基于MapGIS的GIS課程實踐案例教學方法設(shè)計

孫斌 韓艷玲 鄭貴洲

【摘要】“地理信息系統(tǒng)”課程具有知識點多、概念抽象、多學科交叉、理論和實踐緊密聯(lián)系的特點。本文根據(jù)“地理信息系統(tǒng)”課程實踐教學現(xiàn)狀的不足，引入案例教學法，從案例設(shè)計、案例教學平臺構(gòu)建、案例實施、案例考核等方面探討如何通過案例的應(yīng)用學習，充分調(diào)動學生學習的主動性、提高他們利用相關(guān)理論和GIS軟件解決實際問題的綜合能力、改善課程的教學效果。

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng) 案例教學 實踐課程 教學改革

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0215-02

引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是集計算機科學、地理學、測繪科學等為一體的一門交叉性學科。在計算機軟硬件的支持下，它為采集、存儲、查詢、空間分析、表達、輸出和應(yīng)用空間數(shù)據(jù)提供了技術(shù)方法[1]。GIS專業(yè)開設(shè)“地理信息系統(tǒng)”課程實踐的目的，是為了讓學生能夠在已掌握的專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，利用 GIS工具，主要是GIS軟件， 解決與本專業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟、社會、文化等與空間信息相關(guān)的問題[2]。各大高校的教學方案中雖然開設(shè)了大量的GIS實踐課程，往往由于教學方法不合理、教學內(nèi)容沒有很好的銜接或者實驗實施不足等原因，沒有取得很好的效果。因此，為適應(yīng)GIS學科發(fā)展需要，提高GIS人才培養(yǎng)質(zhì)量，GIS專業(yè)實踐課程體系整體優(yōu)化與教學方法設(shè)計的研究對提高學生的整體能力具有重要意義。

針對“地理信息系統(tǒng)”課程實踐教學中的不足，本文從GIS課程的特點出發(fā)，結(jié)合教學實踐，把GIS知識點和實際問題相互結(jié)合，在GIS課程實踐教學中引入基于網(wǎng)絡(luò)平臺的軟件案例教學法[3]。

1.案例設(shè)計與規(guī)劃

案例的設(shè)計結(jié)合了GIS的基本概念和基本操作，以GIS的功能為主線、輔以GIS原理的各個知識點[4]?；景咐途C合案例組成了整個實踐課程的案例庫，每個案例不僅具有完善的功能，能夠覆蓋重要知識點，并以實際應(yīng)用為目標，便于學生理解和操作。

根據(jù)課程內(nèi)容，按照GIS基本功能、涉及的GIS原理知識點、基本案例和綜合案例的順序，由淺入深、從基本到綜合的原則，建立了涵蓋GIS課程理論體系的教學模式。GIS基本功能包括：GIS的概述、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達、數(shù)據(jù)輸出。首先設(shè)計地圖與屬性信息交互的案例從宏觀上了解GIS；在地圖數(shù)字化理論基礎(chǔ)上，設(shè)計地圖投影等案例；在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)編輯理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計要素編輯等案例；在空間數(shù)據(jù)庫理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計要素閃爍等案例；在空間數(shù)據(jù)分析理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計緩沖區(qū)分析等案例；在空間數(shù)據(jù)可視化表達理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計專題圖制作等案例；在地圖輸出理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計圖幅整飾等案例。基本案例設(shè)計界面如圖1。

綜合案例是以實際問題為驅(qū)動，涵蓋了基本案例以及GIS課程所涉及的知識點，需要學生具有一定的GIS軟件操作基礎(chǔ)，包括：自動拓撲造區(qū)、最短路徑分析等案例。綜合案例的設(shè)計一方面可以對GIS理論知識點的鞏固，另一方面可以模擬實際工作過程中GIS軟件的操作流程。以實驗室選址為例說明。首先，根據(jù)需求分析，將實驗所用的數(shù)據(jù)利用MapGIS Server Manager發(fā)布到軟件案例教學平臺上，涉及多源地圖加載、地圖基本操作等基本案例；在充分考慮影響實驗室選址的因素的基礎(chǔ)上，利用緩沖區(qū)分析功能確定河流等因素所影響的范圍，涉及緩沖區(qū)分析案例；利用疊加分析功能進行相減、相交等操作，涉及疊加分析案例；利用查詢分析功能查詢滿足條件的候選地址，涉及查詢分析案例；最后根據(jù)緩沖區(qū)分析結(jié)果，結(jié)合土地的預(yù)計價格，利用地圖制圖功能將合適的候選地址突出顯示出來，涉及地圖輸出案例。

案例的設(shè)計通過“總-分-總”式過程實現(xiàn)，即首先使學生對地理信息系統(tǒng)形成總體概念和基本理解； 然后使學生熟練掌握GIS的基本案例，具備各單項GIS軟件操作的應(yīng)用能力；最后能夠?qū)IS綜合案例靈活運用，針對具體問題制定出可行的解決方案。這些案例不僅可以提高學生學習GIS軟件的效率，而且還能引發(fā)他們對應(yīng)用GIS理論、技術(shù)解決現(xiàn)實問題的思考。各個GIS功能、知識點、基本案例、綜合案例之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，如圖2。

2.案例教學平臺構(gòu)建

軟件案例教學平臺主要通過建設(shè)網(wǎng)站實現(xiàn)，在主頁內(nèi)實現(xiàn)教學案例、相關(guān)軟件、參考書目等資源的上傳和更新[5]。該平臺是以國產(chǎn)GIS軟件MapGIS的應(yīng)用實訓為基礎(chǔ)，從輔助資料、案例資源、實驗教學、綜合測評、網(wǎng)上交流5個模塊為師生提供了開放式的學習交流平臺。平臺構(gòu)成如圖3。

在軟件案例教學平臺設(shè)計中，各個模塊相輔相成。1）輔助資料模塊向?qū)W生提供了豐富的學習資源。2）案例資源模塊整合了大量的GIS案例，將案例設(shè)計為基本案例、綜合案例，以滿足分層次教學的需要。根據(jù)GIS的功能和實踐課程的內(nèi)容，將GIS的基本功能分解制作成若干個基本案例；綜合案例是把GIS基本概念和基本操作融合形成一個循序漸進、種類多樣的基本案例資源。3）在各種輔助資料的幫助下，學生對案例的實現(xiàn)過程進行研究探索，通過教師的講解對案例所涉及的GIS理論作進一步的了解，在教師的指導下，學生通過實際操作來掌握軟件的功能和特性。學生可以通過該模塊進行自動演播模式學習，讓學生在每個操作步驟都可以自助得到指導。4）通過綜合測評模塊教師可以掌握學生的學習程度和學習效果，及時調(diào)整教學進度。5）網(wǎng)上交流模塊為師生、生生之間的互動與交流提供了便利。教師對學生的在線咨詢、留言等疑難問題進行反饋，學生之間可以針對感興趣的問題進行交流和學習。另外，通過該模塊組織學生以不記名形式進行評教，根據(jù)評教數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對課程做出相應(yīng)的調(diào)整，提高教學效率，提升個性化互動教學水平。

軟件案例教學平臺改變了傳統(tǒng)的課堂教學模式，學生不僅可以從課堂上獲取教師講解的知識，而且可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上獲得全面詳細的資源，方便學生自主學習[6]。

3.案例教學實施與考核

GIS軟件案例教學的主要目標有：理解并掌握GIS的基本原理，熟悉GIS軟件的結(jié)構(gòu)、功能、熟練掌握GIS軟件的操作方法，達到知識向能力的熟練轉(zhuǎn)化[7]。本文利用軟件案例教學平臺，應(yīng)用典型案例引導學生，開展案例教學；按照“準備-實施-調(diào)查-結(jié)束”循環(huán)迭代的過程進行教學實踐；采用“分散的、階段式”的考核方式進行教學評估。

3.1案例的實施

在教學過程中，以教師為主導、學生為主體、緊密結(jié)合案例實施教學過程。按照“準備-實施-調(diào)查-結(jié)束”循環(huán)迭代的過程進行軟件案例的實施，其具體流程如圖4。

在準備階段由教師通過講解GIS理論逐漸引入基本案例以及綜合案例所應(yīng)用的知識點，讓學生對GIS原理、知識點有整體的認識。

在實施階段根據(jù)教學目標，教師通過案例講解對教學內(nèi)容、學習方法、學習重點進行介紹，使學生理解教學目標，逐步接受教學情境。然后由教師輔導學生開展案例教學活動，學生在教師的指導下進行基本案例的實訓，教師根據(jù)學生掌握情況，改造拓寬案例。最后教師將綜合案例分析分解為多個基本案例后，學生在若干個子問題模式下，由教師引導，逐步完成整個綜合案例的實訓。

在調(diào)查階段學生對案例實訓情況進行總結(jié)，教師對學生在案例操作過程中普遍存在的問題以及所用的各種解決方案進行總結(jié)與歸納，并對學生的實訓情況進行評估，及時掌握學生對GIS軟件的應(yīng)用情況。

結(jié)束階段學生對案例的實訓情況進行匿名留言，反映案例設(shè)計情況，教師根據(jù)調(diào)查情況發(fā)現(xiàn)問題、改進策略，優(yōu)化案例。

在“地理信息系統(tǒng)”課程實踐中實施軟件案例教學法，可以根據(jù)學生課堂實訓反映、課后網(wǎng)上討論等途徑獲取學生對案例的掌握情況。系列案例的實訓可使學生對GIS概念有全面的認識，掌握GIS諸多功能，找到快速學習GIS軟件的方法。

3.2案例的考核

傳統(tǒng)的一張紙質(zhì)試卷定成績的考核方式，只注重基礎(chǔ)知識的掌握，忽視了學生的應(yīng)用能力，沒有調(diào)動學生的學習興趣。由于GIS實踐課程的概念多、實踐性強的特點，本文采用分散的、階段式的案例考核方式[8]。

課堂考核方式呈現(xiàn)多樣化，包括：1）課堂提交實訓成果：將考核評價與課堂案例教學相互融合，按照教學內(nèi)容和計劃，分階段地考核學生對各個案例知識點的掌握程度。2）綜合案例考查：在學期初由教師根據(jù)GIS課程實踐的內(nèi)容，布置學生在學期末提交的一個綜合案例成果，為了避免抄襲，案例主題、數(shù)據(jù)、問題設(shè)計等盡量不同。這個綜合案例將貫穿整個實踐課程，不僅杜絕了學生考試突擊等情況，也鍛煉了學生綜合運用GIS的能力和案例整合能力。3）優(yōu)秀作品展示：將優(yōu)秀的作品在網(wǎng)絡(luò)平臺上展示，不僅是對優(yōu)秀學生的鼓勵，而且能讓其他學生有很好的觀摩學習機會，共同進步。4）上機考試：考核內(nèi)容包括相關(guān)概念定義題、簡答題、分析題和案例設(shè)計題，這種考核方式，既考查了學生對理論知識掌握情況，也強調(diào)了學生的實際動手能力。

無論是課堂提交成果還是貫穿整個學期的綜合案例制作的考核方式，都將考核點分散到整個學期中，分階段的、循序漸進的使學生在實踐課程中掌握軟件的使用方法。這種考核方式既能及時理解學生對軟件的掌握情況，又能確保學生在實踐課程的每個階段都保持著積極的學習態(tài)度。

結(jié)束語

本文將案例教學法應(yīng)用于GIS課程實踐教學中，突出了學生思維能力、動手能力培養(yǎng)的教學思想理念。案例教學平臺提供的輔助資料和網(wǎng)上交流模塊為案例教學的順利實施奠定了基礎(chǔ)；通過設(shè)計案例庫，使學生在實踐中掌握GIS理論，把單純的操作訓練與實際問題結(jié)合起來，培養(yǎng)學生利用GIS分析、解決問題的能力；在案例的實施過程中突出學生為主體，教師引導學生，組織案例教學，充分發(fā)揮學生的主觀能動性；案例考核充分調(diào)動了學生在整個實踐課程學習中的積極性。

軟件案例教學是以GIS功能為主線，具體問題為驅(qū)動，案例實訓為重點，交流、考核為輔助。隨著基本案例到綜合案例的實訓，所選案例內(nèi)容的綜合性、軟件操作的復雜性逐步增強，可以使學生由淺入深、循序漸進地將所學知識和技術(shù)運用到實際問題中，在解決問題的過程中逐步提高學生對理論知識的理解和應(yīng)用技術(shù)解決問題的能力?？傊咐虒W法可以有效地改善GIS教學現(xiàn)狀，促進學生GIS知識結(jié)構(gòu)的完善，GIS應(yīng)用能力的提高，提高學生學習的學習興趣，提升教學效果。

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作者簡介：

孫斌（1959-），男，漢族，湖北武漢人，中國地質(zhì)大學（武漢）副教授，博士，研究方向：GIS研發(fā)與應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)庫。

韓艷玲（1991-），女，漢族，河南商丘人，中國地質(zhì)大學（武漢）碩士，研究方向：GIS研發(fā)與應(yīng)用，資源與環(huán)境遙感。

鄭貴洲（1963-），男，漢族，福建屏南人，中國地質(zhì)大學（武漢）教授，博士，研究方向為地理計算與空間分析，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等。