“地理信息系統(tǒng)”課程實驗教學(xué)改革與探索

劉桂萍 于雯婕

[摘 要] 針對新疆大學(xué)“地理信息系統(tǒng)”課程實踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合資源勘查工程專業(yè)特點，進行實驗教學(xué)改革。在“地理信息系統(tǒng)”實驗教學(xué)改革中增加實驗軟件平臺，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系，注重綜合性和設(shè)計性實驗項目，充分挖掘課程思政元素，將愛國主義、愛崗敬業(yè)、嚴謹認真、合作精神、責(zé)任意識、吃苦耐勞融入實驗教學(xué)中，并探索多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的思想道德水平和文化素養(yǎng)，實現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 地理信息系統(tǒng);實驗教學(xué);教學(xué)改革;資源勘查工程

[基金項目] 2020年度新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)聯(lián)合基金項目“塔里木北緣早古生代地殼演化：來自現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石U-Pb-Hf同位素的約束”（2020D01C049）

[作者簡介] 劉桂萍（1982—），女，山東菏澤人，碩士，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院講師，主要從事GIS研究。

[中圖分類號] G642.0 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）28-0064-04 ? [收稿日期] 2021-04-27

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門新型交叉學(xué)科，所涉及的學(xué)科包括計算機科學(xué)、信息科學(xué)、地理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等[1-3]。新疆大學(xué)開設(shè)的“地質(zhì)軟件綜合應(yīng)用”是與“地理信息系統(tǒng)原理”理論課程相配套的實驗課程，共48課時，該課程為我校資源勘查工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程，是一門應(yīng)用性和操作性很強的課程[4]。針對新疆大學(xué)GIS課程實踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合資源勘查工程專業(yè)特點，提出實驗教學(xué)改革建議，以期提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

一、實驗教學(xué)中存在的問題

（一）實踐教學(xué)方法單一

實驗課程根據(jù)相應(yīng)的章節(jié)開設(shè)實驗項目，在我國高校GIS課程實驗教學(xué)中，實驗數(shù)據(jù)采用給定的練習(xí)數(shù)據(jù)，學(xué)生普遍在ArcGIS軟件平臺下完成實驗相關(guān)內(nèi)容，實驗內(nèi)容主要包括軟件介紹、空間數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、圖像配準和矢量化、空間查詢與空間分析等[5]，使用的教學(xué)軟件較為單一，導(dǎo)致學(xué)生對GIS的理解和認知大多停留在ArcGIS軟件操作層面，沒有深入領(lǐng)會GIS課程理論的精髓及本質(zhì)。

（二）學(xué)生處于被動角色，積極性不高

實驗過程中，學(xué)生不但要動手還要動腦，除了要掌握軟件的操作，還要學(xué)會結(jié)合與課程相關(guān)的理論和方法來完成實驗，但實驗課堂上，學(xué)生大多是按照實驗指導(dǎo)書給定的操作步驟完成實驗內(nèi)容，很少將每一步操作與相應(yīng)的理論知識聯(lián)系起來，此外，這種教學(xué)模式較為枯燥，不易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，制約了學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展。

（三）實驗項目之間的關(guān)聯(lián)性不高

實驗項目的內(nèi)容設(shè)置往往相對孤立，缺乏聯(lián)系，教師提供的練習(xí)數(shù)據(jù)不同或者沒有關(guān)聯(lián)性，如在創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫、圖像配準和矢量化、空間查詢與空間分析等實驗項目中，所使用的實驗數(shù)據(jù)不同，實驗項目之間彼此孤立關(guān)聯(lián)性不高，缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書完成實驗操作之后，對各個實驗項目之間的相互聯(lián)系認識不夠。

（四）實驗教學(xué)項目與行業(yè)脫節(jié)

資源勘查工程專業(yè)GIS實驗項目內(nèi)容和設(shè)計往往借鑒測繪、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)，開設(shè)如土地分等定級、選址分析、土壤適宜性評價等內(nèi)容有關(guān)的實驗項目，這些實驗項目與資源勘查工程專業(yè)背景聯(lián)系不緊密，沒有考慮到資源礦產(chǎn)勘查行業(yè)的需求，使得實驗項目與生產(chǎn)實踐脫節(jié)。

（五）缺少課程思政內(nèi)容

就新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程而言，GIS實驗教學(xué)的開展大多以講解實驗原理和實驗步驟為主，對思想政治教育的重視程度不高，這與當(dāng)代大學(xué)生思想政治教育的要求相脫節(jié)，亟待深入挖掘與GIS實驗內(nèi)容相關(guān)的課程思政元素。

二、實驗教學(xué)改革

（一）增加教學(xué)軟件平臺

國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)軟件有很多種，應(yīng)在實驗課程中多開設(shè)二三款常用的地信軟件，選擇具有代表性的GIS軟件進行對比學(xué)習(xí)，如ArcGIS和MapGIS都是現(xiàn)今主流的GIS軟件。在同一個實驗項目中，比如在與地質(zhì)圖編制相關(guān)的實驗中，可讓學(xué)生分別使用MapGIS和ArcGIS軟件完成1∶20萬地質(zhì)圖的編制。在實驗操作過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，即使軟件平臺不同，但操作步驟有相似之處，都是要依據(jù)《中華人民共和國國家標準》對矢量化地質(zhì)圖進行符號和顏色的設(shè)置，按要求對紙張大小進行設(shè)置并添加相應(yīng)的地圖要素等;此外，在與空間分析相關(guān)的實驗項目中，也可讓學(xué)生分別在ArcGIS和MapGIS軟件上完成給定矢量數(shù)據(jù)的疊加分析和緩沖區(qū)分析，通過一系列練習(xí)和操作，學(xué)生可體驗不同地信軟件的操作過程，比較不同軟件的數(shù)據(jù)處理流程，最終體會出不同地信軟件的優(yōu)缺點。

（二）優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系

由于不同學(xué)科具有不同的特點，在教學(xué)安排上應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)探索適宜的GIS實驗教學(xué)模式和內(nèi)容，能夠與時俱進地調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容和方法。地質(zhì)類院校GIS實驗課程更需要體現(xiàn)其專業(yè)特點，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。我院以《ArcGIS 10地理信息系統(tǒng)教程：從初學(xué)到精通》和《MapGIS地理信息系統(tǒng)（第3版）》為實驗教學(xué)參考書，并自編了《地質(zhì)軟件綜合應(yīng)用實驗指導(dǎo)書》，該實驗指導(dǎo)書是由專任教師根據(jù)專業(yè)需求編制，強調(diào)“學(xué)科—專業(yè)—行業(yè)”一體化建設(shè)。實驗課程以MapGIS 10.2和ArcGIS 10為軟件平臺，選取教師科研項目中的典型案例數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，在實驗教學(xué)安排上注重各實驗項目和內(nèi)容前后聯(lián)系，后一次實驗要以前一次實驗的結(jié)果為基礎(chǔ)，使各個實驗項目連貫起來最終形成一個統(tǒng)一的整體。

實驗教學(xué)的主要內(nèi)容包括MapGIS和ArcGIS主要功能的介紹與軟件安裝、1∶20萬地質(zhì)圖的地理配準及輸入編輯、空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理、1∶20萬地質(zhì)圖的制作與地圖排版、矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的空間分析、三維地質(zhì)體建模與可視化及綜合信息成礦預(yù)測等。其中，MapGIS軟件授課共16學(xué)時，ArcGIS軟件授課共32學(xué)時，按照GIS實驗課程特點，將實驗項目分為演示性、綜合性和設(shè)計性三個層次（見表1）。演示性實驗包括1∶20萬地質(zhì)圖的地理配準及輸入編輯、空間數(shù)據(jù)庫的管理、1∶20萬地質(zhì)圖的制作與地圖排版，通過對這些實驗的學(xué)習(xí)和操作，加深對GIS原理和方法的認識，使學(xué)生對國內(nèi)外主流的地信軟件有所了解，并要求學(xué)生能夠熟練地掌握ArcGIS和MapGIS主流軟件的基礎(chǔ)操作，包括地質(zhì)圖的地理配準、數(shù)據(jù)庫的建立與管理、數(shù)據(jù)輸入與編輯、一定比例尺地質(zhì)圖的編制方法等。綜合性實驗以培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力為目標，訓(xùn)練學(xué)生結(jié)合空間分析原理、三維可視化原理，以及資源勘查專業(yè)的其他理論知識，解決礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域的實際應(yīng)用問題。例如，在講解與空間分析相關(guān)的實驗項目時，可結(jié)合緩沖區(qū)分析統(tǒng)計距離斷層一定范圍內(nèi)礦床分布情況，在講解三維可視化相關(guān)的實驗項目時，可使用鉆孔數(shù)據(jù)對地質(zhì)體進行三維可視化建模與分析。設(shè)計性實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如在綜合信息成礦預(yù)測實驗項目中，鍛煉學(xué)生使用地質(zhì)軟件（ArcGIS、MapGIS）協(xié)同處理和分析地質(zhì)數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，提取預(yù)測信息，建立綜合成礦預(yù)測模型，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力。