地理信息系統（GIS）課程實踐教學模式探討

秦鵬 陳明利 韓玉杰 張曉光 張志輝

摘要：實踐教學是地理信息系統（GIS）課程的關鍵一環，以提高學習者創新實踐能力為目的。針對地理信息系統（GIS）學科特點和當前實踐教學現狀，從教學內容的針對性、開放實驗室和實踐教學模式等提出建議和方案，目的在于為地理信息系統（GIS）實踐教學改革提供參考。

關鍵詞：地理信息系統（GIS）；實踐教學；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0206-03

2014年教育部頒布《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，提出學生發展核心素養的體系，明確學生應具備的關鍵能力[1]。《中國學生發展核心素養》于2016年9月13日正式發布，定義學生應具備的實踐創新素養作為6大素養之一被寫入總體框架[2]。隨著時代進步與科技發展，社會對應用創新型人才需求不斷增長，實踐教學則承擔著提高學生創新應用能力的重任，是當前素質教育的重要環節，可以培養學生科學思維方式，以促進養成科學探索的精神[3]。因此，實踐教學在當前高等教育中顯得尤其重要，深化實踐教學改革創新，要重視培養大學生的實踐能力，加強課程的實踐性，重視實驗課教學，培養實際操作能力，也是當前高等教育面臨的重要議題。進入21世紀以來，地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）技術的社會化加深，對GIS人才的需求越來越大[4，5]。伴隨各專業對GIS的知識需求增大，當前各高校陸續開設GIS專業，同時拓展其他專業設置GIS課程，而GIS作為一門實踐性較強的課程，面臨著實踐教學改革的壓力，當前實踐教學存在重理論輕實踐、體系不健全、模式過于呆板等不足[6，7]，經過課程學習后，學生獨立使用地理信息技術解決本專業問題的能力明顯不足。因此，GIS教學有待改革，本文從GIS實踐教學出發，綜述當前GIS實踐教學現狀，對GIS實踐教學方案和模式進行深入探討，總結出一套對大多數專業適用的GIS實踐教學模式。

一、1GIS學科特點

GIS相關學科涉及眾多，地理學、測繪學、計算機科學和數學是與其關系最為密切的傳統科學或技術[5]。相關學科當中，地理學為GIS提供理論基礎，地理學研究人地關系，這與GIS研究對象一致，大多經典地理學方法都可歸納為空間分析一類，而此也為GIS的關鍵技術，因此，地理學是其核心學科。測繪學及其相關學科為GIS提供了空間數據及處理技術，遙感（RS）和全球定位系統（GPS）可以分別被認為是攝影測量技術和空間定位技術，均與測繪學密切相關，其主要產品為GIS提供了數據保障，因此，與GIS構建成3S技術的主體框架。計算機科學提供了運行GIS的平臺，GIS產生于計算機發明之后，是地理學與計算機科學結合的產物，計算機科學為GIS提供軟硬件保障，是GIS穩定運行的基礎。數學使得GIS相關理論在計算機上得以實現，空間數據的表達、地理實體的規則和空間分析的運算等關鍵問題借助數學才可以在計算機上得以解決。

綜合以上相關學科可以看出，GIS具有學科交叉、應用導向和工程學科的特點[8]。學科交叉不僅局限以上所述，還涉及到環境、生態、資源、信息、管理等學科知識，經過學科交叉的發展，GIS的理念體系已經構成，已經逐漸發展成為地理信息科學。GIS應用性強，廣泛涉及到科研、政府和產業等方面，包括房地產、公共健康、軍事國防、景觀建筑、城鄉規劃、交通物流等。隨著應用的廣泛深入，系統開發的工程學特征使得GIS可以進行多個領域或具體行業的模塊開發，使得GIS朝著普適化的方向發展，從而滿足普通大眾的需求。

因此，GIS教學層次應按技術基礎、領域應用、GIS基本理論依次遞進[4]。技術基礎主要指IT技術，雖然GIS屬于地理學學科，但是作為信息系統，計算機科學與技術是其必備的技術基礎。領域應用不僅是GIS自身的特點，也是課程教學的一個重要層次，當前眾多專業開設本課程，說明GIS應用領域廣泛，各行業意識到GIS解決方案帶來的利益。因此，GIS基本理論是GIS課程普及的關鍵所在，而具有應用技能水平則需要系統的學習，包括地學、計算機、GIS等相關課程[9，10]，實踐操作則貫穿整個過程且具有重要意義[3，11]。

二、地理信息系統（GIS）課程實踐教學現狀

1.課程設置偏重理論。GIS專業課程設置、知識教育、教學現狀等均面臨著重理論，輕實踐的問題。主要原因在于專業設置較晚，最早在1997年教育部修訂后新增該專業[6]，雖然經過近二十年的發展，GIS知識教育越來越普及，但是由于學科交叉、相關知識多等特點，普適化理論教育容易，實踐教育難，綜述近年來我國GIS教研文獻，也均存在輕視實踐的現狀[12]。

2.實踐教學層次不一。當前GIS實踐教學主要有通識教育實踐、專業課程實踐和項目實踐培訓，實踐教育水平由低到高[13]。通識教育實踐主要指GIS普及化發展所進行的針對非專業人土進行的GIS基本技能入門實踐，如高等院校針對非GIS專業開設的選修課等課程，有其對應的實踐教學環節[5]；各行業在員工進行業務培訓時，把GIS實踐作為提升員工實踐素質的一部分內容等，通識教育實踐只能對目標人員提供GIS技能入門，由于此部分人員大多對相關GIS基本理論掌握有限，實踐教育對自己今后技能提升有限。GIS專業課程實踐主要針對GIS專業學生設置的實踐類課程[4，12]，實踐課程包括測量學、地圖學、遙感、GIS等綜合性實踐實習，實踐教學體系較為完善，學生理論知識掌握完備，可以對學生進行分層次培養[9，10]，實踐技能全面。項目實踐培訓指當前為GIS在某一領域應用開設的專題培訓，培訓對象掌握理論狀況不一，實踐培訓內容大多是軟件介紹、項目應用、技術提升等，經過實踐培訓，可以熟練掌握項目中某階段具體工作技術方法。

3.實踐條件明顯落后。理論掌握較難。由于GIS屬于交叉學科，理論教育涉及大量測量學、數學、計算機科學等相關內容[13]，知識點繁多且難于理解，課程群銜接困難，造成理論教育效果難達預期，理論對實踐的指導作用不充分。

實踐教材種類多，與理論結合有限。當前GIS實踐教學的參考教材較多[11，13]，大多只針對軟件操作的說明，與GIS基本理論相結合的實踐教材少，理論知識點在實踐教學中緊密實現是當前教材亟待解決的問題。

GIS實驗室條件落后。專門的GIS實驗室場地有限，實驗室面積遠跟不上實踐教學的需求。軟件安裝維護成本高，專業GIS軟件昂貴，種類繁多，很難全部購買安裝，同時軟件維護專業性強，專業人才少，實驗室管理員缺乏，實驗室管理模式落后。

三、GIS實踐教學創新模式探討

1.加強實踐教學的針對性。針對不同的教學對象，教材內容也應有不同的舍取。通識教育實踐在進行軟件教學時一方面為教育人員提供基本GIS入門知識，另一方面針對教育人員知識背景開展專題應用項目演示；而專業課程實踐則要求全面實踐技能支撐，要求基本技能掌握熟練，相關實踐涉及面廣泛；項目實踐培訓針對性強，以完成課題為導向，不需全面掌握，只需要項目相關技能即可。

2.開放實驗室建設。實驗室的建設近年來需求較大，一方面場地的不足大大限制了實踐教學的普及，另一方面實驗室開放程度不足也限制了實踐教學的深入。因此，開放實驗室模式是當前認可的實驗室管理模式。規章制度應該遵循“自律才能自由”的原則，只有制定完備的管理條約，實驗室才能正常運行；開放式指的是實驗室沒有課程安排時，對有需求的人員提供實踐學習條件，這樣才能打破軟件等條件的限制，實現實踐教育全時化；實踐教學更應該注重過程管理，在過程中引導GIS思維方式，培養GIS理論意識實踐化。GIS技術也可應用到實驗室管理中來，建立實驗室管理信息系統，構建數字實驗室，輔助相關課程的教學等。

3.實踐教學模式探討。經過相關課程講解，學生具備本次實踐理論知識，進行GIS實踐教學（表1）。減少驗證性實踐內容，充分相信學生主觀能動性，在本次實驗開始，向學生講明，按照實踐教材步驟依次完成實驗任務，同時注重兩點意識，一是遇到問題先想辦法自己解決，符合軟件學習特點，解決不了可以經過討論或提問解決；二是實驗過程中，結合理論指導實驗步驟，思考每個步驟的解決目標、方法原理、結果意義等，有助于更深入掌握理論，反過來指導實踐。在學生完成實踐教材步驟任務過程中，老師只進行答疑，不統一演示實驗步驟，完成后，統一講解普遍問題。實驗作業作為實踐教學的核心，利用ArcGIS 10.0自帶安裝數據布置作業，作業數據與教材數據不同，但是作業中運用了教材要求的處理方法，如作業1要求融合并運用了之前實踐教學的渲染等操作，鍛煉學生更換情景后運用理論知識并通過軟件實現結果。做作業的過程中，通過參考實踐教材，加深學生方法原理等內容的印象。最終，通過實驗作業報告，學生可以更深入總結體會實踐內容。

四、結束語

GIS課程實踐性較強的學科特點決定了實踐教學是教學中十分重要的一環，當前課程實踐教學現狀問題突出，應用導向廣泛，作為提高學生創新精神和實踐能力的重要一環，實踐教學模式探索改革創新可以有效培養學生的創新實踐能力。針對教學對象，加強實踐內容的針對性，包括實驗室軟硬件的建設在內的開放實驗室的建設可以在一定程度解決實踐機會不足的問題，實踐教學方案改革以學習者為主體，充分發動其主觀能動性，相對傳統的教學效果，促進學習者具備GIS的思維方式和基本技能，可以為本行業提供GIS解決方案。總體上，師資力量和實驗教材等方面的提升，加強開放GIS實驗室的管理，在實踐教學上，建議改變應試模式，轉變實踐教學方法，考核方式應該更加重視學生的自主能動性等方面。

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