地理信息系统课程实验教学改革研究

徐丹 张世恩

摘 要

地理信息系统课程实验教学是高校地理信息科学专业人才培养的重要环节，是巩固理论知识、提高学生动手能力的有效途径。本文针对地理信息系统课程实验教学中普遍存在问题，结合专业特点，探讨地理信息系统课程实验教学改革，以期提升实验教学效果，培养学生真正掌握与应用专业知识的能力。

关键词

地理信息系统;实验教学;教学改革

中图分类号：  TP319                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.034

Abstract

The experimental teaching of geographic information system course is an important link in the talents cultivation of geographic information science professional in colleges and universities，which is an effective way to consolidate theoretical knowledge and improve students' practical ability.In view of the common problems in the experimental teaching of geographic information system course，this paper discussed the reform of the experimental teaching of geographic information system course based on the specialty characteristics，in order to improve the experimental teaching effect and train students' ability to master and apply professional knowledge.

Key Words

Geographic information system;Experimental teaching;Teaching reform

0 引言

我校開设的《地理信息系统软件应用》是理论课《地理信息系统原理》的配套实验课，54学时，该课程是我校地理信息科学专业学生的必修课，通过该课程的学习，学生应加深对地理信息系统（GIS）相关理论知识的理解，掌握常用GIS软件的基本操作，能够熟练运用一种GIS软件完成地理空间数据处理与分析[1-3]。GIS课程实验教学内容广泛，信息量大，通过有限实验教学课时，使学生获得较为系统的技能训练。本文针对GIS课程实验教学中普遍存在问题，结合专业特点，探讨GIS课程实验教学改革，以期提升实验教学效果，对专业人才培养和学科发展起到建设性作用[4，5]。

1 实验教学存在的问题

1.1 实验教学平台软件单一

ArcGIS是目前比较流行的GIS基础软件平台，由美国Esri公司研发，深受广大教学和科研工作者的关注和青睐。Esri公司于1982年开发出第一套商业GIS软件——ARC/INFO 1.0，之后经历若干个版本，Esri于2013年7月发布ArcGIS 10.2，该产品的发布，标志着Esri又进入一个新的里程碑。2019年3月下旬Esri发布最新版产品——ArcGIS 10.7，基于该软件，用户可实现高级分析功能，如三维分析、网络分析、地统计分析等。在我国高校GIS课程实验教学中，授课教师普遍采用ArcGIS作为软件操作平台，ArcGIS本应作为实验教学的辅助手段，但却成为教学主体，这存在很大局限性。学生对GIS的理解和认识多数基于对ArcGIS的认知，对GIS基本原理的把握情况不太理想，对GIS基本技能的掌握则大多停留在软件操作上，无法领会GIS课程的本质和精髓。

1.2 实验教学内容缺乏层次性

GIS作为一门新兴的交叉学科，其发展速度极快，已广泛应用于各个领域。对于应用型高校，专业发展应与时俱进，才能真正培养出满足社会发展需要的应用型人才[6，7]。目前，GIS课程实验教学模式以验证性实验为主，目的是将课堂所学GIS基础理论知识通过实践进行验证，提升学生专业认知度;而与专业应用相结合的综合性和设计性实验则安排较少，无法较好培养学生应用理论知识分析和解决专业问题的能力。

1.3 实验教学方式缺乏创新

教师演示、学生模仿是GIS课程实验教学经常用到的教学方式，其导致实验课易流于形式，不利于实现实验教学目标，无法有效培养学生的实践和创新能力。在实验课课堂上，学生需通过实验加深对GIS基本理论的理解和掌握，在动脑和动手活动中进一步深化知识，但在此过程中，多数学生利用现成数据，按照教师演示的操作步骤，参考实验指导书，循规蹈矩做实验，很少将每一个操作步骤与其背后的理论知识联系起来，实验效果不甚理想，离开实验指导书，很难利用GIS基本方法和基本技能解决实际应用问题;同时这种教学模式也比较枯燥，不容易激发学生实验兴趣，不利于发挥学生主动性，制约学生创新能力发展。

2 实验教学改革

2.1 增加教学平台

对于实验教学平台软件单一问题，可选择2～3个国内外同类软件进行对比学习，例如国外的ArcGIS、MapInfo，国内的MapGIS、SuperMap等GIS基础软件平台。针对同一实验，如地图矢量化，可引导学生在不同软件平台上完成栅格数据转换成矢量数据的处理过程，学生会发现，虽然软件平台不同，但操作步骤都很相似，即首先把遥感影像导入软件中并设置空间参考，接着进行地理配准，然后按照一定原则进行数据分层，依次对各个图层的地物进行跟踪矢量化，并录入属性数据，最终完成地图矢量化。通过一系列练习，学生可体验不同软件平台的矢量化流程，体会到不同软件优劣势。

2.2 调整教学内容

GIS发展迅速，教师要准确把握学科发展方向及GIS技术的新进展，对实验教材的选用应与时俱进，及时更新实验内容。笔者教学中所使用教材为牟乃夏等主编的《ArcGIS 10地理信息系统教程》，该教材注重理论和实践相结合，强调实用性、技巧性和实战性，涵盖了ArcGIS桌面平台大部分主要技术和产品模块，比较适合GIS专业本科教学。实验教学的主要内容包括熟悉ArcGIS、MapGIS和SuperMap等GIS软件的安装、基本功能、基本操作等;空间数据采集与编辑;地理数据库的数据管理;地图制图;矢量数据的空间分析;栅格数据的空间分析;网络分析;三维分析等。

根据课程特点，将GIS课程实验内容分为三个层次，即验证性实验、综合性实验和设计性实验。验证性实验以空间数据采集与编辑、地理数据库的数据管理、地图制图为主，使学生对国内外主流GIS软件有一定了解，加深对地理信息和GIS的认知，熟练掌握1～2种GIS软件基础操作、数据处理的方法。综合性实验的目的是培养学生实践能力，训练学生结合已学过的空间分析的原理与方法以及本专业其他课程的理论知识，解决GIS在不同领域中的实际应用问题，例如，利用矢量数据的缓冲区分析和叠合分析解决大型商场选址问题;利用栅格数据的空间分析解决路径选择问题;利用网络分析工具对城市管道网络进行分析，解决天然气管网应急问题等。设计性实验的目的是培养学生创新能力，训练学生空间建模能力，根据具体的应用目标和问题，构建GIS应用模型，提高学生分析和解决问题的能力。设计性实验为选做实验，感兴趣的学生可借该实验提高GIS技能并拓展知识面。

学生对已学过GIS理论知识进行验证和巩固，具备一定实验技能，在此基础之上可适当增加综合性和设计性实验，如水文分析、地统计分析、空间建模等，提高学生利用GIS技术解决现实问题的能力。

2.3 教学方式改革

实验课程的教学方式应区别于传统理论课程，应注重理论与实验教学相结合，可适当采用案例教学方法，其在培养学生分析和解决实际问题方面有着独特优势。GIS实验课程的每个实验之间既相互独立又联系紧密，实验内容应结合实际，围绕若干个主题，学生在解决实际问题过程中深入理解并掌握GIS理论和方法;也可适当采用启发式教学方法，针对某些实验，老师首先提出问题，介绍问题的解决方法，学生在老师指导下完成具体操作，通过启发诱导，激发学生学习兴趣，培养学生独立思考和创新能力。教学组织形式和方法上应更加灵活多样，对于验证性实验，要求学生独立完成，而综合性实验和设计性实验，学生可分成若干个小组，分组讨论并设计实验方案，这种方式可增加学生与教师之间，学生与学生之间的互动交流，激发学生学习积极性，提高学生实际动手能力。

2.4 开放实验室

开放的实验室能充分调动学生学习积极性，尽可能为学生提供更多训练专业技能的实践机会及创新机会，培养学生动手操作能力、分析和解决问题的能力，使学生更能适应社会和专业发展的需要。利用课余时间，学生可根据自己学习需求随时到实验室进行练习，针对实验过程中遇到的一些问题，学生互相学习、讨论，发挥学习主动性，学院也可配备专门实验教师进行指导，提高实践教学效果。

2.5 加强校企合作

近年来，随着国家将地理信息产业列为战略性新兴产业，并出台一系列促进其发展的政策，地理信息产业发展愈发强劲，显现出蓬勃活力，地理信息类专业应用型人才的社会需求也逐步增加。学校应重视应用型人才的培养，GIS课程的理论和实验教学应不断开拓校外实训基地，为各类企事业单位输送更多应用型人才。目前，我校地理信息科学专业学生在第五学期末进入相关单位实习，增加学生实践机会，拓宽专业视野。

3 结语

地理信息系统实验教学是培养学生掌握GIS基本理论、基本概念及基本技能的重要环节，其肩负着把学生对GIS的理解從抽象上升到具体、从理论上升到实践的重任，本文总结目前GIS课程实验教学中普遍存在问题，并提出相关改进方案，旨在提高实验教学效果，真正培养出既有理论基础又有实践经验的应用型人才。

参考文献

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