云環境下WebGIS實驗教學模式改革初探

魯立江 張振國 李新偉 劉吉凱

摘要：WebGIS是GIS的網絡化，是地理信息系統與網絡技術相結合的產物。WebGIS是地理信息科學（GIS）專業本科生的一門重要的實踐課程，傳統環境下WebGIS實驗教學取得了一定的成果，但其在數據處理、服務發布、團隊協作方面仍然存在一些困難和不足，無法達到預期的教學目標。本文總結了傳統環境下WebGIS實驗教學中存在的困難，探討了云環境下WebGIS實驗教學的改革方案，闡述了云環境下WebGIS實驗教學的具體內容和優點。

關鍵詞：WebGIS;實驗教學;云環境

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）26-0158-02

GIS是在計算機軟件、硬件支持下，對空間數據進行采集、存儲、管理、分析和顯示的系統。WebGIS（網絡地理信息系統）是指工作在Web網上的GIS，是傳統的GIS在網絡上的延伸和發展，具有傳統GIS的特點，可以實現空間數據的檢索、查詢、制圖輸出、編輯等GIS基本功能，同時也是Internet 上地理信息發布、共享和交流協作的基礎[1]。在互聯網迅猛發展的今天，Web服務正在進入千家萬戶，它使用戶不用具備太多專業知識，給普通用戶使用GIS功能提供了極大的便利。

1 WebGIS實驗教學現狀

目前，GIS專業培養的學生主要從事兩方面的工作：①理論研究;②應用研究[2]。應用研究主要包括軟件應用和軟件開發。除少數人可從事理論研究及相關工作，絕大部分GIS專業畢業生從事軟件應用及開發。而隨著互聯網的快速發展，WebGIS開發及其相關工作所需人才越來越多，如何培養符合用人單位需要的WebGIS開發人才，是各高校需要認真思考的問題。

（1）單機操作

每個學生在實驗課上的操作，包括軟件的安裝配置、數據處理和服務發布等都在一臺機器上完成，不同學生之間可在組內交流意見，組與組之間缺少溝通、交流。

（2）資源循環利用性差

上課期間所處理的數據一般存儲于每臺機器上，因為實驗室機器被不同專業、年級的學生使用，數據及服務經常出現丟失和損壞，發布的地圖服務經常出現無法啟動的現象，資源循環利用性較差。

（3）交互性差

由于數據及服務的使用在單機上，不同機器間數據和服務的相互交流存在困難，只能針對特定數據、特定服務進行討論和修改，各組之間、各機器之間交互性較差。

2 云環境下WebGIS實驗教學模式

2.1傳統環境和云環境的區別

傳統教學環境在使用方式、處理方式和共享方式上都存在一定的不足，云環境則出現了較大改觀，云環境比傳統環境的優勢主要包括以下幾個方面[5-6]：

（1）便捷自助服務：不需要人與人之間復雜的協商程序，使用者可根據需求獲取服務器的存儲空間和資源[7]。

（2）良好的兼容性：云環境對使用者所使用的設置沒有嚴格要求，可以兼容平板電腦、筆記本電腦、工作站、手機等硬件[8-9]。

（3）資源池化：匯集服務商的運算資源，以多租戶模式，服務于多個客戶，并根據客戶需求，自動分配或重新分配不同的實體及虛擬資源[10]。

（4）服務可量化：云計算通過計量功能自動控制和優化資源使用，如存儲、處理器、帶寬以及活躍用戶數等。資源利用狀況能夠被監視、控制和報告，透明地向服務商和消費者提供所使用服務的情況[11- 12]。

2.2云環境下Web實驗教學改革方案

在云環境下進行WebGIS實驗教學，可充分利用云環境的優勢，使WebGIS教學過程高效、簡便。在云環境下學生操作主要步驟和流程如下（圖1）。

（1）數據在線處理

首先在云服務器上安裝數據處理軟件，使云服務器具有數據處理能力，服務器的這種數據處理能力具有良好的共享性。每個學生可利用云服務器的數據處理能力處理各自的數據，處理結果可存儲在云端，無論在何地、何時，都可實時查看數據情況和處理結果。

（2）地圖服務云端發布

在服務器上安裝地圖發布軟件，使云服務器具備地圖發布及管理功能。將之前處理好的空間數據發布成網絡服務，由于云服務器的共享性好，發布的地圖服務可供所有用戶使用，這樣所有學生發布的地圖服務人人可訪問。

（3）地圖服務調用與調試

所有學生發布的服務是對外共享的，后期所有學生發布的服務可相互調用與調試。

3 安徽科技學院地理信息科學專業WebGIS實驗教學改革的成效

近年來，安徽科技學院地理信息科學專業結合WebGIS傳統教學中的實際情況，逐步改革WebGIS實驗教學設備及其網絡架構，同時更新教學方式、方法。在最新的專業人才培養方案中，也對WebGIS課程結構做出了相應的調整，WebGIS課程實驗教學取得了一定的成效。主要表現在以下幾個方面（表2）。

（1）教學實驗視覺效果好，提高了學生興趣

傳統教學環境下，數據的存儲、處理及地圖服務的發布及調用均是分割開的，數據的可視化需若干環節的相互配合且在調試過程中較易出現問題，這使得學生在實驗過程中體驗較差，實驗結果無法流暢的體現。將云環境與WebGIS實驗教學相結合，數據的各處理環節具有相同的配置環境，同時數據的展示過程更加簡化，學生可實時查看地圖服務的具體信息，極大的提高了學生的操作興趣。

（2）提高了數據重用性，加強了團隊協作

傳統教學環境下，由于實驗機器在硬件配置和參數設置方面的差異，相同數據在不同機器、不同配置下的可視化效果具有差異性。另外，由于數據的丟失、損壞等問題的出現，使數據的重用性較差。在云環境下，數據一經上傳，在不進行針對性刪除時其在服務器上是固定的，這些固定的數據可供所有使用者使用，具有良好的共享性。傳統環境下團隊協作多在單機上實現，并且實現的效果并不能快速、有效的分享到所有團隊成員。但在云環境下，無論是發布的地圖服務還是空間數據，所有成員可實時查看與調試，即使在不同地點和不同時間，各團隊成員都可實現無縫銜接。

（3）提高了教師講解的系統性

傳統環境下，教師在講授WebGIS知識點及操作流程時，可通過多媒體共享自己的數據和案例。但是在解決學生的實際問題時，由于機器間存在配置差異，其共享性和可達性是較差的，解決的問題也缺少擴展性和全面性。在云環境下，所有服務可隨時調用和調試，且所以數據和地圖服務具備相同的環境配置，有利于問題的解決和學生的理解。

4 結束語

WebGIS課程涉及的理論和技術較多，是空間分析技術和計算機技術結合的產物，這也使得WebGIS相關理念和技術更新換代較快。在這種環境下，WebGIS傳統實驗教學方案存在不足和瓶頸，無法達到預期的教學目標。通過將WebGIS教學過程和“云”相結合，可有效提高教學效率和教學效果，便于學生理解和實施，也給教師講解帶來了極大的便利。

參考文獻：

[1] 張書亮，閭國年，李秀梅.網絡地理信息系統[M].北京：科學出版社，2005.

[2] 張佐幫，周廷剛，陳杰，等.云環境下WebGIS教學改革的研究初探[J].農業網絡信息，2018（1）：58-61.

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[10] 胡玲.基于HTML5和GIService的WebGIS系統開發[D].長沙：長沙理工大學，2013.

[11] 周濤.WebGIS的實現技術及發展趨勢[J].信陽師范學院學報（自然科學版），2003，16（1）：108-112.

[12] 趙園生. 基于云計算的存儲服務器技術與趨勢[J].電子技術與軟件工程，2018，144（22）：184.

【通聯編輯：唐一東】