(dǎo)為輔、學(xué)生自學(xué)為主的模式，方可讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握該軟件。教師通常以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)以及查看知識掌握情況。提出的問題可分為三類。①為新課鋪路。該類提問可創(chuàng)設(shè)一些懸念，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生在課下對新內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，為新課鋪平道路。②為突出重點難點而設(shè)立的問題。該類問題要求學(xué)生獨立思考，獨自動手完成。③總結(jié)式問題。該類問題一般在每節(jié)課的小結(jié)中進行，通過該問題，老師可以了解學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度。在此基礎(chǔ)上，提出更高一級的要求，引導(dǎo)學(xué)生深度掌握知識，達到融會貫通的程度。

此外，教師多走動也是體現(xiàn)其引導(dǎo)的有效途徑。由于學(xué)生在實踐中會遇到各種各樣的問題，尋求教師幫助是大多數(shù)學(xué)生的本能，因此教師要在實踐課上多走動，及時為學(xué)生解答，避免學(xué)生走彎路，引導(dǎo)實踐項目順利開展。

⑶ 建立學(xué)習(xí)小組。在自由結(jié)合的基礎(chǔ)上結(jié)合老師對學(xué)生能力、興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的綜合了解，把學(xué)生劃分成多個小組，每組5-6人，并指定組長。每個實驗結(jié)束后，在小組成員共同討論基礎(chǔ)上，完成實習(xí)報告，并輪流在課堂上匯報；同時其他小組學(xué)生進行相應(yīng)提問，報告者回答。通過這種方式增強小組間的交流，查漏補缺，加深學(xué)生對知識內(nèi)容的理解。此外，在探索性試驗部分，由每個小組自行選擇題目（小組間不能重復(fù)），收集數(shù)據(jù)和資料，制定實驗方案，并最終完成實驗報告。這種小組式的實踐教學(xué)模式既增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和團隊合作精神，同時強化了他們的表達能力，為今后他們走向社會奠定基礎(chǔ)。

⑷ 增加考核次數(shù)，考核形式多樣。許多高校對課程的考核，學(xué)期末考試成績占很大比重，這種考核方式可能導(dǎo)致學(xué)生平時不認真聽課，課后不認真復(fù)習(xí)，僅在期末考試前突擊學(xué)習(xí)，故這樣的很難真實反映學(xué)生的水平。

國外大學(xué)通常的做法是將考試分為若干次，每次考試的成績均按相應(yīng)比例計入最終成績，這樣做一方面可以實時檢驗學(xué)生對實驗的掌握程度，另一方面可以督促學(xué)生學(xué)習(xí)。除了以考試形式進行的考核外，還可將平時考勤情況、作業(yè)情況、實習(xí)報告等內(nèi)容也納入課程考核內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的考試成績，參考學(xué)生的平時表現(xiàn)，綜合考核學(xué)生的理解、綜合和創(chuàng)新能力。筆者對該課程的考核采用如下形式：在最終成績的計算中，出勤占10%，實習(xí)報告占10%，平時考試成績占30%，期末考試成績占50%。實驗考試以具體的實驗為考核內(nèi)容，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成操作，根據(jù)學(xué)生的操作情況進行成績評定。考核內(nèi)容從實驗內(nèi)容中隨機選擇，共選擇四個。每個實驗都要設(shè)置考核要點，老師根據(jù)考核要點的完成情況進行相應(yīng)打分。這樣既能讓學(xué)生認真對待每一個實驗， 又能比較全面地評價一個學(xué)生的水平。

3 結(jié)束語

GIS是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合、多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，已廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。該學(xué)科實踐性很強，這就要求GIS培養(yǎng)的人才不但掌握深厚的理論，還要具有過硬的動手能力。針對GIS實踐課程的特點，結(jié)合以往的教學(xué)體會，本文從實驗內(nèi)容的優(yōu)化選擇、教學(xué)方法革新等方面對該課程進行初步探討與設(shè)計，在實驗的過程中采用教師引導(dǎo)為輔，學(xué)生自學(xué)為主的教學(xué)模式。實踐證明，通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，而且加深了他們對GIS概念和方法的理解和掌握，同時極大地提高了其動手能力和綜合運用GIS專業(yè)知識解決實際問題的能力，達到了良好的教學(xué)效果。

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