3D GIS技術在土地專業教學的探索

張漢松?侯淑濤?劉欣?蘇安玉

摘 要：土地資源管理專業由于多學科緊密聯系和綜合性特點，教學中學生要深刻理解掌握好土地資源管理專業相關課程和實驗并非易事。為生動、形象地講授土地資源管理專業課程，本文提出在土地資源管理教學實踐中，引入3D GIS技術，建設面向土地資源管理專業基于3D GIS的三維教學系統，發揮3D GIS技術可視化效果好、信息集成度高、交互性強的優點，共享并挖掘教學資源，模擬各類土地空間場景輔助課堂教學與實驗。這對教師生動教學，學生深刻學習，學校培養創新型綜合性人才都具有現實意義。

關鍵詞：3D GIS；土地資源管理；課堂教學

一、土地資源管理教學與3D GIS

1.土地資源管理與課堂教學

土地資源管理是以經濟學、法學、管理學、土地資源學為基礎，以公共管理理論為核心，以信息技術、規劃等為手段的多學科緊密聯系的綜合性學科。土地資源管理專業也以培養掌握國土資源知識及現代規劃管理理論與方法，受過“3S”等現代空間信息技術訓練的復合式應用型專門人才為目標。目前土地資源管理專業的課堂教學與其自身“綜合性”的特征差距明顯，主要體現在以下方面：

（1）課堂教學系統性不足。土地資源管理是一門綜合性的學科，但目前的課堂教學由于教學條件、課程學時等諸多因素的影響很難體現課程間的系統性，特別是現代信息技術與土地管理學核心理論的聯系。學生不能理解課程間緊密的聯系性，學習過程中普遍存在盲目性，更難“學以致用”。

（2）課堂教學與實際脫節。目前的課堂教學以保證知識的完整性為首要目標。學生在被強制接受知識點后，很難完全理解，更難活學活用。例如，土地資源管理中的測量學、遙感原理與應用、GPS原理與應用、不動產評估等專業性、實踐性強的課程，學生第一次都很難接受基礎理論和方法。課堂教學難以體現“教、學、實踐”一體化，有時甚至嚴重脫節。

（3）課堂教學內容滯后。信息時代知識更新的速度遠遠超過教材的更新。即使最新的教材包括了當前時代的優秀理論和技術，教師在課堂教學時也很難講授這些內容，更難生動形象地教學。學生經常只是模糊地接受了這個概念，很難達到教學效果。

2.3D GIS技術的教學優勢

3D GIS是從數據結構到空間查詢再到建模分析建立在三維數據模型基礎上的地理信息系統。3D GIS技術包括了計算機圖形技術、三維可視化技術、虛擬現實技術、空間分析等多項技術。它突出的“浸沒感、交互性、構想性” 特點受到了教育工作者的廣泛關注。3D GIS技術在課堂教學的優勢主要表現在以下三個方面：

（1）提供仿真環境。利用3D GIS技術使學生全身心地投入三維虛擬現實教學環境，引導學生正確認知，拓寬認知。通過3D GIS技術不僅可以再現真實存在的環境，也可以按需求構建和分析未存在的環境，為生動教學、交互式學習、理論聯系實際提供了技術保證。

（2）提供信息服務的平臺。課堂教學不是快餐，不能教完即扔，學會即忘。多樣的教學素材需要管理，陳舊的內容需要更新，重點的知識需要鞏固，學科理論的系統性更需我們不斷發現和完善。3D GIS作為空間信息的平臺，恰好為我們提供了這樣的服務，尤其滿足地球學科相關專業空間信息教學管理的需求。

（3）提供綜合性的輔助手段。3D GIS作為一個綜合性的研究領域，它是多項現代高新技術的綜合。虛擬現實技術使得我們為學生提供知識的浸沒感；三維空間交互技術使得我們能輕松加強課堂互動；三維可視技術使得我們更容易引導學生思考，激發學習興趣。

因此，3D GIS技術是解決土地資源管理專業課堂教學1.1節若干問題的有效手段。3D GIS技術作為信息領域研究的熱點，或一種嶄新的教學手段都值得我們重點關注和研究。

二、基于3D GIS的教學系統建設

與傳統的多媒體教學手段不同，基于3D GIS技術的課堂教學不只需要一個簡單的PowerPoint或播放器環境，而必須以一個完整的基于3D GIS的教學系統為基礎。本文下面以面向土地資源管理專業基于3D GIS的教學系統建設和應用探討基于3D GIS技術的課堂教學。

1.系統建設原則

（1）合理規劃，分步實施。土地資源管理專業既涉及核心的管理學理論，又包含諸多現代技術理論。土地資源管理專業教學資源的共享性、課程間緊密的聯系性要求基于3D GIS教學系統的設計不能只針對某一門課程，應面向土地資源管理專業教學大綱所有課程合理、統籌地規劃，否則將會造成重復建設或巨大教學資源的浪費。系統宜分為基礎應用模塊與專業教學模塊。基礎應用模塊即提供國土空間信息瀏覽、查詢、管理、基本分析的功能，專業教學模塊則基于應用模塊在教學資源共享的原則下按各課程特點用于課堂教學和學生實驗或課后練習。同時，為節約系統開發費用、縮短開發周期，宜采取分解目標、分期實施的策略建設系統。

（2）選擇重點，注重實踐。土地資源管理專業是一門理論性、實踐性強的綜合學科。基于3D GIS技術的課堂教學只是土地資源管理專業課堂教學的一種有效手段。它只能解決一部分問題，更需要現有多種教學手段的有效配合。基于3D GIS的課堂教學更適宜實驗、綜合設計、技術性課程的教學。因此，面向土地資源管理專業的3D GIS教學系統建設應有針對性，采取集中資源優先建設實驗性、技術性課程。通過“開發—試驗—修正—試驗”的模式，保證教學系統的實用性，避免過分強調形象和仿真而忽略教學實用。

（3）面向網絡，突出互動。3D GIS技術的交互性主要體現在用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境中得到反饋的自然程度。例如，學生通過三維漫游而體會到土地的自然屬性。而結合網絡服務的3D GIS技術更能使教與學的環節自然統一。通過網絡服務，教師可以及時解答學生學習過程的疑難，3D GIS教學系統更成為教師獲取教學反饋的重要渠道；通過網絡服務，3D GIS教學系統不再局限于課堂教學，更是學生課后訓練，知識鞏固的工具。

2.系統設計與開發

面向土地資源管理專業的3D GIS教學系統，即以若干典型土地區域為研究區域，集成并整合土地基礎地理（如矢量圖、歷史影像、DEM等）、自然屬性信息（如土壤質地、厚度、鹽漬化等）、經濟社會資料（如基準地價、土地利用規劃等）等教學資源，通過三維建模和教學仿真工具開發，建成基于仿真真實環境的教學平臺。

根據上述內容，教學平臺宜采用三層C/S結構體系，即數據層、邏輯層和應用層。其中數據層主要用來存儲各類教學資源，如基礎地理數據、土地專題數據、三維仿真模型等；邏輯層主要針對土地教學平臺業務邏輯進行實現，如土地教學資源的存取、交換與管理；應用層實現土地教學平臺的教學具體應用，主要包括數據瀏覽、數據查詢、數據管理、常用工具、專題教學模塊，等等。

3D GIS平臺的選擇是3D GIS教學系統建設的基礎。目前比較著名、常用的3D GIS平臺有Google Earth（谷歌公司）、Virtual Earth（微軟公司）、Skyline Globe（Skyline 公司）、ArcGIS 3D（ESRI公司）、SuperMap（超圖公司）。基于3D GIS效果和推廣性，本文推薦使用Skyline、Google Earth或Virtual Earth平臺。

三、基于3D GIS的土地教學與試驗

本文以基準地價系數修正法的教學為例，利用試驗系統中地價評估教學模塊，探討基于3D GIS的教學平臺進行面向土地專業的課堂教學。

首先，課堂教導學生根據系統中基準地價級別圖確定基準地價。例如，某宗地屬于住宅三級地，查表得其基準地價為1430元/平方米。

其次，課堂教導學生如何確定宗地修正系數。第一步，通過系統定位待評估宗地位置，了解評估對象基本屬性，通過空間場景模擬使學生思考確定宗地修正因素；第二步，教導學生基于以上思考仔細填寫評估報告中核心數據表模板，正確給予勘察結論。借助系統本例中主要修正因素確定如下：①區域地籍。通過查詢模塊中的位置查詢獲取宗地屬性。本例中宗地所在區域位于某市南山區，緊鄰該市主干路紅旗路，宗地內有一棟7層南北朝向磚瓦結構樓房。②產業集聚狀況。通過常用工具模塊中水平距離測量工具量算得到待估宗地距該市新世紀廣場商業中心3700米，距離農貿市場、醫院 400米，距離學校、幼兒園1500米。③基礎設施條件。通過信息瀏覽模塊中飛行漫游和全視圖工具，確定該區域基礎設施情況達到紅線外七通（即通路、通電、通訊、通上水、通下水、通燃氣、通熱力）。④交通條件。通過信息瀏覽和測量模塊，確定評估對象距紅旗路西側60米，周邊有多路公交線路，得到結論此地段交通便捷。⑤環境條件。分析環保數據確定該地區車流量大，有一定噪音及廢氣污染，環境條件一般。

最后，教導學生計算修正后的價格。

通過課后教學互動，我們發現基于3D GIS的三維教學系統能讓學生對土地專業的課程產生了濃厚的興趣；善于提出問題，思考問題，且聯系相關課程不再拘泥于一門；而學生更普遍反映在課堂上有了生產實踐的體會。

面向土地專業的基于3D GIS的三維教學系統建設與試驗表明：土地資源管理專業的教學與“3D GIS”技術相結合，同時綜合傳統的教學手段和方法，既能利用“3D GIS”的可視化、數據管理和空間分析功能進行土地空間場景仿真，又可充分共享、管理、挖掘土地教學資源進行課堂教學、課程實驗和實習，實現優勢互補。

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（作者單位：張漢松 侯淑濤 蘇安玉 東北農業大學資源與環境學院；劉 欣 黑龍江廣播電視大學開放教學部）