地理科學專業開設“地理信息系統”課程的教學改革探討

陳年根

地理信息系統（GIS）依賴先進的計算機技術，達到采集、管理、分析和表現地理空間數據的目的，可以為空間決策提供支持。地理信息系統是一個地理學研究方法系統。從定義角度出發，GIS可以分成兩個方面，一方面，GIS學科研究的對象是空間信息，研究內容包括空間信息的描述、存儲、分析和輸出，分析研究內容的理論和方法；另一方面，地理信息系統從某個角度看，相當于一個技術系統，搜集地圖信息，建立地理空間系統數據后，使用多種分析方法，例如地理模型分析法和綜合分析法，在搜集靜態地理信息的同時，能順利搜集到地理信息的動態變化。利用地理信息系統，能較全面地搜集空間信息，有利于地理學研究，為地理學決策提供信息支持。因此，地理學界認為GIS是研究地理學的計算機技術系統。

一、地理信息系統在地理教學中的地位

地理學的研究對象是地理空間，地理空間是人類賴以生存的基礎，地理學就是研究空間的科學。因為地球空間和地表事物種類繁雜且變化多端，加上地球表面具有非均一性的特點，所以地理學的研究對象非常復雜。要想成為一名合格的地理學家，必須能處理三個問題，包括地理現象發生的地點、地理現象的特征和地理現象的空間關系。如何解決這三個問題，要求地理學家能正確描述地理數據。地理數據是地理現象的數字化體現，能體現地理現象的空間感。經過長時間的研究探索，地理研究界具備了一套比較完備的分析地理空間的研究理論和實踐方法。這些理論和方法是建立GIS的基礎，是基本的空間分析觀點和方法。GIS系統的簡歷和發展作為一種全新的技術手段，能有效解決地理問題，在地理學研究中充分發揮數學的作用，GIS系統的產生和發展與地理學密不可分。

二、地理信息系統課程開設的必要性

1.地理科學專業研究的重要手段

地理信息系統作為一種研究方法，為地理學的發展注入新的活力，GIS課程是很多專科學院地理學科的重要課程。地理信息系統利用計算機技術，搜集、分析地理空間數據，運用多種方法，包括模型分析法等綜合分析方法，GIS利用先進的計算機技術，可以為地理區域的規劃管理提供決策支持，包括災害防治、資源管理和環境保護等方面。地理信息系統的發展速度快、應用范圍廣、對地理學的影響程度深，和其它地理學科方法相比，地理信息系統具有無法比擬的優勢。如今，大多數專科學院的地理科學院系開設了地理信息系統的課程，國家相關部門也越來越重視地理信息系統發展，由此可知，對于教授地理學和研究地理學的參與者，必須了解、掌握地理信息系統。

2. 新世紀人才培養的需要

21世紀是發展速度最快的時代，各行各業最緊缺的就是人才，地理學界也不例外。當前專科學院的地理學科需要變革，必須培養地理信息系統方面的人才，對于高等師范院校的地理學科，最重要的是培養優秀的初高中地理學科教師。因此，在專科學院開設GIS課程具有必要性。

三、當前地理科學專業開設地理信息系統課程存在的問題

目前，我國地理學科的專科學院課程還存在部分問題，和國外相比，國內的地理信息系統教學的師資力量薄弱，基礎學科設置落后，包括教材和實驗軟件，甚至會出現實驗軟件數量不足的情況。我國地理學科教學的目標是在掌握基礎理論的同時，具備一定的操作和開發系統的能力，但目前還不能達到這個目標。

1.師資力量薄弱

結合我國地理學科發展的現狀，地理信息系統師資力量薄弱有三個原因：第一個原因，地理信息系統的應用范圍廣。朝著產業化、市場化的方向發展，市場對優秀的GIS人才的需求量大。為了滿足市場需求，絕大多數專科學院都開設了地理信息系統課程，原有的教學老師數量不能滿足現有的缺口，加上現有的地理學科教師中相當一部分人沒有系統學過地理信息系統，對地理信息系統教學不熟悉，導致師資力量薄弱；第二個原因，地理信息系統教學需要具備數學分析能力，但專科學院的數學老師數量較少，“高等數學”“線性代數”等數學學科的開展較難；第三個原因，地理信息系統是一門計算機系統，但計算機老師人數較少，限制了計算機教學，導致地理信息系統的教學不能達到預期目標。目前，我國專科學院各學科的人才配置呈倒“金字塔”結構，具體表現為“一流人才搞研究，二流人才執教鞭，三流人才做實驗”，地理信息系統的教學也不例外。和國外“少而精”的培養理念不同，我國側重人才數量，忽略了人才質量，導致經過多年努力，雖然我國培養的地理信息系統的人才數量多，但整體水平不高。

2.教學模式過于傳統

GIS學科教學的范圍廣、跨度大。由于GIS應用的領域多，針對不同的應用領域，有不同的教學方法，但大致可以分為兩種教學模式：藝術類教學和工程技術類教學。針對不同的應用領域，兩種教學模式同時存在，各有優劣，共同的缺點是不專業、不系統。對于GIS學科教學，工程技術類教學模式基本采用“填鴨式”教學方法，“填鴨式”教學方法是教師講課，學生被動聽講，課后完成作業。即使采用多媒體教學手段，但核心的教學方式沒有改變。和藝術類教學模式相比，工程技術類教學模式的內容較少，深度比較淺，學習的時間短，雖然減少了教學內容，但學生表示學習負擔較重，每節課的學習內容超過了承受能力。教師為了達到課程的教學目標，每節課的內容較多，學生難以完全接受，作業的錯誤較多。

3.地理專業基礎課程設置存在缺陷

和地理學其他的學科不同，地理信息系統具有兩個特征，分別是邊緣性和學科交叉性，因此，在教授地理信息系統時，必須和相關學科的基礎理論相結合。地理信息系統學科的知識體系由GIS學科的專業知識和計算機專業、測量遙感專業的理論知識共同組成，專科學院中理工科專業的學生都要學習計算機的理論和實際操作，會計算機知識有利于開發地理信息系統，能建立GIS數據庫；測量遙感技術能搜集、處理地理空間信息，方便測繪地理空間，保證數據的真實性；地理學科是一門綜合性的學科，具有區域性的特點，因此地理專業會學習基本的空間分析法和決策法。在正式學習地理信息系統之前，學習相關的數學、地理學、計算機和遙感學知識，有利于推進地理信息系統教學。目前最大的問題是相關學科的教學課時不足，不能滿足地理信息系統教學的基本要求，尤其缺少計算機專業課程，甚至沒有基礎理論課程，這導致學生學習地理信息系統比較困難，很難掌握理論知識，更不用說開發地理信息系統。除了這些問題外，地理信息系統課程的排課順序、課程的銜接過渡都存在問題。

四、地理科學專業開設地理信息系統課程的改革措施

1.加強師資隊伍建設

保證授課質量的關鍵是提高教師的素質水平，教師是影響授課水平的關鍵因素，學生的成長受老師的影響很深，教師的價值觀和工作能力非常重要，即教師情況是影響地理信息系統教學質量的關鍵因素。由于地理信息系統涉及很多學科知識，因此需要建立一支由不同學科教師組成的GIS教師隊伍。在地理專業中，地圖學和遙感技術兩種基礎科學屬于專業教學計劃內的學科，可以由單一學科的教師教授。GIS的教師應該由四種學科的教師組成，專業的GIS課程由GIS畢業的教師教授；計算機理論部分由計算機專業的老師教授；數學是地理學的傳統課程，應該安排專門負責地理數學教學的老師或者求助學校內數學課程的專業老師；測量學學習部分可以借助校外力量，如邀請行業專家授課。除了加強教師團隊的配置，教師組應經常相互交互，總結教學經驗，定期去研究院學習GIS系統。

2.調整地理信息系統教學內容

GIS知識體系建立的依據是地圖學理論。投影理論是知識基礎，利用投影確定圖層關系，使地圖表達的信息更準確，因此，必須掌握投影理論，這是地理信息系統的重要學習內容之一。此外，分析地圖和設計地理信息系統時，地圖對象是非常重要的概念，基本原則是產生一切關系的必要條件，地圖對象組合成地圖圖形。在投影理論中，研究地圖對象的組合是重點學習內容，無論是教學課件還是課程安排，都圍繞地圖對象進行，由淺到深，循序漸進。GIS的MapInfo（美國MapInfo公司研發的桌面地理信息系統軟件）教學內容由兩部分組成，一部分包括屬性、空間數據、投影理論在內的地理信息系統；另一部分是借助完整的地理信息系統，進行的社會實踐，包括各種分析和輸出成果等內容。

3.提高學生的創新意識

在教學中，教師經常使用啟發式教學法，啟發式教學法旨在調動學生的積極性，讓學生參與到教學中。在學習教材內容的基礎上，教師和學生展開討論，教師引導學生解決學習中遇到的問題。啟發式教學方法的關鍵是引導學生要注意分寸，不能說的太多或太少，不能替學生解決問題，也不能讓學生無法解決問題。例如，建立圖層時，教師可以逐步引導學生，首先提問學生，圖層繪制的地圖對象是誰；根據地圖對象，需要使用哪些說明數據；使用這些數據時，需要設計哪些字段；字段的數據類型和寬度如何設置，等等。根據這些問題，學生用學過的知識建立圖層，完成后，教師讓學生討論，互相找出對方的問題，分析每位同學建立的圖層區別，指出優點和缺點，提出解決方法。在教學過程中，教師引導學生發現問題，培養學生獨立思考問題的能力，鍛煉學生的創造性思維。教育心理學有個觀點，啟發式教學是學生對知識進行組織再加工，有效完善自己的知識體系。在地理信息系統的教學中，要發揮學生的獨立精神，營造創造式學習的氛圍，激發學生的創新意識，通過教師的引導，能增強學生的創新思維，激發學生對學習的興趣，加快吸收知識的效率。

綜上所述，筆者建議地理信息系統的教學可以采用啟發式教學法，教師教學生學習基礎知識，加以引導，讓學生自主探索，讓學生先學習實習指導手冊的內容，邊學習邊實踐，增強對基本理論的理解，體會到自主學習的樂趣。