基于ArcGIS的地理信息系统实验教学改革探讨

董建军

摘要：地理信息系统课程中实验教学内容是必不可少的。本文以ArcGIS软件为平台，对生态学专业地理信息系统课程的实验教学内容、教学方法等进行了探讨。并提出积极改革地理信息系统实验教学内容和教学方法，积极加强在地理信息系统实验教学中自学辅导，改善地理信息系统上机实验的教学环境、尽量配备专业指导教师等问题非常关键。

关键词：实验教学内容；教学方法；优化实验结构；自学辅导

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）12-0253-02

地理信息系统（简称GIS）是近年来发展迅速的高新技术，也是地理学及生态学等相关专业本科毕业生应该掌握的基础知识和重要技术手段。《地理信息系统》课程是向学生介绍地理信息系统的基础理论和技术体系的课程。目的是让学生掌握地理信息系统这门学科的基本理论和方法，了解地理信息系统在各个学科和社会中的应用。但地理信息系统是一门理论性和实践都很强的学科，要求学生在掌握基本理论与方法的同时，必须加强教学实验和实践。本文以ArcGIS软件为平台，对生态学专业地理信息系统课程的实验教学内容、教学方法等进行了探讨。

一、以ArcGIS软件为平台的实验教学内容及教学方法

地理信息系统是一门实践性很强的学科，教学中除注意突出重点，讲清基本原理外，应把重点放在提高学生操作、应用地理信息系统软件的能力上，加强学生实验有利于学生正确理解和掌握该学科的理论知识，对于形成学生良好的专业素养有重要作用。

ArcGIS是美国环境系统研究所（ESRI）开发的新一代GIS软件，是世界上应用广泛的GIS软件之一。内蒙古大学生态学专业地理信息系统实验课程采用该软件进行教学，实验内容分为四个部分，分别是ArcGIS软件介绍、空间数据的输入与编辑、空间分析、地图制图等。地理信息系统课程包括理论课32学时，实验课20学时。实验教学内容要有利于课程的学习和取得良好的教学效果为原则。主要采用多媒体课件演示、上机实习等形式。其中多媒体课件主要用于实验目的、实验要求、实验内容讲解，图形图像资料和模拟演示等。预制的课件条理清晰，利于同步教学，信息量大，效果远远超过传统授课方式，作为课堂授课辅助工具效果明显。上机实习广泛地采用了网络和计算机辅助教学等现代教育技术，在网上公布所有教学资源，包括实习材料、实习指导书等。同时设计了“网上资源”等，为学生提供了多种可供选择的学习方式，充分体现“互动教学”的特点。

二、基于ArcGIS软件的实验教学内容体系设计

对于生态学专业的学生来说，许多内容如数据采集、编辑、空间分析、专题地图制作等都必须通过具体应用在本学科相关一些问题，才能够真正掌握和理解。本课程实验以呼和浩特为例，设计了教学内容体系。具体实验项目如下。

第一，空间数据的输入与编辑，主要目的是让学生掌握扫描数据的矢量化技术和拓扑编辑。使用提供的扫描数据（呼和浩特旗县界.bmp）进行矢量化，把呼和浩特市各旗县的行政界线勾画出来，并输入属性，建立空间拓扑。

第二，空间分析，让学生掌握利用ArcMap进行空间查询、缓冲区分析和叠加分析等分析方法为目的，使用矢量化的呼和浩特旗县界和提供的数据完成空间分析。主要内容有：空间查询包括了从图查表和从表查图，如使用Identity和Find工具进行查询，SQL查询等；缓冲区分析包括了点、线、面的缓冲区生成，如对于呼和浩特地区的驻地、铁路和旗县界制作缓冲区；叠加分析使用矢量化的旗县界和提供的呼和浩特市土地利用专题图进行叠加，统计出各旗县不同土地利用类型的面积等。

第三，制图，让学生掌握ArcMap制图技术，并完成土地利用专题图。使用提供的市界、旗县界、驻地、主要公路、铁路和土地利用数据，学习各专题图层的符号化和设色方法，完成设置纸张大小后，加图名、指北针、比例尺、坐标网格和图例等一系列整饰过程，最后输出图片文件（jpg格式）。

学生通过上机操作实验，了解地理信息系统的数据处理的流程，大大激发了学习的积极性，提高了学习兴趣。从多年的教学实践经验，总结出的实验教学内容体系设计见下表：

三、实验教学的改革与探索

（一）积极改革GIS实验教学内容和教学方法

实验教学内容是基础，是实现教育目标的重要保障。而教师只有讲究教学方法，了解教育对象，有针对性地讲解实验内容，才能有好的效果。因此积极改革实验内容和方法，是加强课程建设的核心工作。因此为了尽量缩小实验教学内容与现代科技成果的差距，主要采取了两项措施。

1.更新实验课程结构。通过三次教学计划的修订，逐步调整课程实验内容，加强了几个内容。一是基于计算机的地理信息系统知识，从增设地理信息系统的基础知识到开设应用专题课等；二是具体案例分析的调整，找出最适合学生理解，与专业密切相关例子；三是遥感知识，遥感是地理信息系统的数据源，加强数字图像处理基本过程的认识，有利于地理信息系统知识的掌握。

2.优化实验教学内容，与实际应用紧密相连。对于生态学专业的学生来说，学习GIS的目的是掌握地理信息系统这门学科的基本理论和方法，了解地理信息系统在各个学科和社会中的应用，并利用地理信息系统解决本学科相关的一些问题。因此内容安排也结合生态学专业，让学生了解应用。对于叠加分析，实验内容是以呼和浩特为例，把呼和浩特的土地利用专题图和行政区划图进行叠加，统计分析各旗县的土地利用状况，通过这个实验学生掌握基本知识，同时了解不同专题图层的叠加分析方法，在专业方面巩固了土地利用方面的相关知识。

在教学方法的改革上，主要要求教师结合改革教学内容，研究教学方法论，针对学生的思维特点和认识规律，进行启发式教学。为此，一方面增加讨论课，采用小论文、小专题和各种因材施教的方式，开展分层次教学。另一方面采用现代化教学手段，使教学直观化、形象化。

（二）积极加强在GIS实验教学中自学辅导

自学辅导教学实验的本质，是让学生通过以自学为主的学习方式，经由阅读、上机练习、小结等自学环节，养成自学习惯，发展自学能力。它与传统讲授法比较有如下特点。

1.教学主导思想有了根本性改变。自学辅导体现了教学以培养能力、发展智力为主的思想，突出学生的“学”和教师的“导”。GIS软件功能非常强大，利用有限的学时学完是不可能的，只有学生努力自学，才能系统掌握。因此教学的主攻方向和衡量学生学习的标准，不仅在于学生是否学会了，还在于学生是否会学了。这种教学思想和教学形式，完全保证了学生的学习主体地位。

2.教学原则与教学方式在实践上得到统一。启、读、练、知、导相结合等教学原则的侧重点在“学”，它是建立在确保各类学生都学会，都能发展的基础上，教学原则是与教材、教法、学生、教师的情况密切结合而综合考虑提出的，因此能够在教学过程中较好地加以体现。

3.使用高效的立体式课堂教学。在课堂上学生自行操作ArcGIS软件，教师辅导，教师和学生充分进行教学信息反馈流通。学生在课堂上用眼看、用脑想等多种感官交替使用，降低了疲劳度，提高了学习效率。各类学生各得其所，每个人都积极主动，因而学习成绩普遍上升，尖子生队伍扩大，两极分化缩小。

4.加强自学辅导教学。自学辅导教学对学生的思想以及影响学生成长的非智力因素有极大的促进作用。在培养学生良好自学习惯、浓厚的学习兴趣、坚强的意志和毅力方面也超过了传统教学。

实践证明，自学辅导适合GIS实验教学课程，符合当代大学生的认识和发展规律，是极有发展前途的。

（三）改善GIS上机实验的教学环境，尽量配备专业指导教师

高校尽量建立GIS的开放实验室，具备专业软件及案例数据，对学生全面放开，给学生独立操作、独立学习的平台，还要配备指导教师，对出现的问题进行解决。

四、结语

地理信息系统应重点突出地理信息系统的基础理论、技术与应用。该课程力求将地理空间基础理论、地理信息系统技术方法和地理信息系统的实践融为一体，使学生在学习地理信息系统技术方法的同时，掌握与地理信息系统的技术实现和方法应用有关的基础理论，从而使学生能够真正领会和把握作为现代高科技的地理信息系统的科学性、技术性和实践性。要更新思想，积极改革GIS实验教学内容和教学方法，积极加强在GIS实验教学中的自学辅导，改善GIS上机实验的教学环境，尽量配备专业指导教师，等等。

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