基于MapGIS的GIS課程實(shí)踐案例教學(xué)方法設(shè)計(jì)

孫斌 韓艷玲 鄭貴洲

【摘要】“地理信息系統(tǒng)”課程具有知識(shí)點(diǎn)多、概念抽象、多學(xué)科交叉、理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系的特點(diǎn)。本文根據(jù)“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀的不足，引入案例教學(xué)法，從案例設(shè)計(jì)、案例教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建、案例實(shí)施、案例考核等方面探討如何通過(guò)案例的應(yīng)用學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、提高他們利用相關(guān)理論和GIS軟件解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力、改善課程的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng) 案例教學(xué) 實(shí)踐課程 教學(xué)改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）06-0215-02

引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)繪科學(xué)等為一體的一門(mén)交叉性學(xué)科。在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，它為采集、存儲(chǔ)、查詢(xún)、空間分析、表達(dá)、輸出和應(yīng)用空間數(shù)據(jù)提供了技術(shù)方法[1]。GIS專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)踐的目的，是為了讓學(xué)生能夠在已掌握的專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)上，利用 GIS工具，主要是GIS軟件， 解決與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等與空間信息相關(guān)的問(wèn)題[2]。各大高校的教學(xué)方案中雖然開(kāi)設(shè)了大量的GIS實(shí)踐課程，往往由于教學(xué)方法不合理、教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有很好的銜接或者實(shí)驗(yàn)實(shí)施不足等原因，沒(méi)有取得很好的效果。因此，為適應(yīng)GIS學(xué)科發(fā)展需要，提高GIS人才培養(yǎng)質(zhì)量，GIS專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程體系整體優(yōu)化與教學(xué)方法設(shè)計(jì)的研究對(duì)提高學(xué)生的整體能力具有重要意義。

針對(duì)“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)踐教學(xué)中的不足，本文從GIS課程的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，把GIS知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際問(wèn)題相互結(jié)合，在GIS課程實(shí)踐教學(xué)中引入基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的軟件案例教學(xué)法[3]。

1.案例設(shè)計(jì)與規(guī)劃

案例的設(shè)計(jì)結(jié)合了GIS的基本概念和基本操作，以GIS的功能為主線、輔以GIS原理的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)[4]。基本案例和綜合案例組成了整個(gè)實(shí)踐課程的案例庫(kù)，每個(gè)案例不僅具有完善的功能，能夠覆蓋重要知識(shí)點(diǎn)，并以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，便于學(xué)生理解和操作。

根據(jù)課程內(nèi)容，按照GIS基本功能、涉及的GIS原理知識(shí)點(diǎn)、基本案例和綜合案例的順序，由淺入深、從基本到綜合的原則，建立了涵蓋GIS課程理論體系的教學(xué)模式。GIS基本功能包括：GIS的概述、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)輸出。首先設(shè)計(jì)地圖與屬性信息交互的案例從宏觀上了解GIS；在地圖數(shù)字化理論基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)地圖投影等案例；在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)編輯理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)要素編輯等案例；在空間數(shù)據(jù)庫(kù)理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)要素閃爍等案例；在空間數(shù)據(jù)分析理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)緩沖區(qū)分析等案例；在空間數(shù)據(jù)可視化表達(dá)理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)專(zhuān)題圖制作等案例；在地圖輸出理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)圖幅整飾等案例?；景咐O(shè)計(jì)界面如圖1。

綜合案例是以實(shí)際問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，涵蓋了基本案例以及GIS課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生具有一定的GIS軟件操作基礎(chǔ)，包括：自動(dòng)拓?fù)湓靺^(qū)、最短路徑分析等案例。綜合案例的設(shè)計(jì)一方面可以對(duì)GIS理論知識(shí)點(diǎn)的鞏固，另一方面可以模擬實(shí)際工作過(guò)程中GIS軟件的操作流程。以實(shí)驗(yàn)室選址為例說(shuō)明。首先，根據(jù)需求分析，將實(shí)驗(yàn)所用的數(shù)據(jù)利用MapGIS Server Manager發(fā)布到軟件案例教學(xué)平臺(tái)上，涉及多源地圖加載、地圖基本操作等基本案例；在充分考慮影響實(shí)驗(yàn)室選址的因素的基礎(chǔ)上，利用緩沖區(qū)分析功能確定河流等因素所影響的范圍，涉及緩沖區(qū)分析案例；利用疊加分析功能進(jìn)行相減、相交等操作，涉及疊加分析案例；利用查詢(xún)分析功能查詢(xún)滿(mǎn)足條件的候選地址，涉及查詢(xún)分析案例；最后根據(jù)緩沖區(qū)分析結(jié)果，結(jié)合土地的預(yù)計(jì)價(jià)格，利用地圖制圖功能將合適的候選地址突出顯示出來(lái)，涉及地圖輸出案例。

案例的設(shè)計(jì)通過(guò)“總-分-總”式過(guò)程實(shí)現(xiàn)，即首先使學(xué)生對(duì)地理信息系統(tǒng)形成總體概念和基本理解； 然后使學(xué)生熟練掌握GIS的基本案例，具備各單項(xiàng)GIS軟件操作的應(yīng)用能力；最后能夠?qū)IS綜合案例靈活運(yùn)用，針對(duì)具體問(wèn)題制定出可行的解決方案。這些案例不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)GIS軟件的效率，而且還能引發(fā)他們對(duì)應(yīng)用GIS理論、技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的思考。各個(gè)GIS功能、知識(shí)點(diǎn)、基本案例、綜合案例之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，如圖2。

2.案例教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建

軟件案例教學(xué)平臺(tái)主要通過(guò)建設(shè)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)，在主頁(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例、相關(guān)軟件、參考書(shū)目等資源的上傳和更新[5]。該平臺(tái)是以國(guó)產(chǎn)GIS軟件MapGIS的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)為基礎(chǔ)，從輔助資料、案例資源、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、綜合測(cè)評(píng)、網(wǎng)上交流5個(gè)模塊為師生提供了開(kāi)放式的學(xué)習(xí)交流平臺(tái)。平臺(tái)構(gòu)成如圖3。

在軟件案例教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)中，各個(gè)模塊相輔相成。1）輔助資料模塊向?qū)W生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源。2）案例資源模塊整合了大量的GIS案例，將案例設(shè)計(jì)為基本案例、綜合案例，以滿(mǎn)足分層次教學(xué)的需要。根據(jù)GIS的功能和實(shí)踐課程的內(nèi)容，將GIS的基本功能分解制作成若干個(gè)基本案例；綜合案例是把GIS基本概念和基本操作融合形成一個(gè)循序漸進(jìn)、種類(lèi)多樣的基本案例資源。3）在各種輔助資料的幫助下，學(xué)生對(duì)案例的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行研究探索，通過(guò)教師的講解對(duì)案例所涉及的GIS理論作進(jìn)一步的了解，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作來(lái)掌握軟件的功能和特性。學(xué)生可以通過(guò)該模塊進(jìn)行自動(dòng)演播模式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在每個(gè)操作步驟都可以自助得到指導(dǎo)。4）通過(guò)綜合測(cè)評(píng)模塊教師可以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和學(xué)習(xí)效果，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。5）網(wǎng)上交流模塊為師生、生生之間的互動(dòng)與交流提供了便利。教師對(duì)學(xué)生的在線咨詢(xún)、留言等疑難問(wèn)題進(jìn)行反饋，學(xué)生之間可以針對(duì)感興趣的問(wèn)題進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)。另外，通過(guò)該模塊組織學(xué)生以不記名形式進(jìn)行評(píng)教，根據(jù)評(píng)教數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)課程做出相應(yīng)的調(diào)整，提高教學(xué)效率，提升個(gè)性化互動(dòng)教學(xué)水平。

軟件案例教學(xué)平臺(tái)改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，學(xué)生不僅可以從課堂上獲取教師講解的知識(shí)，而且可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上獲得全面詳細(xì)的資源，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)[6]。

3.案例教學(xué)實(shí)施與考核

GIS軟件案例教學(xué)的主要目標(biāo)有：理解并掌握GIS的基本原理，熟悉GIS軟件的結(jié)構(gòu)、功能、熟練掌握GIS軟件的操作方法，達(dá)到知識(shí)向能力的熟練轉(zhuǎn)化[7]。本文利用軟件案例教學(xué)平臺(tái)，應(yīng)用典型案例引導(dǎo)學(xué)生，開(kāi)展案例教學(xué)；按照“準(zhǔn)備-實(shí)施-調(diào)查-結(jié)束”循環(huán)迭代的過(guò)程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐；采用“分散的、階段式”的考核方式進(jìn)行教學(xué)評(píng)估。

3.1案例的實(shí)施

在教學(xué)過(guò)程中，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、緊密結(jié)合案例實(shí)施教學(xué)過(guò)程。按照“準(zhǔn)備-實(shí)施-調(diào)查-結(jié)束”循環(huán)迭代的過(guò)程進(jìn)行軟件案例的實(shí)施，其具體流程如圖4。

在準(zhǔn)備階段由教師通過(guò)講解GIS理論逐漸引入基本案例以及綜合案例所應(yīng)用的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)GIS原理、知識(shí)點(diǎn)有整體的認(rèn)識(shí)。

在實(shí)施階段根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教師通過(guò)案例講解對(duì)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)重點(diǎn)進(jìn)行介紹，使學(xué)生理解教學(xué)目標(biāo)，逐步接受教學(xué)情境。然后由教師輔導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展案例教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行基本案例的實(shí)訓(xùn)，教師根據(jù)學(xué)生掌握情況，改造拓寬案例。最后教師將綜合案例分析分解為多個(gè)基本案例后，學(xué)生在若干個(gè)子問(wèn)題模式下，由教師引導(dǎo)，逐步完成整個(gè)綜合案例的實(shí)訓(xùn)。

在調(diào)查階段學(xué)生對(duì)案例實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行總結(jié)，教師對(duì)學(xué)生在案例操作過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題以及所用的各種解決方案進(jìn)行總結(jié)與歸納，并對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)GIS軟件的應(yīng)用情況。

結(jié)束階段學(xué)生對(duì)案例的實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行匿名留言，反映案例設(shè)計(jì)情況，教師根據(jù)調(diào)查情況發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、改進(jìn)策略，優(yōu)化案例。

在“地理信息系統(tǒng)”課程實(shí)踐中實(shí)施軟件案例教學(xué)法，可以根據(jù)學(xué)生課堂實(shí)訓(xùn)反映、課后網(wǎng)上討論等途徑獲取學(xué)生對(duì)案例的掌握情況。系列案例的實(shí)訓(xùn)可使學(xué)生對(duì)GIS概念有全面的認(rèn)識(shí)，掌握GIS諸多功能，找到快速學(xué)習(xí)GIS軟件的方法。

3.2案例的考核

傳統(tǒng)的一張紙質(zhì)試卷定成績(jī)的考核方式，只注重基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，忽視了學(xué)生的應(yīng)用能力，沒(méi)有調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于GIS實(shí)踐課程的概念多、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文采用分散的、階段式的案例考核方式[8]。

課堂考核方式呈現(xiàn)多樣化，包括：1）課堂提交實(shí)訓(xùn)成果：將考核評(píng)價(jià)與課堂案例教學(xué)相互融合，按照教學(xué)內(nèi)容和計(jì)劃，分階段地考核學(xué)生對(duì)各個(gè)案例知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。2）綜合案例考查：在學(xué)期初由教師根據(jù)GIS課程實(shí)踐的內(nèi)容，布置學(xué)生在學(xué)期末提交的一個(gè)綜合案例成果，為了避免抄襲，案例主題、數(shù)據(jù)、問(wèn)題設(shè)計(jì)等盡量不同。這個(gè)綜合案例將貫穿整個(gè)實(shí)踐課程，不僅杜絕了學(xué)生考試突擊等情況，也鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用GIS的能力和案例整合能力。3）優(yōu)秀作品展示：將優(yōu)秀的作品在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上展示，不僅是對(duì)優(yōu)秀學(xué)生的鼓勵(lì)，而且能讓其他學(xué)生有很好的觀摩學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，共同進(jìn)步。4）上機(jī)考試：考核內(nèi)容包括相關(guān)概念定義題、簡(jiǎn)答題、分析題和案例設(shè)計(jì)題，這種考核方式，既考查了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握情況，也強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

無(wú)論是課堂提交成果還是貫穿整個(gè)學(xué)期的綜合案例制作的考核方式，都將考核點(diǎn)分散到整個(gè)學(xué)期中，分階段的、循序漸進(jìn)的使學(xué)生在實(shí)踐課程中掌握軟件的使用方法。這種考核方式既能及時(shí)理解學(xué)生對(duì)軟件的掌握情況，又能確保學(xué)生在實(shí)踐課程的每個(gè)階段都保持著積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。

結(jié)束語(yǔ)

本文將案例教學(xué)法應(yīng)用于GIS課程實(shí)踐教學(xué)中，突出了學(xué)生思維能力、動(dòng)手能力培養(yǎng)的教學(xué)思想理念。案例教學(xué)平臺(tái)提供的輔助資料和網(wǎng)上交流模塊為案例教學(xué)的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)；通過(guò)設(shè)計(jì)案例庫(kù)，使學(xué)生在實(shí)踐中掌握GIS理論，把單純的操作訓(xùn)練與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生利用GIS分析、解決問(wèn)題的能力；在案例的實(shí)施過(guò)程中突出學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生，組織案例教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性；案例考核充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐課程學(xué)習(xí)中的積極性。

軟件案例教學(xué)是以GIS功能為主線，具體問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，案例實(shí)訓(xùn)為重點(diǎn)，交流、考核為輔助。隨著基本案例到綜合案例的實(shí)訓(xùn)，所選案例內(nèi)容的綜合性、軟件操作的復(fù)雜性逐步增強(qiáng)，可以使學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)地將所學(xué)知識(shí)和技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中，在解決問(wèn)題的過(guò)程中逐步提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用技術(shù)解決問(wèn)題的能力?？傊咐虒W(xué)法可以有效地改善GIS教學(xué)現(xiàn)狀，促進(jìn)學(xué)生GIS知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善，GIS應(yīng)用能力的提高，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2001： 37-41.

[2]田雨，鄭文華，盧秀山， 等. “地理信息系統(tǒng)GIS”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2006， 25（11）： 1426-1428.

[3]王志恒，胡卓瑋，國(guó)巧真. GIS設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)課程中的組件式開(kāi)發(fā)案例實(shí)現(xiàn)[J]. 測(cè)繪科學(xué)， 2015， 40（7）： 164-168.

[4]劉國(guó)棟，王政霞. 案例教學(xué)法在GIS原理教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J]. 礦山測(cè)量， 2011（2）： 90-92+4.

[5]潘少奇，李亞婷.基于Web2.0的課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)——以地理信息系統(tǒng)概論為例[J].測(cè)繪與空間地理信息， 2015， 38（10）： 7-9.

[6]劉民士，鄭朝貴，何桂芳. “GIS概論”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)[J]. 測(cè)繪工程， 2012， 21（2）： 77-80.

[7]胡卓瑋. 基于案例分析的“組件地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)方法設(shè)計(jì)[J]. 測(cè)繪通報(bào)， 2013（12）： 122-125.

[8]尹淑欣，許楠，文春杰. 基于案例教學(xué)的《多媒體技術(shù)及應(yīng)用》課程考核方法探究與實(shí)踐 [J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)， 2013（21）： 37-39.

作者簡(jiǎn)介：

孫斌（1959-），男，漢族，湖北武漢人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）副教授，博士，研究方向：GIS研發(fā)與應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

韓艷玲（1991-），女，漢族，河南商丘人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）碩士，研究方向：GIS研發(fā)與應(yīng)用，資源與環(huán)境遙感。

鄭貴洲（1963-），男，漢族，福建屏南人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授，博士，研究方向?yàn)榈乩碛?jì)算與空間分析，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等。