地理信息系统课程实验教学改革研究

范况生，王珍

(商丘师范学院环境与规划学院，河南商丘476000)

0 引言

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)产生于上世纪60年代，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统.自GIS产生以来，发展非常迅速，尤其与遥感、GPS技术相结合而形成的3S技术，在资源调查、土地评价、作物估产、灾害预测等领域有着广泛的应用，社会对GIS专业人才的需求也随之急剧增加，国内外很多高校都相继开设了GIS专业或者GIS课程.近年来我国GIS专业学生的培养也具有一定的规模，但是由于GIS学科所具有的工具学科特征、工程学科特征和横断学科特征，使得高校GIS教育在知识结构体系、教学机制、课程设置、理论与实践结合等方面存在一些突出的问题，集中体现在:课程设置体系较为紊乱;专业教材大多集中在原理类，而技术方法及应用类教材相当缺乏，分布极不均衡;课程开设质量较差;包括课程与教材的矛盾，理论教学与实践教学的矛盾等等，这些都在很大程度上制约了GIS专业人才教育质量的提高，亟待统筹解决，其中最为迫切问题的就是GIS概论实验的教学内容与教学方法［1］.

1 地理信息系统课程教学的特点

1.1 实践教学与理论教学并行

《地理信息系统概论》是一门理论性和实践性都很强的学科，GIS之所以能够迅速发展，与当今高速发展的计算机技术、网络技术、空间技术密不可分，因此在教学中不仅要求学生要掌握关于GIS的基础理论知识，更要重视技能训练，要求学生学会运用GIS软件的操作和使用，二者相辅相成，通过实践教学可以加深和巩固理论知识，提高实践技能和应用能力.

1.2 GIS学科知识更新速度快

地理信息系统技术发展不到50年，已经形成了一套完整的技术体系，而且随着网络技术、数据库等技术的发展，地理信息系统的发展日新月异，但教学资料的更新速度比较慢，新理论、新方法在教材中很少体现，往往导致教学落后于生产，学生所学知识脱离实践、落后于现实，因此，地理信息系统的教学要体现该学科最前沿的技术和最新动态［2］.教师在教学中引导学生要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力.

1.3 不同学科对GIS要求程度不同

GIS是一种面向多行业的应用性新技术，各个院校所依托的专业背景也各不相同，课程体系设置也不统一［3］.在GIS教学中应该体现依托学科背景的专业特色，如商丘师范学院环境与规划学院下设地理科学、测绘工程、城市规划三个本科专业，均开设了GIS课程.在给三个专业学生授课的过程中，我们充分考虑到不同专业学生的学科背景，对教学内容尤其是实验教学内容进行优化调整，从而体现专业特色，更容易激发学生学习GIS的兴趣.

2 GIS实验教学中存在的问题

如前所述，实践应用性强是GIS课程的一个显著特征，因此实验教学是GIS教学过程中的一个重要组成部分，熟练的GIS软件操作技能可为学生就业提供了有利条件，但目前各高校在GIS实验教学过程中仍然存在许多突出的问题.

2.1 实验教学所占比重低、教学方式单一

目前在GIS教学中还没有完全的实验课程，实验教材、实验课程数据和实验方法也不完善，多数高校地理信息系统教学的重点在于讲授理论课，同时附带开设一些基本的实验课程，实验课内容、学时和实验数据的选择都由任课教师自行决定，具有一定的随意性，据统计，一般高校GIS实验课时占总学时的比重为25% －33.3%之间，在进行GIS实验教学时往往又仅局限于对某一种软件的练习，实验与理论脱节，实验与解决现实生活中的问题相脱节，每一次实验一个实验内容，教学没有现实针对性.实验教学方式单一，多采用教师在台上演示，学生在下面模仿的教学方式，导致GIS实验课程流于形式，不能真正培养学生的实践能力和创新能力.

2.2 实验教学内容缺乏层次性、教学方法缺乏创新

目前，实验内容都是有任课教师制定，一般都是选择一些基础性的实验内容，如空间要素的输入和编辑、属性数据的编辑、空间数据查询分析、专题制图的编制等等，学生没有选择余地，实验内容没有结合学生的专业特点来进行，但是学生之间在动手能力和学习进度上存在差别，导致了实验课上有部分学生总是提前完成，而一部分学生又很难按时完成［1］.如果不考虑专业背景，一律照搬照抄，则达不到本专业的教学目的，也不利于学生就业.如城市规划专业在开设GIS课程时，GIS课程的理论知识掌握程度只需他们达到了解的程度即可，教学内容提倡从简单到复杂逐步积累和深化，同时穿插GIS软件操作或界面设置的一些基本介绍，并结合常用的AutoCAD数据进行加载和数据查询、空间分析，降低学生学习GIS的门槛，减少他们的畏难情绪［4］.

2.3 实践教学条件薄弱、缺乏专业实验指导教师

多数地方本科院校由于资金缺乏，实验场所和实验仪器设备等软、硬件设施薄弱，甚至不能保证学生每人一台电脑，又缺乏固定的实践教学基地，只能开设常规的验证性课程实验，综合性、设计性试验无法开设.此外，由于缺乏专业实验指导教师，实验课程和理论课程都由一个教师完成，缺乏丰富的实践教学经验.在实验教学中，教师不可能对每一个学生进行单独指导，仍然采用填鸭子式的教学模式，这些因素都不利于培养学生的创新意识［5］.

这些问题的存在，要求各院校GIS实验教学中应当转变教学思路，从培养学生创新精神的角度出发，合理设置实验教学内容、合理分配实验学时、改革实验教学方法，切实提高学生实验技能，学以致用.

3 GIS实验课程教学体系的构建

3.1 地理信息系统课程教学体系的优化和重组

根据地理信息系统课程自身的特点，高校应该适应社会对GIS人才的需求，对地理信息系统概论的课程体系进行重新优化和重组，一般而言，地理信息系统课程的讲授应该包含GIS理论、GIS技术、GIS应用三个环节，三者缺一不可，同时要注重理论教学与实践环节的有机结合，增大实验环节课时的比重，实验课程与理论课程的课时比例应达到1∶1，从而切实提高地理信息系统课程的实用性.

3.2 地理信息系统实验教学内容的改革

地理信息系统既是一门学科，又是一门技术，不同专业学生对GIS技术的程度也不尽相同，传统的GIS实验内容一方面与生产实践严重脱节，另外实验课程往往穿插于理论课程之中，实验内容孤立、分散、缺乏必要的联系，不利培养学生的创新能力［5］.因此在实验教学内容的选取上要考虑学生专业特点，在有限的教学时间内，如何合理的安排教学实验内容，使学生最大限度的掌握GIS知识并学以致用也直接关系到学生培养的质量［6］.

根据课程特点，GIS实验内容可分为基础性试验、综合性实验、创新性试验三个层次，基础性实验教学着眼于提高学生的科学素养，以培养学生的基本实验技能、科学的思维能力和创新意识为目标，通过基础性实验的学习，使学生了解目前国内外主流GIS软件的使用、数据结构和数据组织关系，加深对地理信息的认识和空间数据的可视化表达方法，并了解各种软件的空间数据转换关系，了解空间数据的采集、编辑和空间数据的分层处理方法、空间数据的专题图制作与简单的空间信息分析应用.综合性实验以培养学生工程实践能力和创造能力为教学目标，在基础性实验的基础上，结合空间分析标准模拟试验数据在不同领域的具体应用，并解决现实中的实际问题.所设计的实验项目应该是具有专业特色的实际课题，通过本项实验课程内容的学习，使学生设计解决与本专业有关的问题的实验项目，提高学生学习的积极性，和解决实际问题的能力.通过上述基础性、综合性与创新性实验，在本项实验中，通过给定的空间基础地理数据，要求学生自己设计实验课程空间数据、属性数据、数据分析方法、并对分析结果进行分析，达到综合性、研究性和创新性的实验目的.三者形成一个有机联系的纽带，实验内容应围绕某一专业主题而展开，从数据采集、数据编辑、数据库管理、应用分析到产品输出，由浅入深，循序渐进，最终达到让学生能独立利用GIS技术来解决某一现实问题的能力.

3.3 地理信息系统实验教学方式的改革

实验课程的教学方法应区别于传统的理论课程，而地理信息系统实验课程又具有显著的特征:一是它不同于其它单纯的验证性实验，二是每个实验项目虽然相互独立，但又紧密联系.但是地理信息系统实验课程的开设往往却采取分散进行的形式，将实验项目穿插在理论课之中，再由于每个实验项目课时较少，因此很难达到提高学生能力的目的.为此需要对实验课程教学方法进行必要的改革.

本课程的教学方法注重理论和实践相结合，运用案例教学方法，全部课程实验围绕一个主题任务展开，让学生在解决实际问题过程中掌握GIS技术的应用和加强里GIS理论的理解，运用多媒体等教学手段，注重学生实际动手能力，理论课和计算机软件操作相结合，同时利用学校网络资源和实验教学与管理平台对实验教学进行管理和跟踪，将实验教学大纲，实验项目和要求放到网上，学生通过在线学习可以看到老师对实验教学的要求，预习实验项目的相关知识和原理，查看自己的成绩.教学组织上也应灵活多样，基础性试验或验证性实验要求学生单独完成，可以按照教师演示、学生练习的常规实验教学方法来进行，综合性和创新性实验可采取分组形式，由学生根据老师下达的试验任务，分组讨论设计实验方案，加强学生之间、学生与老师之间的互动交流，课堂练习与课后练习相结合，从而达到整体上训练学生实际动手能力的目的.

3.4 改善实验教学环境、配备专业实验指导教师

条件允许的学校可以建立开放的GIS实验室，配备GIS软件和相关数据，对学生开放，给学生提供充分的独立学习、设计、研究的环境，开放实验室还要配备专业的实验指导教师，对学生在实习过程中遇到的疑问随时进行指导［7］.

4 结束语

实验课程是地理信息系统教学的重要环节，实验课程教学质量的好坏直接关系到学生创新能力的培养，通过进行教学改革，利用基础性试验、综合性实验、创新性实验相结合的教学内容体系，采取师生互动、学生分组合作的实验教学方法，引导学生自主学习的兴趣，就可以有效地提高地理信息系统实验教学效果，提高学生利用GIS技术分析、解决复杂现实问题的能力.为了进一步巩固GIS课程实验教学成果，今后将充分利用我院省级实验教学中心教学平台对本科生专业教学实验的支持，更新和改造实验室设施，提高GIS专业实验室的硬件能力，促进实验教学成果转化，逐步提高设计性和创新性实验在实验课程中的比例，努力培养更多的优秀创新人才.

［1］王春，李鹏.“地理信息系统概论实验教学”改革探索［J］.滁州学院学报，2009，11(2):100－102.

［2］赵春燕，杨志高，等.地理信息系统实验教学的改革研究［J］.大庆师范学院学报，2007，27(5):135－137.

［3］李朝奎，王利东.不同专业背景下GIS专业建设探讨［J］.当代教育理论与实践，2011，3(4):93－95.

［4］王成芳.城市规划专业GIS课程实验教学改革与探索［J］.高等建筑教育，2012，21(2):110－114.

［5］李长坡，王轩.新建地方本科院校GIS专业实践教学体系的构建［J］.测绘与空间地理信息，2010，33(5):28－29.

［6］李华蓉.工程驱动下的GIS实验教学改革［J］.实验室研究与探索，2010，29(1):120－122.

［7］张瑞芳，刘祖文.城市规划专业GIS课程教学体系的构建［J］.测绘与空间地理信息，2009，32(1):32－34.

［8］程先富，吕成文.GIS课程实验教学中培养学生创新能力的探索与实践［J］.实验技术与管理，2008，25(6):16－18.