淺談地理信息系統(tǒng)多層次教學(xué)及教育資源的共享和利用

尚艷亮 李巖

摘 要：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種空間信息系統(tǒng)，是地理科學(xué)、空間科學(xué)與信息科學(xué)相互融合的產(chǎn)物，在地理研究與社會發(fā)展等各方面的發(fā)揮了重要作用。文章首先探討了地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)的重要性，并結(jié)合當(dāng)前地理信息系統(tǒng)教學(xué)存在的資源不足等問題，探討地理信息系統(tǒng)多層次教學(xué)與教育資源的共享與利用。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；多層次教學(xué)；教育資源

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）07-0110-03

Abstract： Geographic Information System（GIS） is a spatial information system. It is the product of the integration of geography， space science and information science. It plays an important role in all aspects of geography research and social development. This paper first discusses the importance of geographic information system teaching， and discusses the sharing and utilization of multi-level teaching and educational resources of GIS based on the problems of insufficient resources in current GIS teaching.

Keywords： Geographic information system； multi-level teaching； educational resources

前言

目前，地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃與建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、資源監(jiān)測、景觀規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控、自然災(zāi)害預(yù)警等各方都發(fā)揮著重要作用，同時也是地理科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其重要性愈發(fā)凸顯。地理信息系統(tǒng)憑借其在地理科學(xué)與信息技術(shù)方面的應(yīng)用，未來勢必具有非常大的應(yīng)用前景與發(fā)展空間，應(yīng)當(dāng)通過優(yōu)化地理信息系統(tǒng)的教學(xué)模式與教育資源兩方面入手進(jìn)一步推動其發(fā)展與進(jìn)步。

一、地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)的重要性

地理信息系統(tǒng)專業(yè)的設(shè)置，是出于為我國提供高水平地理信息系統(tǒng)人才的需要。地理信息系統(tǒng)在推動地理學(xué)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展方面會起到重要作用，有利于地理學(xué)實現(xiàn)大區(qū)域、大范圍的綜合研究，對地理綜合體的結(jié)構(gòu)、演化、空間分布等方面的研究與分析而言具有重大意義。同時，地理信息系統(tǒng)作為地理學(xué)的重要分支，正在逐步發(fā)展成為獨立的地球信息科學(xué)，憑借地理科學(xué)、空間技術(shù)與信息技術(shù)的有效融合，必將取得更大的發(fā)展。

在人才培養(yǎng)方面，地理信息系統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)，能夠為地理科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展提供更多的專業(yè)化人才，同時又基于地理信息系統(tǒng)的綜合性與信息化，以及地理信息系統(tǒng)在城市建設(shè)、生態(tài)保護(hù)、景觀建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、資源監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報等方面的廣泛應(yīng)用，精通地理信息系統(tǒng)的人才的市場需求將進(jìn)一步提升，市場需求的變化也會推動地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程涉及領(lǐng)域的延展。隨著市場經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，以及環(huán)境與地球科學(xué)意識的逐漸覺醒，各國都在進(jìn)行地理信息系統(tǒng)商業(yè)化應(yīng)用的探索，并開始研究建設(shè)多功能、綜合性、共享化的綜合地理信息系統(tǒng)，如美國推行的“信息高速公路”計劃、“數(shù)字地球”計劃以及我國正在推行的“21世紀(jì)議程”等，都將地理信息系統(tǒng)的建設(shè)作為戰(zhàn)略性發(fā)展項目，這種情況下，對于地理信息系統(tǒng)人才也提出了全新的要求[1]。

二、地理信息系統(tǒng)多層次教學(xué)

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的需要，在具體的課程設(shè)置中，增加對于圖形因素的點、線、弧、圓、面等要素的關(guān)系辨別，多邊形內(nèi)角與外角、多邊形差、多邊形面積、線緩沖區(qū)等相關(guān)數(shù)據(jù)的計算以及三角網(wǎng)生成教學(xué)等內(nèi)容，以及在應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)時常用的計算機(jī)和等算法，并對地理信息系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、參數(shù)、實體、結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容加以補(bǔ)充。在對地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過程中的計算機(jī)圖形相關(guān)內(nèi)容的課程安排時，可以對現(xiàn)階段常見的地理信息系統(tǒng)設(shè)備或系統(tǒng)作為切入點，以更好地幫助學(xué)生了解其功能，如ArcGIS、MapGIS、GISwin等，通過地理信息系統(tǒng)軟件平臺的可視化效果，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件平臺的二次開發(fā)功能作為示例，以幫助學(xué)生更好地理解計算機(jī)圖形學(xué)在地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)中的重要作用。

（二）多層次課堂教學(xué)

多層次教學(xué)模式的應(yīng)用，是基于不同學(xué)生之間存在的個性化與差異性，對其采取的差異性教學(xué)，有針對性地采取不同教學(xué)指導(dǎo)方法，以便于學(xué)生能夠更好地理解知識體系，實現(xiàn)更好的發(fā)展，同時也是培養(yǎng)層次化發(fā)展人才的重要途徑。在地理信息系統(tǒng)教學(xué)中采用多層次教學(xué)方法，在推進(jìn)全面發(fā)展人才培養(yǎng)的過程中，可以按照應(yīng)用型、技術(shù)型與研究型三種方向，根據(jù)學(xué)生性格與長處進(jìn)行劃分，并對其采取不同的教學(xué)方法，有傾向性與側(cè)重性地進(jìn)行開展教學(xué)活動。

圖1 多層次課程教學(xué)模式

其中，應(yīng)用型人才主要培養(yǎng)其3D Max（3D動畫渲染）、open GL（開放式圖形庫）等軟件與程序接口的應(yīng)用，包括地理圖形繪制、圖形處理、圖形工具應(yīng)用、相關(guān)算法等，并培養(yǎng)應(yīng)用型人才更加熟練地在地理信息系統(tǒng)平臺上應(yīng)用各種算法的能力，要求應(yīng)用型人才具有較強(qiáng)的實踐能力與動手操作能力；技術(shù)型人才更加側(cè)重于培養(yǎng)其地理信息系統(tǒng)軟件平臺的變成與開發(fā)，需要進(jìn)一步理解算法理論與算法實現(xiàn)策略，進(jìn)而掌握地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)的圖形繪制與處理技能；研究型人才傾向于相關(guān)算法與變成應(yīng)用的基礎(chǔ)理論，對地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢與應(yīng)用前沿有所了解，具備足夠的創(chuàng)新思維與研究能力，能夠推動地理信息系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[2]。例如，研究型人才部需要綜合考慮地理信息系統(tǒng)學(xué)科現(xiàn)在發(fā)展的重要方向，如大數(shù)據(jù)、實時性、三維化與影像數(shù)據(jù)等，并探索地理信息系統(tǒng)與VR或AR應(yīng)當(dāng)如何實現(xiàn)有機(jī)融合。

實踐案例講解是對課程中的算法在地理信息系統(tǒng)平臺系統(tǒng)中應(yīng)用方法與應(yīng)用效果進(jìn)行演示，通過案例講解與演示提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，并進(jìn)一步提高課程教學(xué)效果與質(zhì)量，更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)；基礎(chǔ)算法理論眼就是對基礎(chǔ)算法思想進(jìn)行講解，具體包括open GL圖形庫、以MFC為基礎(chǔ)的DES算法的操作與實現(xiàn)、地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)平臺的算法接口演示等。以基礎(chǔ)算法理論研究分層次教學(xué)為例，要求應(yīng)用型學(xué)生將關(guān)注重點放在open GL圖形庫算法實現(xiàn)演示、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺算法接口演示等方面；要求技術(shù)型學(xué)生將關(guān)注重點放在以MFC為基礎(chǔ)的DES算法的操作與實現(xiàn)方面。

（三）實踐教學(xué)策略

首先，可以結(jié)合小組合作式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自行分組，或者由教師進(jìn)行分組，每組人數(shù)控制在3-4人，由學(xué)生根據(jù)自身興趣與未來發(fā)展方向來自主選擇實踐操作課題、實踐目標(biāo)與實踐方法等，對學(xué)生的團(tuán)隊合作加以鼓勵，引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組進(jìn)行分工協(xié)作，填寫實踐操作明細(xì)與分工明細(xì)等，并將之作為學(xué)生考評與成績評定的重要依據(jù)，以避免傳統(tǒng)教學(xué)方式中，同一小組成員由于沒有明確分工而產(chǎn)生的成績趨同的問題，并避免由此產(chǎn)生的學(xué)生課題研究積極性不高的情況[3]。例如，某小組的實踐課題是“校園三維系統(tǒng)建模與可視化”，該項目不僅需要三維建模技術(shù)，還要用到SpeedTree技術(shù)、PathTool技術(shù)等，并且需要通過全站儀、GPS等設(shè)備采集校園具體參數(shù)，如建筑物輪廓、路燈與道路位置等，要求具備足夠的精度，研究小組就可以按照測量、建模等具體工作進(jìn)行分工，在項目完整之后，教師針對項目完整的整體情況進(jìn)行量化評分，并結(jié)合小組分工情況進(jìn)行個人評分，以此避免傳統(tǒng)小組合作中的“絕對平均”問題。

其次，任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式。在進(jìn)行實踐教學(xué)時，教師應(yīng)當(dāng)充分利用實踐教學(xué)的實踐，有效提升實踐教學(xué)效率，在實踐教學(xué)中進(jìn)行師-生、生-生、小組-小組之間充分的交流與溝通，將資料收集、編程與代碼輸入等工作放在課外時間進(jìn)行。實踐課程開始則直接布置實踐任務(wù)，充分發(fā)揮“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生將課堂實踐放在具體的研究方面，充分利用課堂實踐排除實踐項目中存在的干擾與障礙。

最后，建立系統(tǒng)性思維。地理信息系統(tǒng)學(xué)科的教學(xué)活動強(qiáng)調(diào)實踐操作，確保實踐成果具備重復(fù)性與實效性價值，在實際生活與學(xué)習(xí)中能夠發(fā)揮起作用。例如，在實踐教學(xué)中所編制的簡單圖形繪制算法，就可以作為后續(xù)圖形填充、剪裁、變換等操作的基礎(chǔ)。同時，地理信息系統(tǒng)學(xué)科課程之間的實踐操作成果，具備開放性價值，能夠?qū)崿F(xiàn)不同層次與方向的實踐。例如，地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)中開設(shè)的計算機(jī)語言程序設(shè)計、結(jié)構(gòu)算法、數(shù)據(jù)庫原理等課程，以及地理信息系統(tǒng)軟件工程等，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與課程實踐方面都可以相互開放與相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同課程之間的內(nèi)容銜接，并盡量避免課程內(nèi)容設(shè)置方面出現(xiàn)的重復(fù)性問題。

三、地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源共享與利用

（一）建設(shè)多源頭的教學(xué)資源

實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源的共享與利用，應(yīng)當(dāng)基于CDIO工程教育模式，在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，將教學(xué)資源加以細(xì)化，并分別制定相應(yīng)的具體目標(biāo)，以學(xué)習(xí)目標(biāo)為驅(qū)動力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，并引導(dǎo)學(xué)生充分利用教學(xué)資源與教學(xué)平臺，充分發(fā)揮其自主性與獨立性，進(jìn)行課下的自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并且培養(yǎng)其實踐操作能力[4]。

基于這一需求，可以通過不同學(xué)科、不同學(xué)校、不同區(qū)域乃至不同國家之間的充分合作，建立區(qū)域之間的校際聯(lián)盟、或者與過國外知名大學(xué)進(jìn)行合作，實現(xiàn)雙方的資源共享，建立地理信息系統(tǒng)課程教師團(tuán)隊等。例如，中國地質(zhì)大學(xué)主導(dǎo)成立的“面向異構(gòu)環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)團(tuán)隊“項目，就聯(lián)合武漢大學(xué)、華東師范大學(xué)等知名學(xué)府，以及擁有學(xué)術(shù)前沿水平的海歸學(xué)者、專家學(xué)者等組成了創(chuàng)新型教學(xué)團(tuán)隊，基于各自團(tuán)隊、教學(xué)經(jīng)驗、前沿學(xué)術(shù)、校際之間的教學(xué)資源等，聯(lián)合編制了立體教材體系，包括《地理信息系統(tǒng)原理與方法》《地圖學(xué)教程》《地理信息系統(tǒng)分析與應(yīng)用》等13本教材，將教學(xué)資源整合重組，轉(zhuǎn)化為教學(xué)材料，大力推動了教材建設(shè)水平，充分實現(xiàn)了教學(xué)資源、理論資源與技術(shù)資源等多方面共享，并且憑借教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊的復(fù)雜來源，實現(xiàn)了教學(xué)資源的多源頭，并以地理信息系統(tǒng)精品課程的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，有利于更好地開拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與學(xué)習(xí)水平。

在建設(shè)多源頭教學(xué)資源的過程中，還應(yīng)當(dāng)將實踐項目作為主要導(dǎo)向，注重維護(hù)課程、專業(yè)與教學(xué)資源的特色，在發(fā)揮教學(xué)特色的過程中充分體現(xiàn)先進(jìn)的教學(xué)理念，并大力培養(yǎng)教師建設(shè)課程網(wǎng)站與教學(xué)平臺資源的能力，提高教師對于現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用能力，通過不同教研組教師之間的協(xié)調(diào)與分工，進(jìn)一步提高地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源庫建設(shè)質(zhì)量與規(guī)模[5]。

（二）建設(shè)開放式的網(wǎng)絡(luò)資源

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程的資源建設(shè)的過程中，應(yīng)當(dāng)明確教學(xué)資源對于地理信息系統(tǒng)教學(xué)的重要作用，從多種角度對教學(xué)資源加以維護(hù)與補(bǔ)充。同樣以中國地質(zhì)大學(xué)主導(dǎo)建立的“面向異構(gòu)環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)團(tuán)隊”項目為例，該項目通過建設(shè)省級地理信息系統(tǒng)精品課程，將教師資源、教學(xué)資源進(jìn)行在線分享，具體包括師資力量、課程簡介、課程評價、項目研究、課程錄像、教學(xué)大綱、在線教學(xué)、電子教案、在線測試、在線答疑等，將教學(xué)網(wǎng)站與遠(yuǎn)程教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建了全面的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)資源的共享路徑，也對傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源起到了有效的拓寬與延伸效果。

（三）建設(shè)交互式的教學(xué)平臺

針對學(xué)生的疑惑，教師應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)路平臺上予以及時回復(fù)，對于學(xué)生的幼稚問題也應(yīng)當(dāng)心平氣和地予以解答，以避免學(xué)生的積極性與自尊心受到打擊。教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上通過有效的引導(dǎo)與激勵，可以更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣、提高學(xué)生的主動性與積極性[6]。例如，武漢大學(xué)《地理信息系統(tǒng)原理》在線教學(xué)課程中，整體教學(xué)計劃中包含三次大作業(yè)，如矢量與柵格編碼方法練習(xí)等，在過程中，教師可以通過有效的引導(dǎo)與激勵方法，有效激發(fā)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的習(xí)慣，以幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

四、結(jié)束語

地理信息系統(tǒng)具有多元化、綜合性、信息化等優(yōu)勢，具有較好的空間分析效果，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸成為地理科學(xué)與信息領(lǐng)域最為熱門的技術(shù)之一，受到了廣泛關(guān)注。地理信息系統(tǒng)教學(xué)活動與學(xué)科假設(shè)的過程中，應(yīng)當(dāng)不斷更新教學(xué)理念與教學(xué)模式，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，并通過學(xué)校之間、區(qū)域之間的充分聯(lián)合，進(jìn)一步實現(xiàn)教學(xué)資源的共享與充分利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王增武，王永前，柳錦寶.《地理信息系統(tǒng)原理》教學(xué)資源建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用研究[J].教育教學(xué)論壇，2016（44）：134-136.

[2]林偉華，劉福江，龔君芳，等.GIS專業(yè)計算機(jī)圖形學(xué)層次化教學(xué)實踐[J].高等理科教育，2016（04）：102-106.

[3]鄭貴洲，關(guān)慶鋒，晁怡，等.地理信息系統(tǒng)精品課程共享資源建設(shè)[J].測繪科學(xué)，2015，40（07）：155-158.

[4]柳誠，柳林，李嘉靖，等.海洋地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源平臺的設(shè)計和實現(xiàn)[J].海洋信息，2014（04）：1-5+12.

[5]包世泰，謝剛生，謝健文，等.GIS本科多層次技能影響因素及其培養(yǎng)課程體系研究[J].測繪通報，2013（08）：109-112.

[6]任海剛.GIS與地理學(xué)科教學(xué)資源整合實施模式的探討[J].中學(xué)地理教學(xué)參考，2013（Z1）：56-57.

[7]朱超平，朱海金.基于GIS的地理教學(xué)模式研究[J].高教學(xué)刊，2016（02）：77-78.