地理信息科学专业教学内容拓展及实践教学方法研究

张兴国 张丽 王帅帅

摘    要： 文章针对地理信息科学教学中存在的问题，重点就教学内容和实践教学方法进行了研究与探讨。信息技术的飞速发展促使地理信息科学必须对教学内容进行拓展，包括网络电子地图的地图投影、视频传感器GIS应用技术、网络开发技术，同时要开展多种形式的实践活动，提高学生的实践动手能力，包括第二课堂、项目带动和科技活动。

关键词： 地理信息科学    教学改革    实践教学

随着社会经济的发展，地理信息科学（GIS）日益引起空间数据相关行业的关注和应用。GIS已经从实验室走向行业应用，从行业应用走向大众化。然而，GIS的教学内容和方法并没有因为其应用的拓展而相应改革。究其原因，主要包括：（1）GIS相关技术发展迅猛，相关教材、师资难以同步;（2）传统教学方法难以满足社会对GIS研发人员的旺盛需求。（3）高校教学的中心地位需要进一步加强，相关政策应提高对高质量的理论教材、实验/实习教材、实践活动的支持力度，让教师真正喜欢教学，并通过不断进步拓展教学内容，改进教学方法。综上，我们在GIS大众化背景下，面向社会对GIS人才的需求，探索GIS需要拓展的教学内容，并就实践教学方法进行了探讨。

1.GIS教学内容拓展

随着GIS的普及应用，GIS学生不仅要掌握传统领域的知识，更要了解大众领域所使用的技术。同时，随着大数据时代的来临，应该在教学中引入相关教学内容。

（1）网络电子地图的地图投影

当前，网络电子地图已经完全融入生活，可以快速定位，提供详细的地理信息。但是，在GIS专业教学中，对于其使用的技术方法并没有介绍，对于其与GIS的集成更无涉及，这就造成专业的GIS人员对这些大众化的地图比较“陌生”，从而影响其在GIS行业中的应用。因此，我们建议在教学中加强这部分内容的介绍。

地图投影在GIS中具有非常重要的地位，地图投影是按照一定的数学法则，将球面的地理空间数据映射为平面的地图[1]。常见的Google、Baidu、天地图、SOSO等地图，均采用地图投影，其投影为Web墨卡托投影。Web墨卡托投影把地球视为球体而不是椭球体，这种假设是为了计算的简单化。设定球体的半径R=6378137.0米，椭球体的a=b=R，具体计算为公式①。

①式中，为经度，为纬度。

通过该公式可以将经纬度坐标投影为平面坐标，即Web墨卡托投影。GIS学生了解了该内容后就可以尝试分析网络地图，并在实践中使用该地图。

（2）视频传感器的GIS应用技术

图像、视频数据以海量的方式出现在日常生活中，相对于其他传感器，如温度、噪声等，其获取更便捷和直观。当前GIS教学中对于该类数据并没有加以利用，根本原因在于图像或视频以侧视的方式观察世界，而传统地理空间数据以正射的方式表达现实世界，两者存在视角的差异。但在计算机领域，针对图像或视频的研究日益成熟，如《计算机视觉》、《数字图像处理》等，可以逐步引入相关的理论，以获取图像或视频中的时空信息，主要涉及图像中丰富的纹理信息、序列图像的三维恢复、监控视频的中实时的动态目标的信息等。图像和视频在GIS中的引入，有助于拓展专业的应用领域，拓展地理信息获取的途径，推动实时、真实GIS的建立和应用[2]。

（3）网络开发技术

网络的兴起，空间数据相关行业的网络地理信息系统需求旺盛。通过网络使用地理信息系统，可以极大地降低客户端在数据管理和分析方面的负担。传统GIS教学内容，侧重单机、局域网内的GIS研发，对于网络GIS的研发技术并没有引起足够的重视。我们认为急需加强网络GIS相关技术的教学与实践，主要包括：

第一，网页设计技术，主要学习HTML、CSS、Dreamweaver或Asp.net，设计一些基本页面。

第三，WebGIS开发包，如ArcGIS Server for Javascript，开发应用型的网络地理信息系统。

2. GIS实践教学方法

在GIS实践教学中，不能仅仅依托课堂和实验教学，而应该采取多种形式进行教学。

（1）第二课堂

GIS在实践中主要依托的硬件为计算机，在学生中已经普及。教师可以以所带课程为基础，在课外安排合理的学习任务，并进行指导，这里以《GIS设计与开发》课程为例进行说明。这门课程从理论上讲，主要讲授GIS的设计方法，包括结构化的分析与设计、面向对象的分析与设计两大核心内容，几乎占用本门课的一半教学时间[3]。在剩余的时间，通常会讲授某一类开发技术，如C#和ArcEngine。在72个学时内，要让学生学会分析、设计并开发一个应用型GIS系统比较困难。这种局面造成许多GIS专业的学生不会开发，害怕开发，难以满足社会对GIS开发人才的需求。如果开设第二课堂，这种局面将得到极大改进，具体内容包括：

第一，编程语言。 GIS教学中通常会安排编程语言类的教学，如C语言、C++等，但在应用型GIS开发中并不能满足要求。已有编程语言类的教学，学生已经掌握基本的编程技术，也掌握结构化程序设计和面向对象的程序设计方法，为后续第二课堂其语言的学习奠定较好基础，极大降低学习难度。当前，在C/S软件开发中，C#语言使用较多，而B/S方面，JavaScript较为常用。因此，第二课堂中可以首先安排学生学习C#，然后学习JavaScript，为后续GIS系统的研发做好准备。

第二，GIS开发 当前ArcGIS系列软件在GIS相关行业处于主导地位，可以指导学生在第二课堂中从开发者视野深入学习ArcGIS DeskTop，并在编程语言入门后逐步开始GIS开发。首先，C/S架构类的应用型GIS，建议以ArcEngine为GIS开发包，语言选择C#;然后，B/S架构类的开发，建议以ArcGIS Server为Web GIS平台，语言选择JavaScript，包括相关Dojo库的学习。

开展第二课堂，不仅延长学生《GIS设计与开发》的学习时间，而且学习内容得到较大拓展，实践能力得到增强，更有利于满足社会需求。

（2）项目带动

随着GIS的普及应用，GIS的相关项目日益增多，常见的类型包括空间数据建库、应用型GIS系统研发、GIS科研项目等。这些项目对学生能力的要求不同，可以根据不同类型的项目，吸收不同年级的学生加入，并进行耐心指导。在项目进展中，学生通过完成相关任务，可以提高对专业的兴趣，扩展视野，培养对专业的整体把握能力，项目参与往往使学生快速明白专业的目标。在项目类型安排方面，我们建议：

第一，数据类项目适合于大一和大二学生，如地图矢量化、遥感分类、规划图编辑等，对学生要求相对较低，重在使用GIS、遥感和测绘类软件，如ArcGIS DeskTop、Erdas、AutoCAD等。

第二，应用型GIS研发项目适合于大三和大四学生，要求学生会开发，具备编程语言和GIS二次开发能力。

第三，GIS研究类项目适合于大四学生或研究生，需要学生查阅文献、分析问题和解决问题，对学生要求较高，不仅要具备GIS基本知识和技能，而且要具有综合分析和实验的能力。

（3）科技活动

面向学生的科技活动，如学校或公司组织的学生大赛、科技周、创新或创业大赛，往往能提高学生积极性。我们建议：

第一，组织学生参与GIS公司组织的大赛，如ESRI大赛、SuperMap大赛、MapGIS大赛等。在指导中，以学生为主体，让其自己分析、设计和实施，做出一个相对完整的成果。教师在其中，重点对学生的选题、总体技术路线、作品的特色进行把握。

第二，学校内部组织的活动，如地图创意大赛、GIS开发大赛、科技周、创新活动等，教师辅助主办方做好大赛内容、类别、形式的设计和评审工作。在学生指导部分，激发学生的创新思维，与学生探讨，拟定新颖的选题，并保证能在有限时间内完成。

3.结语

现代信息技术的飞速发展，GIS专业面临重大发展机遇。GIS教学必须紧跟社会需求，将新理论、新技术引入教学中，并加强实践教学环节。同时，高校相关政策导向必须教师提供学习进修的机会，鼓励教师开展形式多样的实践教学活动。GIS教学内容的更新，实践活动的开展，必将进一步促进GIS在相关行业的创新应用。

参考文献：

[1]孙达，蒲英霞.地图投影[M]. 南京：南京大学出版社，2005.

[2]张兴国，刘学军，宋宏权.面向对象的影视GIS数据模型研究[J].测绘科学，2013，38（6）：64-66.

[3]陈正江，张兴国.地理信息系统设计与开发（第二版）[M].北京：科学出版社，2012.

基金项目：信阳师范学院博士科研启动基金资助项目（0201402）;信阳师范学院校青年基金资助项目（2012059）;信阳师范学院2014年度大学生科研基金重点项目（2014-DXS-148）。