尚艷亮 李巖

摘 要：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種空間信息系統(tǒng)，是地理科學(xué)、空間科學(xué)與信息科學(xué)相互融合的產(chǎn)物，在地理研究與社會(huì)發(fā)展等各方面的發(fā)揮了重要作用。文章首先探討了地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)的重要性，并結(jié)合當(dāng)前地理信息系統(tǒng)教學(xué)存在的資源不足等問(wèn)題，探討地理信息系統(tǒng)多層次教學(xué)與教育資源的共享與利用。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；多層次教學(xué)；教育資源

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）07-0110-03

Abstract： Geographic Information System（GIS） is a spatial information system. It is the product of the integration of geography， space science and information science. It plays an important role in all aspects of geography research and social development. This paper first discusses the importance of geographic information system teaching， and discusses the sharing and utilization of multi-level teaching and educational resources of GIS based on the problems of insufficient resources in current GIS teaching.

Keywords： Geographic information system； multi-level teaching； educational resources

前言

目前，地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃與建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、資源監(jiān)測(cè)、景觀規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控、自然災(zāi)害預(yù)警等各方都發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也是地理科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其重要性愈發(fā)凸顯。地理信息系統(tǒng)憑借其在地理科學(xué)與信息技術(shù)方面的應(yīng)用，未來(lái)勢(shì)必具有非常大的應(yīng)用前景與發(fā)展空間，應(yīng)當(dāng)通過(guò)優(yōu)化地理信息系統(tǒng)的教學(xué)模式與教育資源兩方面入手進(jìn)一步推動(dòng)其發(fā)展與進(jìn)步。

一、地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)的重要性

地理信息系統(tǒng)專業(yè)的設(shè)置，是出于為我國(guó)提供高水平地理信息系統(tǒng)人才的需要。地理信息系統(tǒng)在推動(dòng)地理學(xué)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展方面會(huì)起到重要作用，有利于地理學(xué)實(shí)現(xiàn)大區(qū)域、大范圍的綜合研究，對(duì)地理綜合體的結(jié)構(gòu)、演化、空間分布等方面的研究與分析而言具有重大意義。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)作為地理學(xué)的重要分支，正在逐步發(fā)展成為獨(dú)立的地球信息科學(xué)，憑借地理科學(xué)、空間技術(shù)與信息技術(shù)的有效融合，必將取得更大的發(fā)展。

在人才培養(yǎng)方面，地理信息系統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)，能夠?yàn)榈乩砜茖W(xué)的進(jìn)步與發(fā)展提供更多的專業(yè)化人才，同時(shí)又基于地理信息系統(tǒng)的綜合性與信息化，以及地理信息系統(tǒng)在城市建設(shè)、生態(tài)保護(hù)、景觀建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)報(bào)等方面的廣泛應(yīng)用，精通地理信息系統(tǒng)的人才的市場(chǎng)需求將進(jìn)一步提升，市場(chǎng)需求的變化也會(huì)推動(dòng)地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程涉及領(lǐng)域的延展。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，以及環(huán)境與地球科學(xué)意識(shí)的逐漸覺(jué)醒，各國(guó)都在進(jìn)行地理信息系統(tǒng)商業(yè)化應(yīng)用的探索，并開(kāi)始研究建設(shè)多功能、綜合性、共享化的綜合地理信息系統(tǒng)，如美國(guó)推行的“信息高速公路”計(jì)劃、“數(shù)字地球”計(jì)劃以及我國(guó)正在推行的“21世紀(jì)議程”等，都將地理信息系統(tǒng)的建設(shè)作為戰(zhàn)略性發(fā)展項(xiàng)目，這種情況下，對(duì)于地理信息系統(tǒng)人才也提出了全新的要求[1]。

二、地理信息系統(tǒng)多層次教學(xué)

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的需要，在具體的課程設(shè)置中，增加對(duì)于圖形因素的點(diǎn)、線、弧、圓、面等要素的關(guān)系辨別，多邊形內(nèi)角與外角、多邊形差、多邊形面積、線緩沖區(qū)等相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算以及三角網(wǎng)生成教學(xué)等內(nèi)容，以及在應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)時(shí)常用的計(jì)算機(jī)和等算法，并對(duì)地理信息系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、參數(shù)、實(shí)體、結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容加以補(bǔ)充。在對(duì)地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的計(jì)算機(jī)圖形相關(guān)內(nèi)容的課程安排時(shí)，可以對(duì)現(xiàn)階段常見(jiàn)的地理信息系統(tǒng)設(shè)備或系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，以更好地幫助學(xué)生了解其功能，如ArcGIS、MapGIS、GISwin等，通過(guò)地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)的可視化效果，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)功能作為示例，以幫助學(xué)生更好地理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)中的重要作用。

（二）多層次課堂教學(xué)

多層次教學(xué)模式的應(yīng)用，是基于不同學(xué)生之間存在的個(gè)性化與差異性，對(duì)其采取的差異性教學(xué)，有針對(duì)性地采取不同教學(xué)指導(dǎo)方法，以便于學(xué)生能夠更好地理解知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展，同時(shí)也是培養(yǎng)層次化發(fā)展人才的重要途徑。在地理信息系統(tǒng)教學(xué)中采用多層次教學(xué)方法，在推進(jìn)全面發(fā)展人才培養(yǎng)的過(guò)程中，可以按照應(yīng)用型、技術(shù)型與研究型三種方向，根據(jù)學(xué)生性格與長(zhǎng)處進(jìn)行劃分，并對(duì)其采取不同的教學(xué)方法，有傾向性與側(cè)重性地進(jìn)行開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

圖1 多層次課程教學(xué)模式

其中，應(yīng)用型人才主要培養(yǎng)其3D Max（3D動(dòng)畫渲染）、open GL（開(kāi)放式圖形庫(kù)）等軟件與程序接口的應(yīng)用，包括地理圖形繪制、圖形處理、圖形工具應(yīng)用、相關(guān)算法等，并培養(yǎng)應(yīng)用型人才更加熟練地在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上應(yīng)用各種算法的能力，要求應(yīng)用型人才具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力與動(dòng)手操作能力；技術(shù)型人才更加側(cè)重于培養(yǎng)其地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)的變成與開(kāi)發(fā)，需要進(jìn)一步理解算法理論與算法實(shí)現(xiàn)策略，進(jìn)而掌握地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)的圖形繪制與處理技能；研究型人才傾向于相關(guān)算法與變成應(yīng)用的基礎(chǔ)理論，對(duì)地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前沿有所了解，具備足夠的創(chuàng)新思維與研究能力，能夠推動(dòng)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[2]。例如，研究型人才部需要綜合考慮地理信息系統(tǒng)學(xué)科現(xiàn)在發(fā)展的重要方向，如大數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)性、三維化與影像數(shù)據(jù)等，并探索地理信息系統(tǒng)與VR或AR應(yīng)當(dāng)如何實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合。

實(shí)踐案例講解是對(duì)課程中的算法在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)中應(yīng)用方法與應(yīng)用效果進(jìn)行演示，通過(guò)案例講解與演示提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，并進(jìn)一步提高課程教學(xué)效果與質(zhì)量，更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)；基礎(chǔ)算法理論眼就是對(duì)基礎(chǔ)算法思想進(jìn)行講解，具體包括open GL圖形庫(kù)、以MFC為基礎(chǔ)的DES算法的操作與實(shí)現(xiàn)、地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)平臺(tái)的算法接口演示等。以基礎(chǔ)算法理論研究分層次教學(xué)為例，要求應(yīng)用型學(xué)生將關(guān)注重點(diǎn)放在open GL圖形庫(kù)算法實(shí)現(xiàn)演示、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)算法接口演示等方面；要求技術(shù)型學(xué)生將關(guān)注重點(diǎn)放在以MFC為基礎(chǔ)的DES算法的操作與實(shí)現(xiàn)方面。

（三）實(shí)踐教學(xué)策略

首先，可以結(jié)合小組合作式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自行分組，或者由教師進(jìn)行分組，每組人數(shù)控制在3-4人，由學(xué)生根據(jù)自身興趣與未來(lái)發(fā)展方向來(lái)自主選擇實(shí)踐操作課題、實(shí)踐目標(biāo)與實(shí)踐方法等，對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作加以鼓勵(lì)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組進(jìn)行分工協(xié)作，填寫實(shí)踐操作明細(xì)與分工明細(xì)等，并將之作為學(xué)生考評(píng)與成績(jī)?cè)u(píng)定的重要依據(jù)，以避免傳統(tǒng)教學(xué)方式中，同一小組成員由于沒(méi)有明確分工而產(chǎn)生的成績(jī)趨同的問(wèn)題，并避免由此產(chǎn)生的學(xué)生課題研究積極性不高的情況[3]。例如，某小組的實(shí)踐課題是“校園三維系統(tǒng)建模與可視化”，該項(xiàng)目不僅需要三維建模技術(shù)，還要用到SpeedTree技術(shù)、PathTool技術(shù)等，并且需要通過(guò)全站儀、GPS等設(shè)備采集校園具體參數(shù)，如建筑物輪廓、路燈與道路位置等，要求具備足夠的精度，研究小組就可以按照測(cè)量、建模等具體工作進(jìn)行分工，在項(xiàng)目完整之后，教師針對(duì)項(xiàng)目完整的整體情況進(jìn)行量化評(píng)分，并結(jié)合小組分工情況進(jìn)行個(gè)人評(píng)分，以此避免傳統(tǒng)小組合作中的“絕對(duì)平均”問(wèn)題。

其次，任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式。在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)充分利用實(shí)踐教學(xué)的實(shí)踐，有效提升實(shí)踐教學(xué)效率，在實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行師-生、生-生、小組-小組之間充分的交流與溝通，將資料收集、編程與代碼輸入等工作放在課外時(shí)間進(jìn)行。實(shí)踐課程開(kāi)始則直接布置實(shí)踐任務(wù)，充分發(fā)揮“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生將課堂實(shí)踐放在具體的研究方面，充分利用課堂實(shí)踐排除實(shí)踐項(xiàng)目中存在的干擾與障礙。

最后，建立系統(tǒng)性思維。地理信息系統(tǒng)學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作，確保實(shí)踐成果具備重復(fù)性與實(shí)效性價(jià)值，在實(shí)際生活與學(xué)習(xí)中能夠發(fā)揮起作用。例如，在實(shí)踐教學(xué)中所編制的簡(jiǎn)單圖形繪制算法，就可以作為后續(xù)圖形填充、剪裁、變換等操作的基礎(chǔ)。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)學(xué)科課程之間的實(shí)踐操作成果，具備開(kāi)放性價(jià)值，能夠?qū)崿F(xiàn)不同層次與方向的實(shí)踐。例如，地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)中開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)算法、數(shù)據(jù)庫(kù)原理等課程，以及地理信息系統(tǒng)軟件工程等，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與課程實(shí)踐方面都可以相互開(kāi)放與相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同課程之間的內(nèi)容銜接，并盡量避免課程內(nèi)容設(shè)置方面出現(xiàn)的重復(fù)性問(wèn)題。

三、地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源共享與利用

（一）建設(shè)多源頭的教學(xué)資源

實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源的共享與利用，應(yīng)當(dāng)基于CDIO工程教育模式，在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，將教學(xué)資源加以細(xì)化，并分別制定相應(yīng)的具體目標(biāo)，以學(xué)習(xí)目標(biāo)為驅(qū)動(dòng)力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，并引導(dǎo)學(xué)生充分利用教學(xué)資源與教學(xué)平臺(tái)，充分發(fā)揮其自主性與獨(dú)立性，進(jìn)行課下的自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并且培養(yǎng)其實(shí)踐操作能力[4]。

基于這一需求，可以通過(guò)不同學(xué)科、不同學(xué)校、不同區(qū)域乃至不同國(guó)家之間的充分合作，建立區(qū)域之間的校際聯(lián)盟、或者與過(guò)國(guó)外知名大學(xué)進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)雙方的資源共享，建立地理信息系統(tǒng)課程教師團(tuán)隊(duì)等。例如，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)主導(dǎo)成立的“面向異構(gòu)環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)“項(xiàng)目，就聯(lián)合武漢大學(xué)、華東師范大學(xué)等知名學(xué)府，以及擁有學(xué)術(shù)前沿水平的海歸學(xué)者、專家學(xué)者等組成了創(chuàng)新型教學(xué)團(tuán)隊(duì)，基于各自團(tuán)隊(duì)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、前沿學(xué)術(shù)、校際之間的教學(xué)資源等，聯(lián)合編制了立體教材體系，包括《地理信息系統(tǒng)原理與方法》《地圖學(xué)教程》《地理信息系統(tǒng)分析與應(yīng)用》等13本教材，將教學(xué)資源整合重組，轉(zhuǎn)化為教學(xué)材料，大力推動(dòng)了教材建設(shè)水平，充分實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源、理論資源與技術(shù)資源等多方面共享，并且憑借教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的復(fù)雜來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的多源頭，并以地理信息系統(tǒng)精品課程的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，有利于更好地開(kāi)拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與學(xué)習(xí)水平。

在建設(shè)多源頭教學(xué)資源的過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)將實(shí)踐項(xiàng)目作為主要導(dǎo)向，注重維護(hù)課程、專業(yè)與教學(xué)資源的特色，在發(fā)揮教學(xué)特色的過(guò)程中充分體現(xiàn)先進(jìn)的教學(xué)理念，并大力培養(yǎng)教師建設(shè)課程網(wǎng)站與教學(xué)平臺(tái)資源的能力，提高教師對(duì)于現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用能力，通過(guò)不同教研組教師之間的協(xié)調(diào)與分工，進(jìn)一步提高地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)質(zhì)量與規(guī)模[5]。

（二）建設(shè)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)資源

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程的資源建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)明確教學(xué)資源對(duì)于地理信息系統(tǒng)教學(xué)的重要作用，從多種角度對(duì)教學(xué)資源加以維護(hù)與補(bǔ)充。同樣以中國(guó)地質(zhì)大學(xué)主導(dǎo)建立的“面向異構(gòu)環(huán)境的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目通過(guò)建設(shè)省級(jí)地理信息系統(tǒng)精品課程，將教師資源、教學(xué)資源進(jìn)行在線分享，具體包括師資力量、課程簡(jiǎn)介、課程評(píng)價(jià)、項(xiàng)目研究、課程錄像、教學(xué)大綱、在線教學(xué)、電子教案、在線測(cè)試、在線答疑等，將教學(xué)網(wǎng)站與遠(yuǎn)程教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建了全面的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)資源的共享路徑，也對(duì)傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)教學(xué)資源起到了有效的拓寬與延伸效果。

（三）建設(shè)交互式的教學(xué)平臺(tái)

針對(duì)學(xué)生的疑惑，教師應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)路平臺(tái)上予以及時(shí)回復(fù)，對(duì)于學(xué)生的幼稚問(wèn)題也應(yīng)當(dāng)心平氣和地予以解答，以避免學(xué)生的積極性與自尊心受到打擊。教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上通過(guò)有效的引導(dǎo)與激勵(lì)，可以更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣、提高學(xué)生的主動(dòng)性與積極性[6]。例如，武漢大學(xué)《地理信息系統(tǒng)原理》在線教學(xué)課程中，整體教學(xué)計(jì)劃中包含三次大作業(yè)，如矢量與柵格編碼方法練習(xí)等，在過(guò)程中，教師可以通過(guò)有效的引導(dǎo)與激勵(lì)方法，有效激發(fā)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的習(xí)慣，以幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

四、結(jié)束語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)具有多元化、綜合性、信息化等優(yōu)勢(shì)，具有較好的空間分析效果，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸成為地理科學(xué)與信息領(lǐng)域最為熱門的技術(shù)之一，受到了廣泛關(guān)注。地理信息系統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)與學(xué)科假設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)不斷更新教學(xué)理念與教學(xué)模式，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，并通過(guò)學(xué)校之間、區(qū)域之間的充分聯(lián)合，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享與充分利用。

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