孫斌 韓艷玲 鄭貴洲

【摘要】“地理信息系統(tǒng)”課程具有知識點多、概念抽象、多學(xué)科交叉、理論和實踐緊密聯(lián)系的特點。本文根據(jù)“地理信息系統(tǒng)”課程實踐教學(xué)現(xiàn)狀的不足，引入案例教學(xué)法，從案例設(shè)計、案例教學(xué)平臺構(gòu)建、案例實施、案例考核等方面探討如何通過案例的應(yīng)用學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、提高他們利用相關(guān)理論和GIS軟件解決實際問題的綜合能力、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) 實踐課程 教學(xué)改革

【中圖分類號】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0215-02

引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是集計算機科學(xué)、地理學(xué)、測繪科學(xué)等為一體的一門交叉性學(xué)科。在計算機軟硬件的支持下，它為采集、存儲、查詢、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專業(yè)開設(shè)“地理信息系統(tǒng)”課程實踐的目的，是為了讓學(xué)生能夠在已掌握的專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，利用 GIS工具，主要是GIS軟件， 解決與本專業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟、社會、文化等與空間信息相關(guān)的問題[2]。各大高校的教學(xué)方案中雖然開設(shè)了大量的GIS實踐課程，往往由于教學(xué)方法不合理、教學(xué)內(nèi)容沒有很好的銜接或者實驗實施不足等原因，沒有取得很好的效果。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專業(yè)實踐課程體系整體優(yōu)化與教學(xué)方法設(shè)計的研究對提高學(xué)生的整體能力具有重要意義。

針對“地理信息系統(tǒng)”課程實踐教學(xué)中的不足，本文從GIS課程的特點出發(fā)，結(jié)合教學(xué)實踐，把GIS知識點和實際問題相互結(jié)合，在GIS課程實踐教學(xué)中引入基于網(wǎng)絡(luò)平臺的軟件案例教學(xué)法[3]。

1.案例設(shè)計與規(guī)劃

案例的設(shè)計結(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原理的各個知識點[4]?；景咐途C合案例組成了整個實踐課程的案例庫，每個案例不僅具有完善的功能，能夠覆蓋重要知識點，并以實際應(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原理知識點、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、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)輸出。首先設(shè)計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)計要素編輯等案例；在空間數(shù)據(jù)庫理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計要素閃爍等案例；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)計專題圖制作等案例；在地圖輸出理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計圖幅整飾等案例?；景咐O(shè)計界面如圖1。

綜合案例是以實際問題為驅(qū)動，涵蓋了基本案例以及GIS課程所涉及的知識點，需要學(xué)生具有一定的GIS軟件操作基礎(chǔ)，包括：自動拓?fù)湓靺^(qū)、最短路徑分析等案例。綜合案例的設(shè)計一方面可以對GIS理論知識點的鞏固，另一方面可以模擬實際工作過程中GIS軟件的操作流程。以實驗室選址為例說明。首先，根據(jù)需求分析，將實驗所用的數(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；在充分考慮影響實驗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；利用查詢分析功能查詢滿足條件的候選地址，涉及查詢分析案例；最后根據(jù)緩沖區(qū)分析結(jié)果，結(jié)合土地的預(yù)計價格，利用地圖制圖功能將合適的候選地址突出顯示出來，涉及地圖輸出案例。

案例的設(shè)計通過“總-分-總”式過程實現(xiàn)，即首先使學(xué)生對地理信息系統(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GIS軟件操作的應(yīng)用能力；最后能夠?qū)IS綜合案例靈活運用，針對具體問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)他們對應(yīng)用GIS理論、技術(shù)解決現(xiàn)實問題的思考。各個GIS功能、知識點、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)平臺構(gòu)建

軟件案例教學(xué)平臺主要通過建設(shè)網(wǎng)站實現(xiàn)，在主頁內(nèi)實現(xiàn)教學(xué)案例、相關(guān)軟件、參考書目等資源的上傳和更新[5]。該平臺是以國產(chǎn)GIS軟件MapGIS的應(yīng)用實訓(xùn)為基礎(chǔ)，從輔助資料、案例資源、實驗教學(xué)、綜合測評、網(wǎng)上交流5個模塊為師生提供了開放式的學(xué)習(xí)交流平臺。平臺構(gòu)成如圖3。

在軟件案例教學(xué)平臺設(shè)計中，各個模塊相輔相成。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)計為基本案例、綜合案例，以滿足分層次教學(xué)的需要。根據(jù)GIS的功能和實踐課程的內(nèi)容，將GIS的基本功能分解制作成若干個基本案例；綜合案例是把GIS基本概念和基本操作融合形成一個循序漸進(jìn)、種類多樣的基本案例資源。3）在各種輔助資料的幫助下，學(xué)生對案例的實現(xiàn)過程進(jìn)行研究探索，通過教師的講解對案例所涉及的GIS理論作進(jìn)一步的了解，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過實際操作來掌握軟件的功能和特性。學(xué)生可以通過該模塊進(jìn)行自動演播模式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在每個操作步驟都可以自助得到指導(dǎo)。4）通過綜合測評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、生生之間的互動與交流提供了便利。教師對學(xué)生的在線咨詢、留言等疑難問題進(jìn)行反饋，學(xué)生之間可以針對感興趣的問題進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)。另外，通過該模塊組織學(xué)生以不記名形式進(jìn)行評教，根據(jù)評教數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對課程做出相應(yīng)的調(diào)整，提高教學(xué)效率，提升個性化互動教學(xué)水平。

軟件案例教學(xué)平臺改變了傳統(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，而且可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上獲得全面詳細(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)到知識向能力的熟練轉(zhuǎn)化[7]。本文利用軟件案例教學(xué)平臺，應(yīng)用典型案例引導(dǎo)學(xué)生，開展案例教學(xué)；按照“準(zhǔn)備-實施-調(diào)查-結(jié)束”循環(huán)迭代的過程進(jìn)行教學(xué)實踐；采用“分散的、階段式”的考核方式進(jìn)行教學(xué)評估。

3.1案例的實施

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

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

在實施階段根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教師通過案例講解對教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)重點進(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)生開展案例教學(xué)活動，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行基本案例的實訓(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基本案例后，學(xué)生在若干個子問題模式下，由教師引導(dǎo)，逐步完成整個綜合案例的實訓(xùn)。

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

結(jié)束階段學(xué)生對案例的實訓(xùn)情況進(jìn)行匿名留言，反映案例設(shè)計情況，教師根據(jù)調(diào)查情況發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)策略，優(yōu)化案例。

在“地理信息系統(tǒng)”課程實踐中實施軟件案例教學(xué)法，可以根據(jù)學(xué)生課堂實訓(xùn)反映、課后網(wǎng)上討論等途徑獲取學(xué)生對案例的掌握情況。系列案例的實訓(xùn)可使學(xué)生對GIS概念有全面的認(rèn)識，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)試卷定成績的考核方式，只注重基礎(chǔ)知識的掌握，忽視了學(xué)生的應(yīng)用能力，沒有調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于GIS實踐課程的概念多、實踐性強的特點，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）課堂提交實訓(xùn)成果：將考核評價與課堂案例教學(xué)相互融合，按照教學(xué)內(nèi)容和計劃，分階段地考核學(xué)生對各個案例知識點的掌握程度。2）綜合案例考查：在學(xué)期初由教師根據(jù)GIS課程實踐的內(nèi)容，布置學(xué)生在學(xué)期末提交的一個綜合案例成果，為了避免抄襲，案例主題、數(shù)據(jù)、問題設(shè)計等盡量不同。這個綜合案例將貫穿整個實踐課程，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)平臺上展示，不僅是對優(yōu)秀學(xué)生的鼓勵，而且能讓其他學(xué)生有很好的觀摩學(xué)習(xí)機會，共同進(jìn)步。4）上機考試：考核內(nèi)容包括相關(guān)概念定義題、簡答題、分析題和案例設(shè)計題，這種考核方式，既考查了學(xué)生對理論知識掌握情況，也強調(diào)了學(xué)生的實際動手能力。

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

結(jié)束語

本文將案例教學(xué)法應(yīng)用于GIS課程實踐教學(xué)中，突出了學(xué)生思維能力、動手能力培養(yǎng)的教學(xué)思想理念。案例教學(xué)平臺提供的輔助資料和網(wǎng)上交流模塊為案例教學(xué)的順利實施奠定了基礎(chǔ)；通過設(shè)計案例庫，使學(xué)生在實踐中掌握GIS理論，把單純的操作訓(xùn)練與實際問題結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生利用GIS分析、解決問題的能力；在案例的實施過程中突出學(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)生的主觀能動性；案例考核充分調(diào)動了學(xué)生在整個實踐課程學(xué)習(xí)中的積極性。

軟件案例教學(xué)是以GIS功能為主線，具體問題為驅(qū)動，案例實訓(xùn)為重點，交流、考核為輔助。隨著基本案例到綜合案例的實訓(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，可以使學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)地將所學(xué)知識和技術(shù)運用到實際問題中，在解決問題的過程中逐步提高學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用技術(shù)解決問題的能力?？傊?，案例教學(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。

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作者簡介：

孫斌（1959-），男，漢族，湖北武漢人，中國地質(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。

韓艷玲（1991-），女，漢族，河南商丘人，中國地質(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，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授，博士，研究方向為地理計算與空間分析，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等。