基于“3S”技術一體化地理信息系統實踐教學設計探索

陳彧 張文慧

摘 要：地理信息系統是土地資源管理專業的核心基礎課程，具有實踐操作性強，與遙感、測量技術（3S技術）結合緊密，實際問題導向性強的特點。目前的教學實踐中，如何將這三大特點更好地融合到課堂中，是現實教學改革中的重要任務。本文在實踐中總結出一套基于3S技術一體化的地理信息系統實踐教學設計方案，從教學的思路、內容和方法上提出新的探索方向，旨在提升土地資源管理專業地理信息系統教學的效果，使學生能夠在教學過程中提升實踐能力。

關鍵詞：“3S”技術；地理信息系統；土地資源管理

目前，地理信息系統（Geographical Information Systems，GIS）在社會生活中的應用范圍越來越廣，已經成為土地資源管理和規劃、城市管理、工程建設、商業策劃、災害防治等領域的重要工具。因此，土地資源管理專業已經將GIS作為本專業的專業基礎課程。對于這些應用型學科的學生，重點是掌握GIS在本專業中的具體應用知識和技能；而對GIS中所涉及的計算機原理的相關知識可以相對簡要精練吸收，主要目的是用于輔助理解具體的應用場景。因此，針對這些非GIS專業的地理信息系統課程，必須專門設計面向該專業的實踐教學內容和方法。

“3S”技術是由遙感技術（Remote sensing，RS）、地理信息系統（Geography information systems，GIS）和全球定位系統（Global positioning systems，GPS）組成的統稱，能夠精準地對空間信息進行采集、存儲、分析、應用并模擬預測目標的變化趨勢，是一種綜合性現代信息技術。其中，GPS和RS用于數據的采集，GIS則是對采集數據的具體分析。在實際應用場景中，“3S”技術本身是難以分割的。因此，如何將一體化的“3S”技術引入地理信息系統的實踐課程教學中，使得學生對“3S”技術有系統的理解，并且能夠直接應對實際應用場景，是目前教學研究的難點。

本文基于中南民族大學公共管理學院土地資源管理專業學生學習地理信息系統課程的實際情況，談談基于“3S”技術一體化地理信息系統實踐教學設計及探索。

一、地理信息系統實踐教學特點

（一）理論與實踐的結合，以實踐為主

地理信息系統這門學科是一種實踐性非常強的課程，它正是為了應對現代信息技術及全球化條件下土地資源管理、城市規劃、工程建設等領域出現的各種實際問題而不斷發展的。在學校里，除了以課堂教學的方式進行理論學習，還要結合實際操作進行實踐運用學習。這樣的教學形式能夠讓不具備GIS背景知識的初學學生對課程內容有更深刻的理解，對應用方法有更好的掌握。以實踐為主的教學方式，能夠讓學生在具有真實環境的項目實踐中，與同學們相互溝通、相互協作，分享各自的實踐方法與經驗，能使學生更加有效地理解課程的原理以及原理在具體項目中的實踐操作，促使課程價值、信息的交流與轉換。以實踐為主不僅可以加深學生對課本上理論知識的理解，還能夠培養學生的創新實踐能力，是傳統的只關注理論的原理教學方法所不能比擬的。

（二）“3S”技術的不可分割性

“3S”技術是由遙感（RS）、全球定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS）共同組成的，要想解決在房地產、城市規劃、土地資源管理等方面的實際問題，必須將三種系統結合起來使用，而不能將其分割開來，單獨的一項技術無法解決實際項目中各種問題，RS、GPS、GIS在空間信息采集、動態分析與管理等方面有各自不同的特點，且具有較強的互補性，而“3S”技術就是將三種技術集中整合到一起，避開了每項技術單獨應用的局限性，將三項技術應用的優勢集中融入各項復雜問題處理中，他們之間相互補充、相互依賴、相互滲透、難以分割。在運用地理信息系統平臺完成實際項目時，只有同時使用RS、GPS、GIS三種技術，才能完整、高效、準確地解決問題。

（三）問題導向性

任何地理信息系統的任務都是為了解決在國土空間規劃、不動產登記、地質災害、礦產資源、生態環境等領域的具體實踐項目問題的，都是針對具體實踐項目問題而使用的，即地理信息系統運用的主要目的在于解決具體實踐項目問題，而這些問題是需要深入思考和潛心研究，利用“3S”技術的一系列平臺，來實現對各種空間和環境信息的快速、準確、可靠的收集、處理與更新才能解決的。在地理信息系統的實踐教學中問題情境的設計，積極結合學生的校園生活環境，用身邊的具體實踐項目問題來指導，營造更適宜的教學情境，此情境可以形成問題思考與解答的內生驅動力，有助于學生解決問題。

二、地理信息系統實踐教學現狀分析

目前教學環節中存在的主要問題如下：

（一）課堂教學“重理論、輕實踐”

目前，非GIS專業的地理信息系統課程應用的教材主要還是GIS專業的地理信息系統教學內容。而在地理信息系統專業中更加強調的是計算機原理方面的知識結構，因此大量的課時放置在GIS基礎理論方面。但這些計算機原理對于非GIS專業學生而言，因在教學培養計劃中缺乏數據結構、計算機原理與技術等相關課程的鋪墊，又有著學科交叉、相關知識多等特點，使得普適化理論教育容易，實踐教育難，學生在理解和掌握這些GIS專業理論方面顯得晦澀難懂。

然而，傳統的地理信息系統的教學方法與內容集中在地理信息系統專業所涉及的領域，與計算機原理等理論知識結合得更為緊密，較缺乏面向土地資源管理專業相關的應用性教學內容，不利于培養學生綜合應用“3S”技術解決土地資源管理方面實際問題的能力。同時，課堂教學中涉及地理信息系統的理論知識點，也較少考慮與土地資源管理的交叉和融合，學生在學習了該課程后，無法真正領悟GIS在解決土地資源管理相關科學問題的作用和地位。

（二）缺乏“3S”技術一體化教學實踐內容

目前，土地資源管理專業“3S”系統所涉及的遙感、測量、地理信息系統課程的一個問題在于分割教學。這一點在理論課堂上問題不大。但如果在實踐課程中還是切割開來，則會讓學生無法很好地理解“3S”系統本身的一體化性，因而會造成在實踐應用中的困惑。因為在涉及實際問題處理中，往往需要結合遙感、測量進行原始數據的獲取，而GIS則是數據處理的平臺。由于目前“3S”教學課程的分割性，各個課程在實踐教學中只涉及本課程的數據處理知識。例如，在GIS實踐課程教學中，往往是教師直接給定實驗所需的數據，而這些數據如何獲取？從何而來？學生無從得知。而實際上，這些數據都是通過遙感解譯或者測量采集的，如果能設計一套覆蓋“3S”技術全流程的教學實踐場景，則可以讓學生更深入地掌握“3S”技術。

（三）實踐教學采用演示性知識點片段練習為主，結合具體項目的問題導向性不足

目前，地理信息系統的實踐教學還是以知識點導向為主，實驗講授中主要以學習每個知識點的操作方法為目的，教學方法則以“課堂演示+學生模仿練習”為主。例如，在核心課程的空間分析中，對每個空間分析工具的方法，教師給定實驗數據，在幻燈機中演示一遍，學生跟著操作一遍。教學目的在于讓學生通過模仿，并在教師的講解下掌握每個知識點，及軟件運用方法。但這種教學方法的問題是，學生雖然按照課本內容掌握了各個知識點，但遇到實際問題時仍然難以靈活應用所學的知識點。這種按部就班式的學習方式，使學生難以提出新的問題和解決方案，導致學生只會按照課堂和書本上的“指示”重復實驗而不會創造性地解決問題，難以應對具體實際項目中的各種困難。這是因為實踐中的問題是需要多個知識點協同完成的，本身是先有問題，再針對問題，分解出解決問題所需的知識點，與上述傳統教學方法的思路是相反的。因此，亟須轉變為以實際問題為導向的教學方式。

三、基于“3S”技術一體化地理信息系統實踐教學設計具體思路

（一）適當增加實踐課程，加強綜合實驗設計

由“重理論、輕實踐”的教學方式轉化為以理論結合實踐，以實踐為主的教學方式。目前課時設置以理論課為主的思路實際上已遠遠不能滿足本課程的現實需求。由于土地資源管理專業的特點，是通過實踐來理解理論知識的，具有很強的應用性。因此，首先要合理增加地理信息系統實踐部分的課時，讓學生把更多的時間放在學習如何運用地理信息系統解決實際問題上，同時還可以增加對實踐的考核，比如布置小組實踐作業、適當提高期末考試中實踐部分所占的分值比例等，從而引起學生對實踐課程的重視，提高學習的主動性與創新性。

同時，目前傳統的地理信息教學內容是針對地理信息系統專業的，因此從教學內容上看，過多強調了計算機原理、數據結構等內容的闡述，而實際上非地信專業主要需求是應用教學，這也就要求教學的重點內容是放在結合本專業的特點而進行的應用上面，而非過深地講授地理信息系統的原理。因此，本研究將研究針對土地資源管理專業的空間規劃、地籍建模等實踐應用而設計相應教學內容。

（二）以GIS平臺為主體，研究串聯RS、GPS的“3S”技術一體化教學內容設計改革

目前的地理信息系統教學中仍是傳統的就GIS教授GIS的課程教學內容，即地理信息系統課程只教授GIS相關的知識，而對相關的遙感知識RS和測量知識GPS結合得并不緊密。這兩大知識雖然都有相應的課程進行具體傳授，但同樣存在相應問題。所以教學中總是會產生這樣的現象：學生對于具體空間分析工具了解其基本功能，也可以簡單操作，但給出一個實際問題，學生往往不知道如何綜合應用這些分析工具去解決。這是由于目前的教學內容與對知識內容的切割，學生知道去如何去處理每類知識體系下特定的問題，一旦面對實際中需要結合三者綜合知識處理的問題就束手無策了。

“3S”技術作為一門實踐性很強的課程，教師在課堂中應當重視理論引導和實踐訓練的分配比重，在設置實踐課內容過程中要盡量設計融合GPS、GIS和RS這三個方面知識的綜合性較強的實踐項目。比如，筆者在教學實踐過程的摸索中，探索出一套基于校園場景的GIS實踐課程內容設計，即結合遙感解譯（RS）到碎步點測量（GPS），最后將校園進行3D建模，并進行優化路徑（GIS）的串聯“3S”整體技術的一體化教學內容設計改革，在實際中有較好的教學效果。

（三）實踐教學方法轉變為問題導向性

目前，傳統實踐課的教學方法以知識導向性為主。這種教學方法以學生掌握知識點為目的，學生在學習中充分掌握了GIS中每個工具的操作功能，但一旦面對具體的實際問題，學生仍然缺乏解決的能力。這是因為具體的問題需要多個知識點的組合，這里面還涉及對具體問題解決方案的分析和設計能力。因此，在未來教學中，要向問題導向性的方式轉變，即給出具體的待解決的實際問題，讓學生自行設計實驗內容和步驟的方式。這種鼓勵學生自主設計完整的實驗項目和方案，弱化教師對實驗的干預的教學方法，可以強化對學生獨立思考和團隊合作能力的培養。

在進行實踐項目設計時，可以把學?；蛑苓吺煜さ沫h境的項目作為首選，為學生模擬一個真實的操作環境。例如，筆者設計的校園“3S”一體化教學案例中，要求從測量到遙感解譯，再到校園各種場景的規劃，需要學生自主提出解決方案，教師再在過程中給予指導。在這個過程中，通過與老師以及小組成員間的交流，使學生能夠清楚在面對實際的項目中遇到的各種困難以及解決困難的方法，提高他們的專業技能。老師通過和學生們的溝通以及對整個實踐項目過程的全局性分析和掌握，在了解同學們在專業知識和實踐操作方面的各種不足后，能夠更好地做到“對癥下藥”。

結語

土地資源管理專業地理信息系統課程作為一門多個學科交叉、應用范圍廣泛的學科，具有理論與實踐并重、應用性強、知識點多且雜、技術更新快等特點。在課堂教學中，教師應結合地理信息系統的特點，培養學生實踐操作能力，并將“3S”技術與土地資源專業的特點聯系起來，設計符合土地資源管理的特色的教學內容，選取真實的實踐項目環境，不斷提高學生解決實際項目問題的能力，從而推動教學改革，提高課堂質量。本文總結了目前中南民族大學土地資源管理專業地理信息系統課程教學中的問題，提出了相關的解決方法，希望將有助于地理信息系統教學工作的發展和提高實驗教學的效果。

參考文獻：

［1］盧新海，黃善林.土地管理概論［M］.上海：復旦大學出版社，2014.

［2］鄭曉倩，張厚喜.“3S”技術課程實踐教學改革初探［J］.安徽農學通報，2020，26（01）：136138.

［3］丁銳，謝駿鍇.3S技術應用現狀與發展趨勢［J］.科技創新與應用，2019（14）：174175.

［4］李鎖鋼.淺析3S技術在土地資源管理中的應用［J］.南方農機，2021，52（12）：108114.

［5］冀增勝.淺析“3S”技術在土地資源管理中的應用進展［J］.農業開發與裝備，2022（01）：106108.

［6］王禮玲.“3S”技術及其在土地資源管理地理信息系統的應用［J］.電子技術與軟件工程，2019（05）：244245.

［7］張飛云.非GIS專業“地理信息系統”課程教學過程探討——以新疆農業大學為例［J］.現代交際，2018（02）：176177.

［8］楊葉濤，孫澤茜.結合項目實踐的GIS原理課程教學探討［J］.科技資訊，2016，06（089）：98101.

［9］秦鵬，陳明利，韓玉杰，等.地理信息系統（GIS）課程實踐教學模式探討［J］.教育教學論壇，2018（09）：206208.

［10］牛坤，彭長根，周洲，等.“項目式”創新實踐教學模式研究——以《GIS技術與應用》課程為例［J］.教育教學論壇，2019（05）：132133.

［11］張緒冰，彭紅霞.地理信息系統設計與開發教學關鍵環節探討［J］.測繪與空間地理信息，2018，41（12）：1519.

［12］張書亮，李發源，楊昕，等.“地理信息系統原理”一流本科課程建設的探索與實踐［J］.地理信息世界，2021，28（01）：711.

［13］蔡先華，張遠.研究性教學在“GIS原理與應用”中的探索［J］.測繪工程，2019，28（4）：7780.

項目基金：項目編號：JYX19047，項目名稱：《地理信息系統》“3S”技術一體化實踐教學設計研究

作者簡介：陳彧（1985— ），男，漢族，湖北荊州人，博士，講師，研究方向：土地利用變化及其生態效應；張文慧（1996— ），女，漢族，湖北武漢人，碩士，研究方向：土地利用變化及其生態效應。