地理信息系統原理課程線上線下混合教學模式研究

摘要：文章詳細闡述地理信息系統原理課程設計的三個主要模塊：基礎理論模塊、實訓實驗模塊、綜合應用模塊，從課前準備、課中組織、課后總結三個方面剖析線上線下混合教學模式的構建，旨在加深學生對GIS概念的理解，增強實際操作技能，并促進批判性思維的發展，為地理信息系統專業課程的教學改革提供可供參考的實踐范例。

關鍵詞：地理信息系統原理課程；線上線下混合教學模式；教學資源

地理信息系統原理是一門綜合性較強的課程，知識點多，具有學科與技術的統一性、發展與內容更新的快速性、多學科集成（地理學、地圖學、測繪學、遙感科學、計算機科學、數據庫和信息科學等）、滲透性較強、空間抽象性強、研究對象的空間尺度變化大、應用范圍廣等特點。隨著教育技術的發展，線上線下混合教學模式成為提高教學質量的有效途徑。此教學模式結合了傳統課堂教學的互動性和網絡教學的靈活性，能為學生提供更加個性化和多元化的學習體驗，不僅能幫助學生通過線上資源自主學習理論知識，還能通過線下課程實踐操作技能。

一、地理信息系統原理課程線上線下混合式教學模塊設計

（一）基礎理論模塊

地理信息系統原理課程（以下簡稱課程）的線上線下混合教學模式設計中，基礎理論模塊占據核心地位，旨在為學生提供GIS（地理信息系統）領域的基礎知識和理論框架。在GIS內容設置上，基礎理論模塊聚焦GIS的基本定義、歷史發展以及在現代社會中的應用領域，如城市規劃、環境管理和災害響應等。教師通過深入解析GIS系統的組成，如空間數據模型、數據庫管理系統、空間分析工具和用戶界面，為學生構建了一個全面的GIS知識體系。教師需要強調空間數據的重要性和多樣性，包括柵格數據和矢量數據的區別、空間數據采集方法的使用，以及空間數據在GIS分析中的應用。

在GIS數據原理應用上，基礎理論模塊在教學方法上采用線上多媒體講座、虛擬實驗室和交互式討論板等形式，結合實際案例分析，提高學生對理論知識的理解和應用能力。例如，教師通過分析城市擴張的柵格數據或研究基于矢量數據的洪水模擬，學生能直觀地理解空間數據在解決真實問題中的應用，同時涉及GIS軟件的基本操作和功能，如ArcGIS（開源地理信息系統）或QGIS（制圖和空間分析軟件）的界面布局、基本工具和操作技巧，使學生能在理論學習的基礎上，初步掌握GIS軟件的實際應用技能。

（二）實訓實驗模塊

實訓實驗模塊旨在加強學生的實際操作能力和實際問題解決能力，集中于GIS軟件應用、空間數據處理和分析、地理信息系統的實際項目開發。軟件應用部分著重于GIS軟件的深入操作訓練，課程內容包括地圖制作、空間數據編輯及分析、地理數據庫管理。

在地圖制作部分，學生將學習在GIS軟件中創建和管理空間數據，進行地圖設計和輸出，以及運用各種空間分析工具，如緩沖區分析、疊加分析、網絡分析，解決具體的地理空間問題。

在空間數據處理與分析部分，課程強調空間數據的處理技巧和分析方法，課程內容覆蓋空間數據的獲取、清洗、整理和轉換等。學生將學習如何處理不同格式和來源的空間數據，包括衛星遙感數據、GPS數據，以及公共和私有數據源的數據。同時，學生還將學習運用統計和空間分析方法，如空間統計分析、地理加權回歸、熱點分析等，揭示數據中的空間模式和趨勢。

在地理數據庫管理部分，課程強調綜合運用所學知識解決實際問題。學生將參與真實或模擬的GIS項目，如城市規劃、環境監測、災害管理等。在項目中，學生需要運用GIS軟件和空間分析技術收集、處理、分析數據，并據此制訂解決方案。此外，學生還將學習項目管理的技能，如需求分析、項目規劃、團隊協作、成果呈現等，在真實或接近真實的環境中應用GIS技能。

（三）綜合應用模塊

綜合應用模塊旨在幫助學生將從基礎理論模塊和實訓實驗模塊中獲得的知識與技能應用到實際的、綜合性的項目中，強調培養學生項目開發與管理能力、跨學科知識應用與問題解決能力、數據分析與處理能力。

項目開發與管理部分重點在于培養學生的項目開發能力。學生將學習如何從頭開始規劃和實施一個GIS項目，包括需求分析、資源規劃、時間管理、團隊協作，以及項目交付，從而理解項目生命周期的各個階段，并掌握如何在每個階段有效運用GIS技術和方法。

跨學科應用部分著重GIS在不同領域的應用，如城市規劃、環境科學、公共衛生、災害管理等。通過分析具體的案例，學生將學習如何將GIS技術與其他學科知識相結合，解決復雜的現實問題。

數據分析與解讀部分關注數據分析技能的提高。學生將學習如何收集、處理、分析復雜的空間數據，并從中提取有價值的信息，包括運用高級統計方法、空間數據挖掘技術，以及可視化技巧。學生需要掌握如何解讀分析結果，并能將這些結果轉化為明智的決策。

二、地理信息系統原理課程線上線下混合教學模式的構建

（一）課前環節：整合混合式教學資源，做好學習環境準備

在課前環節，教師要收集和編排適用于GIS學科的教學材料，包括線上講座視頻、互動式教學軟件、數字化閱讀材料、實時數據分析工具。線上講座視頻通常包含GIS的基礎理論、空間數據模型、地理信息系統分析技術等主題，以及行業專家的特邀講座；互動式教學軟件包括模擬GIS項目的應用程序，使學生能在虛擬環境中實踐地圖制作和空間分析；數字化閱讀材料涵蓋GIS基礎教科書、最新研究論文，以及行業報告，為學生提供理論知識和最新行業動態；實時數據分析工具則指GIS軟件中的數據處理和分析功能，如ArcGIS或QGIS中的空間分析工具和數據可視化插件，學生可以通過這些工具處理真實世界的空間數據。

（二）課中環節：融合混合式教學方法，進行實時反饋調整

在課中環節，教師需結合線上自主學習和線下互動式教學進行課程設計。在基礎理論模塊中，教師可以讓學生通過線上平臺自學GIS的核心概念，如空間數據模型（柵格和矢量）、地理坐標系統、地圖投影原理，以及對GIS歷史和當前行業應用（如遙感和GPS技術）的介紹。在線下課堂中，教師可以讓學生通過小組討論和案例研究，如分析土地利用變更或城市規劃案例，加深對理論知識的理解。在實訓實驗模塊中，教師可以讓學生先在線上觀看GIS軟件操作視頻，涉及數據輸入、編輯、分析和可視化等方面，然后在實驗室中使用GIS軟件（如ArcGIS或QGIS）進行實際操作，處理實時空間數據，執行緩沖區分析、網絡分析等任務。綜合應用模塊需要結合理論和實踐，教師可以通過在線學習資料介紹復雜GIS項目的管理和實施過程，然后要求學生在線下實驗室環境中開展綜合性GIS項目，如環境影響評估或城市規劃設計，應用空間分析方法和數據可視化技術，進行空間數據挖掘和地理信息系統建模。

此外，教師需對各個模塊的融合混合式教學方法進行實時反饋調整。教師可以利用多種評估工具、技術及時了解學生的學習進度和對知識的理解程度，并根據需要對教學內容或教學方法進行調整。在基礎理論模塊中，反饋主要通過在線測驗和課堂問答實現，測驗可能包括多項選擇題和簡答題，用于評估學生對GIS基礎知識的理解程度；課堂問答則是檢驗學生對理論概念的掌握情況，并根據反饋調整后續的教學重點。在實訓實驗模塊中，實時反饋可以通過監控學生在實驗室中的操作過程得以實現，教師通過觀察學生操作GIS軟件的能力，提供即時指導和建議。在綜合應用模塊中，反饋可以通過項目進度報告和小組展示得以實現。學生在完成項目的各個階段時，需要提交進度報告，教師基于這些報告提供反饋，指出項目管理、空間數據分析、結果解釋方面的優點和改進空間，培養學生的批判性思維。

（三）課后環節：設計全過程考核模式，提供持續學習支持

在課后環節，教師可以以多元化評估方法為特點，設計全過程考核模式，包括線上測驗、課堂表現、實驗報告、項目作品和自我反思報告。線上測驗聚焦GIS基礎理論的掌握，如空間數據類型、地理坐標系統和地圖制作原理，以及GIS軟件操作的基本知識；課堂表現考核側重學生在小組討論、案例分析中的參與度和貢獻情況；實驗報告評估學生在實訓實驗模塊中的操作技能和數據分析能力，如在ArcGIS或QGIS中進行的緩沖區分析、網絡分析和空間插值等；項目作品考核涉及綜合應用模塊中的綜合性GIS項目，評價標準包括項目規劃的合理性、數據處理的準確性、分析結果的深度、最終呈現的質量；自我反思報告則要求學生對自己的學習過程和成果進行評價，反思學習方法和實踐操作中的不足。

課后環節還特別強調持續學習支持，這可以通過線上資源庫、論壇討論和定期在線研討會得以實現。線上資源庫提供包括高級GIS教程、最新行業報告和研究論文在內的豐富資料，供學生自主探索和深入學習；論壇討論鼓勵學生就GIS相關問題進行交流和探討，促進同伴間的學習互助；定期在線研討會則邀請行業專家和學者就當前GIS技術的發展趨勢、應用案例進行分享，開闊學生的視野，激發學生對GIS領域的學習興趣。

本研究通過綜合分析和實踐探索，展示了如何將理論學習與實踐操作結合起來，為GIS教育提供了一種創新的教學策略。課程采用線上線下混合教學模式，通過精心設計的三個模塊——基礎理論模塊、實訓實驗模塊和綜合應用模塊，有效融合了線上自主學習與線下互動式教學，確保了學生能在多樣化的學習環境中全面掌握GIS的關鍵概念和應用技能。課中環節的實時反饋和調整機制進一步增強了教學的靈活性與針對性，而課后的全過程考核模式、持續學習支持確保了學生能在課程結束后繼續進步和發展。

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基金項目：重慶師范大學基金項目“森林垂直分層葉面積指數激光雷達遙感反演及驗證”，項目編號：22XLB029。

（作者單位：重慶師范大學地理與旅游學院/地理信息系統應用研究重慶市高校重點實驗室）