地理科学专业 GIS课程教学方法研究*

柯新利,黄莉敏,刘蓉霞

(咸宁学院 资源与环境科学学院,湖北 咸宁 437100)

地理科学专业 GIS课程教学方法研究*

柯新利,黄莉敏,刘蓉霞

(咸宁学院 资源与环境科学学院,湖北 咸宁 437100)

地理信息技术的发展,是地理学进入 21世纪高科技时代的入场券.以遥感、地理信息系统和全球定位系统为代表的地理信息技术已成为地理学数据获取与数据分析的重要手段,是现代地理学不可或缺的工具.本文在分析地理科学专业对 GIS技能需求的基础上,研究地理科学专业地理信息系统课程设置、地理信息系统课程教学内容的安排和地理信息系统技能培养体系,构建了理论与实践紧密结合的课程体系和教学方法.

地理科学专业;地理信息系统;教学方法

20世纪 60年代以来,遥感、地理信息系统、全球定位系统的出现,使地理学的方法、手段信息化、现代化、高技术化,技术的革命推动了理论的革命,从而促进了地理学的新发展.21世纪是高技术全面发展的世纪,地理信息技术系统的发展,是地理学进入 21世纪高科技时代的入场券,地理学不仅应是理论科学而且也应是一门强有力的技术科学,这样才能在国民经济各部门中发挥积极作用.

目前,地理信息技术已经在农林、交通、电力、水利等各领域广泛应用.因此,地理信息技术教学不仅要求学生掌握基本原理与基本方法,而且要求学生能够把地理信息技术应用于某个领域解决实际问题.在地理信息技术课程教学中,结合学生所学专业,注重实践的教学环节尤为重要.赵春燕等针对目前地理信息技术实验教学存在的问题,对实验教学提出了几点建议[1].王剑等分析了旅游管理专业开设地理信息技术实践课程的特殊性,并从实验课教学、生产实践、项目实践和课程设计四个方面探讨了地理信息技术实践课的构建体系及授课内容[2].李亦秋等针对非地理信息系统专业的特点,提出基于MAPGIS的地理信息技术实验设计,将相关理论、算法、过程和结果输出与显示的一系列基础性实验、综合性实验、设计性实验得以实现[3].田雨等针对地理信息技术发展快、理论与实践紧密结合的特点,在 GIS课程实践教学的基础上,探讨并提出了 GIS课程实验教学的教学目标和教学方法设计[4].

肖化顺等根据地理信息技术专业课程设置,确定地理信息技术专业实验教学的目标和内容,构建了林业院校GIS专业的综合实验教学体系[5].陈建针对资源环境与城乡规划管理专业的专业特点,将 GIS课程的实验教学内容分成训练性实验、综合性实验和分析性实验三部分,运用案例教学的形式,采用启发式教学的方法,着重训练学生的实际应用能力[6].

从已有的研究可以看出,地理信息技术已经在各行各业得到了广泛的应用.很多学者针对不同专业的特点,对各专业中地理信息技术实验教学进行了研究.从地理科学专业来看,学生 GIS技能的培养已经引起了广泛的重视.然而,对地理科学专业 GIS课程设置及技能培养的研究较少.本文针对地理科学专业的特点及其对 GIS技能的需求,在分析地理科学专业对 GIS技能需求的基础上,从地理科学专业 GIS课程设置、课程教学内容、技能培养等方面论述高校地理科学专业 GIS课程教学方法.

1 地理科学专业对 GIS课程的需求

地理科学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用与关系及其时空规律的科学,具有鲜明的区域性和综合性[7].地理类专业培养的方向包括[8]:(1)科学研究型.此层次属高级人才,适宜在地理、环保、国土、综合考察、水利、测绘等有关研究单位和高等院校从事基础理论等方面的教学和研究工作.(2)中学教学型.地理科学教育包含地理专业教育和普及教育两大部分,其中前者培养地理专业人才,通过大学地理教育实现;后者则是普通大众知识体系的最重要部分,主要通过中学地理教育和社会地理科普教育实现.因此,培养优秀的中学教学型人才到各级中学从事地理教学工作,是保障我国全民地理素养提升的重要途径.(3)技术应用型.本层次人才掌握了扎实的地理基本理论和技术技能,主要是测绘、环保、土地、城市、水利、地震、交通等事业单位和专业公司从事技术性或者管理性工作.(4)开拓发展型.此层次人才主要是通过自己所掌握的地理科学知识和价值观念,到社会上去开创性的发现并从事一些工作.

新时期要求地理人才熟练运用遥感和地理信息系统等实验技术,初步具有地理考察能力和地理科学研究能力[9].可见,高校地理科学专业要求学生掌握地理信息的采集、量测、存储、分析、管理、显示、传播和应用.其中,空间数据的采集、量测与存储是地理科学专业对地理信息系统的最基本要求,空间数据的分析、管理、显示、传播与应用是地理科学专业对地理信息系统课程教学的根本目的,其中空间分析、地理模型的应用是地理科学专业地理信息系统课程的核心内容.

2 地理科学专业 GIS课程设置

地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统,它以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面要素和地理分布有关的数据的空间信息系统,是地理学分析和应用的有力工具.地理信息系统涉及测量学、地图学、计算机科学、地理学等多学科的内容.同时,地理信息系统作为地理科学专业重要的技术手段,可以提高学生地理数据管理以及分析问题和处理问题的能力.因此,在地理科学专业设置地理信息系统课程需要以相关课程为先导,要求学生掌握相关的基础理论,具备相关的背景知识,才能取得较好的教学效果.具体而言,地理科学专业地理信息系统开设之前,需要学生掌握的基础课程包括:自然地理学、测量学、地图学、计算机基础、数学、空间分析等.然而,地理信息系统中有些十分重要的理论方法如数据库技术、数据结构、计算机程序设计等在地理科学专业的课程体系中并没有体现,需要在课程体系设置和课程教学予以补充.在先导课程开设的基础上,应尽量提前开设地理信息系统课程,为相关的课程提供先进的技术手段和分析方法,促进相关课程的教学效果.这些课程主要包括:水文学、景观生态学、经济地理学、气象气候学、环境科学、资源科学、区域分析与规划等.

在学时安排上,目前国家培养本科生的原则是加强基础教育、淡化专业和拓宽口径,并要求压缩总体教学时间,为学生留取更多的自由活动空间.目前地理科学专业本科教学总学时数约为 2500左右,其中必修课控制在 1250学时左右.综合考虑地理信息系统课程的特点及地理科学专业对地理信息系统课程的需要,地理信息系统课程总学时数应为 90学时左右,其中实践教学环节学时数占总学时数的 40%以上.

3 地理科学专业 GIS课程教学内容

地理信息系统的主要内容是空间数据的采集、存储、管理、分析和描述等.不同的专业对地理信息系统要求的侧重点也有所不同,空间数据的采集是所有专业应用地理信息系统的基础,地理科学专业对地理信息系统的核心要求是空间数据分析与表达.空间数据的存储和管理虽然不是地理科学专业对地理信息系统的本质要求,但是空间数据的组织与管理等内容对全面认识地理信息系统的功能、提高地理科学专业学生地理信息系统的应用能力具有重要的意义.针对地理科学专业对地理信息系统的要求,地理科学专业地理信息系统课程教学内容的设置如表 1.

4 地理科学专业 GIS技能培养体系

(1)地理科学专业 GIS实践教学

地理信息系统是一门实践性很强的课程,要求学生掌握主流 GIS软件的操作,并熟练利用主流 GIS软件实现地理科学相关问题分析.因此,要加强地理科学专业 GIS实践教学,促进学生对 GIS课程的理解和掌握,提高地理科学专业学生使用 GIS工具分析问题和解决问题的能力.针对地理科学专业的特点,GIS课程的实践教学应贯穿于 GIS课程的各个环节,重点加强空间数据的采集与质量评价、空间数据的处理、空间分析与空间数据的可视化表达等方面,其中空间分析是地理科学专业 GIS课程实践教学的核心.由于 GIS课程的特殊性,实践教学环节的学时数应至少占到课程总学时数的五分之二以上.在实践教学过程中,应以问题导向为主,通过某一具体的问题,引导学生通过数据采集、质量评价、数据空间化、空间数据处理、空间分析、空间数据可视化表达一套完整的实践操作,掌握采用 GIS工具分析地理科学具体问题的能力.

表1 地理科学专业地理信息系统课程教学内容

(2)GIS技能大赛

GIS技能大赛是提高地理科学专业学生 GIS技能的重要手段.咸宁学院资源与环境科学学院从 2005年以来,积极参加第三届、第五届和第八届“超图杯”全国 GIS大赛.通过参加全国 GIS大赛,学生在暑假期间接受了系统集中的 GIS技能训练,使学生的 GIS技能得到了迅速提高.结果显示,参赛学生的 GIS技能和应用 GIS工具分析问题和处理问题的能力显著高于未参赛的学生.

此外,咸宁学院资源与环境科学学院自 2007年以来,将 GIS技能大赛作为院学生素质提高的常规活动,每年举办一次.通过学院 GIS技能大赛,带动地理科学专业本科生学习地理信息系统,提高他们应用地理信息系统的能力.

对地理科学专业的学生来说,参与 GIS技能大赛的形式和内容需要多样化,以带动更多学生更有针对性地学习地理信息技术.在参赛内容方面,地理科学专业的本科学生应减少参加 GIS开发组的比赛,增加遥感数据处理、GIS空间分析组别的比赛,以比赛促进学习、促进技能提高.在学院 GIS技能大赛的项目设置方面,应与地理科学专业紧密结合,贴近地理科学专业对 GIS课程的需要.在参赛形式方面,学校应加强支持力度,支持尽可能多的学生参与到全国GIS大赛中;学院应为学生参加全国 GIS大赛创造条件,提供必要的实验条件及技术指导;学生通过多种渠道参与到全国 GIS大赛中,提高 GIS技能;应尽可能将学院 GIS大赛与全国 GIS大赛结合起来,通过参与全国 GIS大赛带动学院 GIS技能大赛的开展,通过学院 GIS技能大赛为全国 GIS大赛打下基础.

5 结语

以遥感、地理信息系统和全球定位系统为代表的地理信息技术是现代地理学不可或缺的工具.采用与地理信息系统或者遥感相近的方式培养地理科学专业学生的 GIS技能已经不再适应地理科学专业的需求.本文在分析地理科学专业对 GIS技能需求的基础上,研究地理科学专业地理信息系统课程设置、地理信息系统课程教学内容的安排和地理信息系统技能培养体系,构建了理论与实践紧密结合的课程体系和教学方法,力争实现地理科学专业地理信息系统课程教学改革,培养掌握现代地理信息技术的地理科学人才,提升地理信息系统在地理教学和研究中的应用.

[1]赵春燕,杨志高,肖化顺.地理信息系统实验教学的改革研究 [J].大庆师范学院学报,2007,27(5):135～137.

[2]王剑,卢世菊,李东娟.旅游管理专业“地理信息系统”课程实践教学研究[J].时代教育,2009,(1):8.

[3]李亦秋,董廷旭,邓小菲.基于MAPGIS的地理信息系统课程实验设计[J].绵阳师范学院学报,2008,27(2):136～142.

[4]田雨,卢秀山,独知行,等.地理信息系统 (GIS)课程实验教学研究[J].实验技术与管理,2008,25(11):153～156.

[5]肖化顺,谢绍锋.林业院校地理信息系统专业综合实验教学体系的构建[J].中国林业教育,2009,27(3):20～23.

[6]陈建.非 GIS专业地理信息系统课程实验教学研究初探—以资源环境与城乡规划管理专业为例[J].南京晓庄学院学报,2005,21(6):99～102.

[7]郑度,陈述彭.地理学研究进展与前沿领域 [J].地球科学进展,2001,16(5):599～606.

[8]孙中伟,尤丽敏,贺军亮.高校地理专业就业需求、学生期望与课程设置的错位差研究[J].石家庄学院学报,2009,11(5):113～118.

[9]于庆军.高师地理科学专业课程体系建设研究[J].地理教育,2009,(4):76～77.

G42

A

1006-5342(2011)06-0106-03

2011-05-11

咸宁学院 2010年校级教学研究项目;咸宁学院校级科研项目(KY09062)