GIS课程实践教学改革

石云

摘要：根据地理信息系统（Geographic Information System）专业人才培养的需求，在宁夏大学GIS专业选修课ArcGIS软件应用课程中，采用面向专题应用的GIS课程实践教学改革方法，通过设计学生熟悉的GIS专题应用案例进行实践教学，对课程的教学内容、教学组织等进行了探索研究。通过三年教学实践，从专题出发让学生主动参与完成的教学综合实例，调动学生的兴趣，提高学生的创新能力，并取得了良好的教学效果。通过面向专题应用的GIS课程实践教学改革，为宁夏GIS专业技术人才的培养起到了积极的作用。

关键词：GIS;ArcGIS;专题应用;实践;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）20-0103-02

地理信息系统（Geographic Information System）是20世纪60年代初期发展起来的一门新兴学科，它是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。它在最近的30多年来，随着计算机的飞速发展，而得到迅速的发展和普及，并广泛应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域[1]。近年来，大批学校开展GIS专业学位教育，也有面向多种专业需求的GIS应用教育[2]，如交通工程、水资源管理、城市规划专业等，对地理信息系统专业和相关课程的教学提出了更高的要求。对于地理信息系统专业的教学，需要针对本专业以实践为主的特点，充分把握课程实践教学环节，使学生在实践过程中能够应用GIS技术解决专业实际问题，同时将GIS课程基本概念理论融会贯通，从而达到培养GIS专业人才的目标[3，4]。

面向专题应用的实践教学模式突出学生“在专题应用情境中、在实践中学习”，强调学生的专业应用技能培养[5，6]。本文以宁夏大学资源与环境学院地理信息系统专业实施GIS课程实践教学改革为背景，在GIS专业选修课ArcGIS软件应用课程中选择面向专题应用的教学模式，结合与ArcGIS软件空间分析功能模块，在教学实践环节中以“专题应用”的形式将这种新型教学模式引入ArcGIS软件应用课程实践教学之中，并取得了良好的教学效果。

一、教学背景

宁夏大学资源与环境学院地图与地理信息科学专业自2001年开始招生，2011年获得硕士学位授权，目前专职教师10人，其中教授1人、副教授5人、博士4人，平均年龄37岁，学术队伍相对比较年轻。随着GIS专业的不断发展，学生专业学习和就业的需求，对GIS专业教师提出了更高的教学、科研、实践要求，本专业教师加强了实践学习，申请相关教育教学的改革项目，对地理信息系统专业课程进行教学内容、授课形式、考试方式、教学效果等多方面的探索和实践，同时组织学生参加各类创新项目。通过教学改革，为学生提供了更好地学习GIS专业知识和软件平台的实践教学，教师的教学水平也不断提高。

二、专题应用实例

ArcGIS10由美国ESRI公司开发，于2010年夏季发布，它代表了ArcGIS最新、最主要的产品，是目前最流行的地理学专业应用研究与空间分析工程处理与分析的计算工具。ArcGIS软件应用于GIS课程实践教学专题，包含ArcGIS空间处理的主要内容，如矢量数据空间分析、栅格数据空间分析、空间统计分析、3D分析和空间数据管理等[7]，基于ArcGIS软件的空间分析功能来完成GIS应用专题的开发与实现。在教学实践过程中，结合相关教师的科研方向设计了6个实践教学专题如表1所示。

1.市区选址分析。缓冲区表示该点、线、面矢量实体某种属性的影响范围，它是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。市区选址分析专题通过对影响房地产价格的道路、学校、商业网点、名胜古迹等因子进行缓冲区分析、叠加，是比较典型的涉及到缓冲区分析、叠加分析的专题[7]。实践内容涉及ArcGIS软件的分析功能模块，专题包括点、线、面数据的缓冲区原理验证分析、缓冲区分析、多边形叠加分析的实际地理应用。

2.寻找最佳路径分析。在ArcGIS的空间分析功能模块是关于栅格数据的空间分析，主要功能有：距离制图、密度制图、表面生成、表面分析、统计分析、重分类、栅格计算等。寻找最佳路径分析应用到距离制图中的成本路径及最短路径、表面分析中的坡度计算及起伏度计算、重分类及栅格计算等功能。

3.退耕还林还草规划。退耕还林还草规划专题重点对矢量数据进行叠置分析，叠置分析基本的处理方法是根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特性的统计分析。实践教学内容包括对矢量数据和栅格数据的叠置分析这两部分。此专题中包括联合、求交集、筛选等多种ArcGIS分析功能模块中的工具。

4.黄土高原丘陵沟壑区侵蚀沟道提取。黄土高原丘陵沟壑区侵蚀沟道提取专题要求学生应用ArcGIS空间分析模块提供的水文分析工具对黄土高原丘陵沟壑区数据进行水流方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等分析，最后结合遥感影像对提取沟道和汇水面积数据进行验证。

5.综合专题。以小组为单位，确定相应的专题，按搜集数据、分析处理数据、空间分析过程、空间分析结果等空间分析步骤，完成一个专题的完整空间分析过程。学期最后一节课为成果展示课，要求综合专题完成人进行答辩，制作PPT并对项目进行阐述。整个综合专题实例从学生自己感兴趣的方面去做空间分析，调动学生的积极性和创造性。近三年来，GIS课程实践教学改革实施的相关班级，有趣的综合专题实例不断涌现：GIS分析女性化妆品的选择、空间分析解析抗日战争、全国剩女分布分析、银川市公共卫生间分布分析、吴忠市清真寺分布分析等，大家在分析过程中集思广益，调动每个学生的积极性。通过这样的综合专题实例，学生做到了熟练应用ArcGIS软件，更加理解了GIS专业知识，相关综合专题实例分析及空间分析工具如表2所示。

三、结论

选择ArcGIS软件应用课程作为GIS实践教学改革的专业课程，结合不同专题的应用使用ArcGIS相应的空间分析功能模块，让学生在熟悉的专题中学习理解GIS相应的空间分析功能，这样可以充分调动学生的积极性和创造性。一方面，学生在专题实例的分析过程中，掌握相应的ArcGIS软件空间分析功能模块，在专题实例的学习中，激发学生学习的积极性和热情;另一方面，在实践应用过程中，通过不同空间分析模块的应用，加深学生对GIS的基本知识和概念的理解。最后，通过综合专题实例单元，调动学生自身的创造性思维，从身边实例出发，选择自己喜欢的专题实例，通过收集数据、大量查阅文献资料、不断创新思路来优化自己的应用专题设计，在这个过程中能培养学生的创新思维和动手能力

通过ArcGIS软件应用课程的实践教学改革，学生在专题应用中学习了GIS平台ArcGIS，通过其空间分析功能模块的应用达到对GIS空间分析功能的理解和掌握。在教学实践实施的近三年来，多名GIS专业本科学生纷纷踊跃参加学校组织的科技创新立项活动及挑战杯等活动，都取得了不同的奖项，这极大地鼓舞了学生科技创新的热情，更激发了学生对GIS专业的理解与热爱，通过GIS课程实践教学改革，为宁夏的GIS专业技术人才的培养起到了积极的作用。

参考文献：

[1]李建松.地理信息系统原理[M].湖北：武汉大学出版社，2006：1-15.

[2]党安荣，刘钊，贾海峰，等.面向应用的高校GIS教学探索与实践[J].地理信息世界，2007，5（2）：9-14.

[3]边馥苓.我国高等GIS教育进展特点与探讨[J].地理信息世界，2004，2（5）：16-22.

[4]秦其明.中国高校GIS专业核心课程设置问题的探讨[J].地理信息世界，2003，1（4）：1-7.

[5]乔闪.奥尔堡大学面向项目的高等教育体系[J].高等工程教育研究，2002，（2）：69-72.

[6]田雨，韩作振.基于ArcGIS面向专题应用的GIS课程实践教学[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：46-49.

[7]汤国安，杨昕，等.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2007：233-241.