基于ArcGIS的地理信息系統實驗教學改革探討

董建軍

摘要：地理信息系統課程中實驗教學內容是必不可少的。本文以ArcGIS軟件為平臺，對生態學專業地理信息系統課程的實驗教學內容、教學方法等進行了探討。并提出積極改革地理信息系統實驗教學內容和教學方法，積極加強在地理信息系統實驗教學中自學輔導，改善地理信息系統上機實驗的教學環境、盡量配備專業指導教師等問題非常關鍵。

關鍵詞：實驗教學內容；教學方法；優化實驗結構；自學輔導

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）12-0253-02

地理信息系統（簡稱GIS）是近年來發展迅速的高新技術，也是地理學及生態學等相關專業本科畢業生應該掌握的基礎知識和重要技術手段。《地理信息系統》課程是向學生介紹地理信息系統的基礎理論和技術體系的課程。目的是讓學生掌握地理信息系統這門學科的基本理論和方法，了解地理信息系統在各個學科和社會中的應用。但地理信息系統是一門理論性和實踐都很強的學科，要求學生在掌握基本理論與方法的同時，必須加強教學實驗和實踐。本文以ArcGIS軟件為平臺，對生態學專業地理信息系統課程的實驗教學內容、教學方法等進行了探討。

一、以ArcGIS軟件為平臺的實驗教學內容及教學方法

地理信息系統是一門實踐性很強的學科，教學中除注意突出重點，講清基本原理外，應把重點放在提高學生操作、應用地理信息系統軟件的能力上，加強學生實驗有利于學生正確理解和掌握該學科的理論知識，對于形成學生良好的專業素養有重要作用。

ArcGIS是美國環境系統研究所（ESRI）開發的新一代GIS軟件，是世界上應用廣泛的GIS軟件之一。內蒙古大學生態學專業地理信息系統實驗課程采用該軟件進行教學，實驗內容分為四個部分，分別是ArcGIS軟件介紹、空間數據的輸入與編輯、空間分析、地圖制圖等。地理信息系統課程包括理論課32學時，實驗課20學時。實驗教學內容要有利于課程的學習和取得良好的教學效果為原則。主要采用多媒體課件演示、上機實習等形式。其中多媒體課件主要用于實驗目的、實驗要求、實驗內容講解，圖形圖像資料和模擬演示等。預制的課件條理清晰，利于同步教學，信息量大，效果遠遠超過傳統授課方式，作為課堂授課輔助工具效果明顯。上機實習廣泛地采用了網絡和計算機輔助教學等現代教育技術，在網上公布所有教學資源，包括實習材料、實習指導書等。同時設計了“網上資源”等，為學生提供了多種可供選擇的學習方式，充分體現“互動教學”的特點。

二、基于ArcGIS軟件的實驗教學內容體系設計

對于生態學專業的學生來說，許多內容如數據采集、編輯、空間分析、專題地圖制作等都必須通過具體應用在本學科相關一些問題，才能夠真正掌握和理解。本課程實驗以呼和浩特為例，設計了教學內容體系。具體實驗項目如下。

第一，空間數據的輸入與編輯，主要目的是讓學生掌握掃描數據的矢量化技術和拓撲編輯。使用提供的掃描數據（呼和浩特旗縣界.bmp）進行矢量化，把呼和浩特市各旗縣的行政界線勾畫出來，并輸入屬性，建立空間拓撲。

第二，空間分析，讓學生掌握利用ArcMap進行空間查詢、緩沖區分析和疊加分析等分析方法為目的，使用矢量化的呼和浩特旗縣界和提供的數據完成空間分析。主要內容有：空間查詢包括了從圖查表和從表查圖，如使用Identity和Find工具進行查詢，SQL查詢等；緩沖區分析包括了點、線、面的緩沖區生成，如對于呼和浩特地區的駐地、鐵路和旗縣界制作緩沖區；疊加分析使用矢量化的旗縣界和提供的呼和浩特市土地利用專題圖進行疊加，統計出各旗縣不同土地利用類型的面積等。

第三，制圖，讓學生掌握ArcMap制圖技術，并完成土地利用專題圖。使用提供的市界、旗縣界、駐地、主要公路、鐵路和土地利用數據，學習各專題圖層的符號化和設色方法，完成設置紙張大小后，加圖名、指北針、比例尺、坐標網格和圖例等一系列整飾過程，最后輸出圖片文件（jpg格式）。

學生通過上機操作實驗，了解地理信息系統的數據處理的流程，大大激發了學習的積極性，提高了學習興趣。從多年的教學實踐經驗，總結出的實驗教學內容體系設計見下表：

三、實驗教學的改革與探索

（一）積極改革GIS實驗教學內容和教學方法

實驗教學內容是基礎，是實現教育目標的重要保障。而教師只有講究教學方法，了解教育對象，有針對性地講解實驗內容，才能有好的效果。因此積極改革實驗內容和方法，是加強課程建設的核心工作。因此為了盡量縮小實驗教學內容與現代科技成果的差距，主要采取了兩項措施。

1.更新實驗課程結構。通過三次教學計劃的修訂，逐步調整課程實驗內容，加強了幾個內容。一是基于計算機的地理信息系統知識，從增設地理信息系統的基礎知識到開設應用專題課等；二是具體案例分析的調整，找出最適合學生理解，與專業密切相關例子；三是遙感知識，遙感是地理信息系統的數據源，加強數字圖像處理基本過程的認識，有利于地理信息系統知識的掌握。

2.優化實驗教學內容，與實際應用緊密相連。對于生態學專業的學生來說，學習GIS的目的是掌握地理信息系統這門學科的基本理論和方法，了解地理信息系統在各個學科和社會中的應用，并利用地理信息系統解決本學科相關的一些問題。因此內容安排也結合生態學專業，讓學生了解應用。對于疊加分析，實驗內容是以呼和浩特為例，把呼和浩特的土地利用專題圖和行政區劃圖進行疊加，統計分析各旗縣的土地利用狀況，通過這個實驗學生掌握基本知識，同時了解不同專題圖層的疊加分析方法，在專業方面鞏固了土地利用方面的相關知識。

在教學方法的改革上，主要要求教師結合改革教學內容，研究教學方法論，針對學生的思維特點和認識規律，進行啟發式教學。為此，一方面增加討論課，采用小論文、小專題和各種因材施教的方式，開展分層次教學。另一方面采用現代化教學手段，使教學直觀化、形象化。

（二）積極加強在GIS實驗教學中自學輔導

自學輔導教學實驗的本質，是讓學生通過以自學為主的學習方式，經由閱讀、上機練習、小結等自學環節，養成自學習慣，發展自學能力。它與傳統講授法比較有如下特點。

1.教學主導思想有了根本性改變。自學輔導體現了教學以培養能力、發展智力為主的思想，突出學生的“學”和教師的“導”。GIS軟件功能非常強大，利用有限的學時學完是不可能的，只有學生努力自學，才能系統掌握。因此教學的主攻方向和衡量學生學習的標準，不僅在于學生是否學會了，還在于學生是否會學了。這種教學思想和教學形式，完全保證了學生的學習主體地位。

2.教學原則與教學方式在實踐上得到統一。啟、讀、練、知、導相結合等教學原則的側重點在“學”，它是建立在確保各類學生都學會，都能發展的基礎上，教學原則是與教材、教法、學生、教師的情況密切結合而綜合考慮提出的，因此能夠在教學過程中較好地加以體現。

3.使用高效的立體式課堂教學。在課堂上學生自行操作ArcGIS軟件，教師輔導，教師和學生充分進行教學信息反饋流通。學生在課堂上用眼看、用腦想等多種感官交替使用，降低了疲勞度，提高了學習效率。各類學生各得其所，每個人都積極主動，因而學習成績普遍上升，尖子生隊伍擴大，兩極分化縮小。

4.加強自學輔導教學。自學輔導教學對學生的思想以及影響學生成長的非智力因素有極大的促進作用。在培養學生良好自學習慣、濃厚的學習興趣、堅強的意志和毅力方面也超過了傳統教學。

實踐證明，自學輔導適合GIS實驗教學課程，符合當代大學生的認識和發展規律，是極有發展前途的。

（三）改善GIS上機實驗的教學環境，盡量配備專業指導教師

高校盡量建立GIS的開放實驗室，具備專業軟件及案例數據，對學生全面放開，給學生獨立操作、獨立學習的平臺，還要配備指導教師，對出現的問題進行解決。

四、結語

地理信息系統應重點突出地理信息系統的基礎理論、技術與應用。該課程力求將地理空間基礎理論、地理信息系統技術方法和地理信息系統的實踐融為一體，使學生在學習地理信息系統技術方法的同時，掌握與地理信息系統的技術實現和方法應用有關的基礎理論，從而使學生能夠真正領會和把握作為現代高科技的地理信息系統的科學性、技術性和實踐性。要更新思想，積極改革GIS實驗教學內容和教學方法，積極加強在GIS實驗教學中的自學輔導，改善GIS上機實驗的教學環境，盡量配備專業指導教師，等等。

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