地理科學(xué)專業(yè)地理信息系統(tǒng)（GIS）課程教學(xué)與實踐的研究

羅 瓊，羅永常，鄭茂剛

（1.凱里學(xué)院 旅游學(xué)院，貴州 凱里 556011；2.凱里學(xué)院 教務(wù)處，貴州 凱里 556011）

0 引 言

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計算機決策支持系統(tǒng)；它既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科［1］。GIS經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，影響和改變著我們的生產(chǎn)、生活和工作方式。齊清文［2］等在《地理信息科學(xué)方法論的理論體系研究》中認為，信息時代里學(xué)科互相交叉、相互滲透的問題尤其突出，自然地理學(xué)、經(jīng)濟地理學(xué)、人文地理學(xué)、城市地理學(xué)等分支學(xué)科都在使用地理信息系統(tǒng)GIS方法和技術(shù)。所以作為與古老的地理科學(xué)有著千絲萬縷聯(lián)系的GIS，理所當然應(yīng)成為地理科學(xué)專業(yè)的必修課程之一。然而GIS是一門綜合性非常強的學(xué)科，它對地理科學(xué)專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求。一方面是GIS的應(yīng)用與設(shè)計需要具有地理學(xué)、地圖學(xué)、空間分析以及數(shù)據(jù)庫等相關(guān)領(lǐng)域的背景知識；另一方面GIS純理論較為抽象難以理解、實踐性特別強，所以學(xué)生要把地理科學(xué)跟GIS有機的融合在一起，就必須具備較好的綜合能力和素質(zhì)。因此，如何培養(yǎng)并提高地理科學(xué)專業(yè)學(xué)生的理論與技術(shù)應(yīng)用甚至創(chuàng)新能力，是我們GIS教師需要長期研究的課題。

1 地理科學(xué)專業(yè)GIS課程理論教學(xué)的研究

1.1 教材的選擇

關(guān)于地理科學(xué)專業(yè)GIS教材的選擇，賈澤露［3］認為陳健飛教授等譯著的《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》是非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)的一本比較理想的教材。但筆者認為由黃杏元等編著的《地理信息系統(tǒng)概論》、龔健雅主編的《地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)》、以及湯國安等主編《地理信息系統(tǒng)》等作為非GIS專業(yè)GIS課程的教材也是比較理想。因為GIS是一門理論與實踐兩手都要硬的學(xué)科，我們不能輕理論，重實踐；也不能重理論，輕實踐；而且GIS知識尤其是GIS技術(shù)的更新可以說是日新月異，所以在每一輪的GIS教學(xué)中，無論選取哪一本教材，都需要對教材內(nèi)容進行合理的取舍、增加、補充，做到與時俱進。因此選擇高等教育出版社的教材及普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材對地理科學(xué)專業(yè)教學(xué)比較合適。

1.2 理論內(nèi)容的取舍

本文以普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材由黃杏元、馬勁松編著的《地理信息系統(tǒng)概論》（第三版）為依托，對教學(xué)內(nèi)容作出如下安排（見表1）：

表1 GIS課程理論教學(xué)內(nèi)容安排表

從表中可以看出，GIS導(dǎo)論、空間數(shù)據(jù)獲取處理與分析、GIS空間分析原理與方法、GIS產(chǎn)品的輸出及GIS的應(yīng)用是理論教學(xué)中的重點。而關(guān)于GIS的設(shè)計與評價及GIS模型這兩章被略去，因為對地理科學(xué)專業(yè)而言，其重心不在開發(fā)，而在于應(yīng)用。理論部分內(nèi)容是一脈相承的，首先讓學(xué)生了解GIS的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，對GIS有基本的認識與了解；隨后，讓學(xué)生掌握GIS的數(shù)據(jù)來源與分析處理方法、GIS的空間分析方法與原理及GIS產(chǎn)品的制作與輸出，與此同時了解GIS數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)設(shè)計與評價、GIS在地理學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。這些內(nèi)容對培養(yǎng)地理科學(xué)專業(yè)學(xué)生GIS理論素養(yǎng)起著決定性的作用，能為學(xué)生利用GIS處理本專業(yè)基本問題的能力作好捕墊。

1.3 理論教學(xué)方式

互動式教學(xué)法是指從現(xiàn)代教育理念出發(fā)，以滿足同學(xué)求學(xué)有效需求和市場經(jīng)濟條件下社會人才需要，促進教師自身水平與教學(xué)效果的提高為目的，通過教與學(xué)全方位的相互促進和溝通達到上述目的過程，稱之為互動教學(xué)法［4］。在《地理信息系統(tǒng)》課程的實際教學(xué)中，主要采用互動教學(xué)法，通過講解、提問、小組討論等多種形式相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生進行思考、分析，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，讓學(xué)生實現(xiàn)從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析問題能力、口頭表達能力及撰寫論文的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和能力。

1.4 理論教學(xué)方法

教學(xué)中主要采用以多媒體課件為主，板書、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等為輔的方式進行。因為該課程跟計算機關(guān)系非常緊密，教學(xué)中又涉及很多圖片、儀器等信息，以PPT為主制作多媒體課件，圖文并茂，比較直觀、形象，學(xué)生容易接受。

多媒體教學(xué)的信息量很大，有很多優(yōu)點；但多媒體教學(xué)仍存在不足，比如對公式的推導(dǎo)。所以在教學(xué)中，還應(yīng)結(jié)合板書教學(xué)來彌補多媒體教學(xué)的不足。運用板書循序漸進講解知識，使學(xué)生容易接受并盡可能實現(xiàn)當場消化教學(xué)中的重點和難點。

教學(xué)中除了多媒體、板書之外，還應(yīng)借助一個強大的教學(xué)工具——網(wǎng)絡(luò)。如果應(yīng)用得好的話，網(wǎng)絡(luò)當之不愧為學(xué)生的良師益友。網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供大量豐富的學(xué)習(xí)資料，是一個非常好的交互平臺，有很多GIS教學(xué)網(wǎng)站、GIS論壇、GIS專業(yè)網(wǎng)站等。如李權(quán)國［5］等在《基于GIS的高等師范院校地理科學(xué)專業(yè)教學(xué)模式研究》里提到，運用網(wǎng)絡(luò)及google earth來輔助地理教學(xué)，能夠改變?nèi)藗冋J識和了解地理的方式，能加深學(xué)生對理論的理解。課堂上50分鐘的時間是很有限的，從課堂上獲取的知識更是非常有限的。而從GIS相關(guān)的網(wǎng)站，可以彌補課堂上的知識不足，并且能協(xié)助學(xué)生解決不少問題。

1.5 理論教學(xué)考查

考試不僅是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評定，也是激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)的主要方式之一。合理考核方式有利于區(qū)分不同學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，最重要的是有利于引導(dǎo)學(xué)生脫離死記硬背，減輕或驅(qū)除學(xué)生平時不努力、臨時抱佛腳的不良學(xué)習(xí)作風，能體現(xiàn)良好的教學(xué)效果，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為了避免單一的閉卷考試帶來的弊端，采取平時與閉卷相結(jié)合，平時成績包括讀書筆試、讀書報告、作業(yè)、出勤等，如表2所示：

表2 筆試比例

2 地理科學(xué)專業(yè)GIS課程實踐教學(xué)的研究

理論性與技術(shù)術(shù)并不矛盾，陳述彭院士說過一句富含哲理的睿語，即沒有高新技術(shù)支持的科學(xué)是落后的科學(xué)，沒有科學(xué)理論指導(dǎo)的指術(shù)則上盲目的科學(xué)［6］。所以我們不能否認GIS的理論性，也更不能否認GIS的強技術(shù)性與實踐性。要培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新型地理科學(xué)專業(yè)人才，就須重視并強化實踐環(huán)節(jié)。

2.1 實驗內(nèi)容的選擇

筆者結(jié)合地理科學(xué)專業(yè)的特點，結(jié)合地理科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標，尤其是地理科學(xué)專業(yè)對學(xué)生獨立獲取空間信息能力、空間分析能力，運用所學(xué)知識解決實際問題的能力方面提出了要求，因此對GIS實驗內(nèi)容作如下安排，如表3所示：

表3 GIS課程實驗項目一覽表

從表1、表2可以看出，實驗學(xué)時、理論學(xué)時基本上各占了一半，體現(xiàn)了理論與實踐并重的原則。從表2可以知道，實驗1至實驗7，屬于基礎(chǔ)實驗，并且環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生循序漸進地做好基礎(chǔ)實驗，就能獨立或者小組協(xié)作完成空間數(shù)據(jù)采集、編輯、處理、分析、建模及顯示等工作。如學(xué)生可以自行進行點、線、面的數(shù)據(jù)采集，也可以使用掃描儀等設(shè)備進行數(shù)據(jù)準備，然后用計算機及相關(guān)GIS軟件進行數(shù)據(jù)處理等；另外結(jié)合地理科學(xué)專業(yè)的特點及當?shù)兀ㄇ瓥|南州凱里市正打造全國優(yōu)秀旅游城市）經(jīng)濟發(fā)展的需要，開設(shè)綜合實驗8，如結(jié)合GIS軟件，研究凱里市城區(qū)酒店的分布，讓學(xué)生能體會學(xué)有所用，而且能用到當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展中去。

2.2 實驗教學(xué)方式

從多年來的實驗教學(xué)中來看，盡管分散實驗?zāi)鼙苊鈱W(xué)生做實驗時的枯燥性，但是很多學(xué)生做完一次實驗后間隔時間不長就忘得一干二凈，更難把實驗串起來做，其效果不佳；而“集中實驗”效果比分散實驗效果要好得多。其實，駕馭軟件跟駕駛車輛有異曲同工之處，至少有一點是肯定的——那就是集中練得越多，熟悉的程度就會越高；但其中肯定要經(jīng)歷枯燥乏味的階段是一樣的。就像很多學(xué)生對計算機編程望而卻步，但如果能把閉關(guān)堅持訓(xùn)練一個月或者三個月，估計問題就會迎刃而解。所以為了更好培養(yǎng)和更大程度提高學(xué)生動手能力，實驗沒有安排在教學(xué)中穿插進行，而是采取集中強化訓(xùn)練的方式，用一周的時間來完成GIS課程實驗。而在實驗進行的過程中，采取現(xiàn)場教學(xué)、邊講邊練的方式，節(jié)省了教學(xué)時間，最重要的是對提高學(xué)生實際操作能力起到了很好的效果。

2.3 實驗教學(xué)方法

激發(fā)學(xué)生的獨立思考、操作能力是我們教學(xué)的目的。教育心理學(xué)認為，啟發(fā)式教學(xué)是知識經(jīng)過自己的組織和加工，能才有效保持在認知結(jié)構(gòu)中，在GIS實驗教學(xué)中，發(fā)揮學(xué)生裝的主體精神，創(chuàng)造主題學(xué)習(xí)的氛圍，則更加能激發(fā)學(xué)生的自主思維和創(chuàng)新精神，通過教師適當?shù)囊龑?dǎo)，更易讓學(xué)生的思維興奮起來，更易產(chǎn)生興趣，增強對知識的接受度［7］。因此在GIS實驗教學(xué)中，采用師傅領(lǐng)進門并重點點撥、學(xué)生自己摸索的方式進行。先把實習(xí)指導(dǎo)手冊分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己先消化部分內(nèi)容，邊看手冊邊操作，學(xué)生能嘗試到自學(xué)的樂趣，同時也加深對理論基礎(chǔ)部分的理解。

2.4 實踐教學(xué)考查

擁有扎實的理論基礎(chǔ)的同時，還需要有過硬的動手操作能力。因此實驗部分的考核顯得同等重要，對實驗的考查同樣注重過程和結(jié)果，如表4。

表4 實驗成績比例

3 結(jié)束語

GIS教育分為大眾層（必修課）、應(yīng)用層（職業(yè)教育、大專）、專業(yè)層（本科）與精英層（碩士、博士）四個層面［8］。在目前我們學(xué)院的軟硬件條件下，結(jié)合學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才辦學(xué)思路，將我院地理科學(xué)專業(yè)的GIS教育定位于應(yīng)用層與專業(yè)層之間應(yīng)是合理的；并且從這幾年的教學(xué)來看，效果還算理想。但是，由于我校地理科學(xué)GIS課程起步較晚，教學(xué)中仍存在很多的不足，如及時跟蹤當今GIS的發(fā)展前沿、迅速調(diào)整教學(xué)方向、采用先進的教學(xué)理念和方法。所以，對GIS的理論與實踐教學(xué)的研究我校只能說是剛剛開始，在未來的教學(xué)實踐中，仍需要繼續(xù)精練教學(xué)內(nèi)容，及時提高教學(xué)能力，改善教學(xué)方法，努力為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)的土壤。

［1］黃杏元，黃平.GIS內(nèi)涵的發(fā)展［J］.測繪與空間地理信息，2008，31（1）：3－7.

［2］齊清文，姜莉莉，張岸，等，地理信息科學(xué)方法論的理論體系研究［J］.測繪科學(xué)，2010，35（4）：5－9.

［3］賈澤露.非GIS專業(yè)地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)思考［J］.測繪科學(xué)，2008，33（9）：23－232.

［4］周畢文.互動式教學(xué)法研究分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2007（9）：104－107.

［5］李權(quán)國，康玲.基于GIS的高等師范院校地理科學(xué)專業(yè)教學(xué)模式的研究［J］.云南地理環(huán)境研究，2009，21（1）：107－110.

［6］邊馥苓.我國高等GIS教育：問題、創(chuàng)新與發(fā)展［J］.地理信息世界，2004，2（5），16－22.

［7］尚穎娟，劉秀華，谷達華.土地資源管理專業(yè)地理信息系統(tǒng)課程實驗教學(xué)改革［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2011，9（5）：144－146.

［8］候立春，徐磊，許正昊.高師院校GIS課程教學(xué)與實踐改革的探索［J］.地理空間信息，2011，9（1）：146－147，152.