地理信息科學專業教學內容拓展及實踐教學方法研究

張興國 張麗 王帥帥

摘 ? ?要： 文章針對地理信息科學教學中存在的問題，重點就教學內容和實踐教學方法進行了研究與探討。信息技術的飛速發展促使地理信息科學必須對教學內容進行拓展，包括網絡電子地圖的地圖投影、視頻傳感器GIS應用技術、網絡開發技術，同時要開展多種形式的實踐活動，提高學生的實踐動手能力，包括第二課堂、項目帶動和科技活動。

關鍵詞： 地理信息科學 ? ?教學改革 ? ?實踐教學

隨著社會經濟的發展，地理信息科學（GIS）日益引起空間數據相關行業的關注和應用。GIS已經從實驗室走向行業應用，從行業應用走向大眾化。然而，GIS的教學內容和方法并沒有因為其應用的拓展而相應改革。究其原因，主要包括：（1）GIS相關技術發展迅猛，相關教材、師資難以同步;（2）傳統教學方法難以滿足社會對GIS研發人員的旺盛需求。（3）高校教學的中心地位需要進一步加強，相關政策應提高對高質量的理論教材、實驗/實習教材、實踐活動的支持力度，讓教師真正喜歡教學，并通過不斷進步拓展教學內容，改進教學方法。綜上，我們在GIS大眾化背景下，面向社會對GIS人才的需求，探索GIS需要拓展的教學內容，并就實踐教學方法進行了探討。

1.GIS教學內容拓展

隨著GIS的普及應用，GIS學生不僅要掌握傳統領域的知識，更要了解大眾領域所使用的技術。同時，隨著大數據時代的來臨，應該在教學中引入相關教學內容。

（1）網絡電子地圖的地圖投影

當前，網絡電子地圖已經完全融入生活，可以快速定位，提供詳細的地理信息。但是，在GIS專業教學中，對于其使用的技術方法并沒有介紹，對于其與GIS的集成更無涉及，這就造成專業的GIS人員對這些大眾化的地圖比較“陌生”，從而影響其在GIS行業中的應用。因此，我們建議在教學中加強這部分內容的介紹。

地圖投影在GIS中具有非常重要的地位，地圖投影是按照一定的數學法則，將球面的地理空間數據映射為平面的地圖[1]。常見的Google、Baidu、天地圖、SOSO等地圖，均采用地圖投影，其投影為Web墨卡托投影。Web墨卡托投影把地球視為球體而不是橢球體，這種假設是為了計算的簡單化。設定球體的半徑R=6378137.0米，橢球體的a=b=R，具體計算為公式①。

①式中，為經度，為緯度。

通過該公式可以將經緯度坐標投影為平面坐標，即Web墨卡托投影。GIS學生了解了該內容后就可以嘗試分析網絡地圖，并在實踐中使用該地圖。

（2）視頻傳感器的GIS應用技術

圖像、視頻數據以海量的方式出現在日常生活中，相對于其他傳感器，如溫度、噪聲等，其獲取更便捷和直觀。當前GIS教學中對于該類數據并沒有加以利用，根本原因在于圖像或視頻以側視的方式觀察世界，而傳統地理空間數據以正射的方式表達現實世界，兩者存在視角的差異。但在計算機領域，針對圖像或視頻的研究日益成熟，如《計算機視覺》、《數字圖像處理》等，可以逐步引入相關的理論，以獲取圖像或視頻中的時空信息，主要涉及圖像中豐富的紋理信息、序列圖像的三維恢復、監控視頻的中實時的動態目標的信息等。圖像和視頻在GIS中的引入，有助于拓展專業的應用領域，拓展地理信息獲取的途徑，推動實時、真實GIS的建立和應用[2]。

（3）網絡開發技術

網絡的興起，空間數據相關行業的網絡地理信息系統需求旺盛。通過網絡使用地理信息系統，可以極大地降低客戶端在數據管理和分析方面的負擔。傳統GIS教學內容，側重單機、局域網內的GIS研發，對于網絡GIS的研發技術并沒有引起足夠的重視。我們認為急需加強網絡GIS相關技術的教學與實踐，主要包括：

第一，網頁設計技術，主要學習HTML、CSS、Dreamweaver或Asp.net，設計一些基本頁面。

第三，WebGIS開發包，如ArcGIS Server for Javascript，開發應用型的網絡地理信息系統。

2. GIS實踐教學方法

在GIS實踐教學中，不能僅僅依托課堂和實驗教學，而應該采取多種形式進行教學。

（1）第二課堂

GIS在實踐中主要依托的硬件為計算機，在學生中已經普及。教師可以以所帶課程為基礎，在課外安排合理的學習任務，并進行指導，這里以《GIS設計與開發》課程為例進行說明。這門課程從理論上講，主要講授GIS的設計方法，包括結構化的分析與設計、面向對象的分析與設計兩大核心內容，幾乎占用本門課的一半教學時間[3]。在剩余的時間，通常會講授某一類開發技術，如C#和ArcEngine。在72個學時內，要讓學生學會分析、設計并開發一個應用型GIS系統比較困難。這種局面造成許多GIS專業的學生不會開發，害怕開發，難以滿足社會對GIS開發人才的需求。如果開設第二課堂，這種局面將得到極大改進，具體內容包括：

第一，編程語言。 GIS教學中通常會安排編程語言類的教學，如C語言、C++等，但在應用型GIS開發中并不能滿足要求。已有編程語言類的教學，學生已經掌握基本的編程技術，也掌握結構化程序設計和面向對象的程序設計方法，為后續第二課堂其語言的學習奠定較好基礎，極大降低學習難度。當前，在C/S軟件開發中，C#語言使用較多，而B/S方面，JavaScript較為常用。因此，第二課堂中可以首先安排學生學習C#，然后學習JavaScript，為后續GIS系統的研發做好準備。

第二，GIS開發 當前ArcGIS系列軟件在GIS相關行業處于主導地位，可以指導學生在第二課堂中從開發者視野深入學習ArcGIS DeskTop，并在編程語言入門后逐步開始GIS開發。首先，C/S架構類的應用型GIS，建議以ArcEngine為GIS開發包，語言選擇C#;然后，B/S架構類的開發，建議以ArcGIS Server為Web GIS平臺，語言選擇JavaScript，包括相關Dojo庫的學習。

開展第二課堂，不僅延長學生《GIS設計與開發》的學習時間，而且學習內容得到較大拓展，實踐能力得到增強，更有利于滿足社會需求。

（2）項目帶動

隨著GIS的普及應用，GIS的相關項目日益增多，常見的類型包括空間數據建庫、應用型GIS系統研發、GIS科研項目等。這些項目對學生能力的要求不同，可以根據不同類型的項目，吸收不同年級的學生加入，并進行耐心指導。在項目進展中，學生通過完成相關任務，可以提高對專業的興趣，擴展視野，培養對專業的整體把握能力，項目參與往往使學生快速明白專業的目標。在項目類型安排方面，我們建議：

第一，數據類項目適合于大一和大二學生，如地圖矢量化、遙感分類、規劃圖編輯等，對學生要求相對較低，重在使用GIS、遙感和測繪類軟件，如ArcGIS DeskTop、Erdas、AutoCAD等。

第二，應用型GIS研發項目適合于大三和大四學生，要求學生會開發，具備編程語言和GIS二次開發能力。

第三，GIS研究類項目適合于大四學生或研究生，需要學生查閱文獻、分析問題和解決問題，對學生要求較高，不僅要具備GIS基本知識和技能，而且要具有綜合分析和實驗的能力。

（3）科技活動

面向學生的科技活動，如學校或公司組織的學生大賽、科技周、創新或創業大賽，往往能提高學生積極性。我們建議：

第一，組織學生參與GIS公司組織的大賽，如ESRI大賽、SuperMap大賽、MapGIS大賽等。在指導中，以學生為主體，讓其自己分析、設計和實施，做出一個相對完整的成果。教師在其中，重點對學生的選題、總體技術路線、作品的特色進行把握。

第二，學校內部組織的活動，如地圖創意大賽、GIS開發大賽、科技周、創新活動等，教師輔助主辦方做好大賽內容、類別、形式的設計和評審工作。在學生指導部分，激發學生的創新思維，與學生探討，擬定新穎的選題，并保證能在有限時間內完成。

3.結語

現代信息技術的飛速發展，GIS專業面臨重大發展機遇。GIS教學必須緊跟社會需求，將新理論、新技術引入教學中，并加強實踐教學環節。同時，高校相關政策導向必須教師提供學習進修的機會，鼓勵教師開展形式多樣的實踐教學活動。GIS教學內容的更新，實踐活動的開展，必將進一步促進GIS在相關行業的創新應用。

參考文獻：

[1]孫達，蒲英霞.地圖投影[M]. 南京：南京大學出版社，2005.

[2]張興國，劉學軍，宋宏權.面向對象的影視GIS數據模型研究[J].測繪科學，2013，38（6）：64-66.

[3]陳正江，張興國.地理信息系統設計與開發（第二版）[M].北京：科學出版社，2012.

基金項目：信陽師范學院博士科研啟動基金資助項目（0201402）;信陽師范學院校青年基金資助項目（2012059）;信陽師范學院2014年度大學生科研基金重點項目（2014-DXS-148）。