本科生《地理信息系统概论》实验课内容体系设计研究

廖顺宝

摘要：《地理信息系统概论》是地理学及其他相关学科专业低年级本科生的专业基础课程，理论与实践相结合是学好这门课的基本方法。实验教学既可以加深对理论知识的理解，又可以让学生熟悉和掌握基本的GIS软件功能，为进一步深入学习和应用GIS奠定基础。按照实验内容覆盖理论课核心内容、实验内容显示度高并能激发学生实验兴趣、实验内容可伸缩等原则，设计安排了15项实验内容，其中10项为必选实验，5项为可选实验，并设置了每项实验的主要内容。为了取得良好的教学效果，在《地理信息系统概论》实验课的实际教学中，理论课与实验课最好由同一主讲老师担任，实验课与理论课在总体进度上应保持基本一致，同时，做到平时上机练习与提交实验报告相结合。

关键词：地理信息系统概论；教学；实验：设计

地理信息系统（GIS）是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学、环境科学、空间科学、管理科学等科学于一体的新兴边缘学科。从1963年RogerTomlinson创建世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS）至今，GIS已经经历了50多年的发展历程。我国GIS高等教育从20世纪80年代末起步，至今也有近30年的历史。目前，我国已有500多所高等院校设立了与GIS相关的专业，其中有200多所高校建立了GIS实验室，已经出版发行了一系列与GIS有关的教材、参考书以及实验教程。

随着GIS技术在科研、教学、环保、应急救灾以及国民经济等各行业的广泛应用，《地理信息系统概论》已经成为许多学科和专业的必修课程，是学生进一步深入学习GIS技术的基础。《地理信息系统概论》以前通常在大二开设，开设时间一般为一个学期，但随着招生专业的淡化（逐步实行按大类招生），该课程有提前开设的趋势。《地理信息系统概论》的教学内容包括理论和实验两部分，二者相辅相成，缺一不可。那么，如何在有限的时间内，既能让学生较好地掌握GIS理论、方法和原理，又能使学生增强自己的实际动手能力、掌握GIS技术呢？实验课内容的设计与安排就显得尤为重要。

一、开设实验课的目的

《地理信息系统概论》实验不是一门独立的课程，而是与《地理信息系统概》理论课相辅相成的。实验课的目的主要包括两个方面：一是通过上机实验，进一步加深对理论知识的理解；二是通过上机实验，熟悉、掌握一些基本的GIS软件功能，为进一步深入学习和应用GIS技术奠定基础。

二、实验内容体系设计原则

（一）实验内容能覆盖理论课的核心内容，但并非完全同步

《地理信息系统概论》内容较广，且不同的教材侧重点有所不同，其核心内容主要包括：GIS数据结构、空间数据采集与编辑、空间数据坐标变换、空间数据结构变换、空间数据内插、空间数据库、空间数据查询、空间数据库索引、数字地形分析、空间叠置分析、空间邻近度分析、空间网络分析以及GIS与应用模型的结合、应用型GIS的设计与评价和GIS产品的输出与设计等。因此，实验课在安排上应覆盖上述核心内容，但在实验内容的先后顺序上不一定与理论课完全同步，因为理论课教材并非实验课的操作手册。理论课与实验教学虽然具有较强的关联性，但也有相对的独立性。

例如：一些教材把GIS产品的输出设计这一内容安排在理论课的最后，但完全可以把相应的实验提前，甚至放在第一位。地图制图产品的设计与输出是GIS软件的基本功能，也是经常要用到的功能之一。把它作为第一个实验的内容，有助于学生建立起与GIS软件的“感情”。因为，在学习《地理信息系统概论》以前，学生们一般已经有了《地图学》的基础，但在《地图学》的学习中可能并没有上机实验，通过这一实验，必将加深他们对GIS的理解与认识。

（二）实验内容有显示度，能激发学生上实验课的兴趣

《地理信息系统概论》作为本科生的一门专业基础课程，不论是理论课还是实验课，其学习的时间都是有限的。因此，如何在有限的学时内让学生掌握更多的东西就显得尤为重要。就实验课而言，应尽可能安排一些有显示度、能体现GIS特色、能激发学生学习兴趣的实验。

地理空间数据的采集与编辑是地理信息系统建设中非常重要的组成部分，往往会消耗整个GIS工程项目中大部分的时间、人力、物力和财力，但数据采集与编辑实验比较费时、枯燥，显示度不高，不易激发学生的实验兴趣，而且完整的数据采集与编辑实验还需要数字化仪、扫描仪等输入设备。因此，这样的实验可以少安排，在时间有限的情况下甚至可以不安排，取而代之的是让学生参观GIS实验室相关设备，请相关实验室老师或行业从业人员介绍相关情况。

相反，对一些实验内容有显示度、能有效激发学生兴趣的实验则可以多安排。例如：地图投影转换、矢一栅相互转换、叠置分析、缓冲区分析、数字地形分析等，这些实验既能充分体现GIS技术的特点，又能让学生很快见到实验效果，能大大激发学生上实验课的兴趣，且不用太长的时间，因此，对学生学习GIS软件，了解、掌握GIS的基本功能具有较大的帮助。

（三）根据学生人数和水平差异，实验内容的可伸缩

笔者通过多年的《地理信息系统概论》教学研究发现，GIS实验课的进度、效果与学生的基础、教学班人数之间有明显的关系。学生基础好、教学班人数少，实验进度就快，实验效果也好；反之，实验进度慢，实验效果差。

因此，在实验课内容体系设计时应充分考虑到这些因素。通过设置必修实验内容和选修实验内容，兼顾不同学生的基础和教学班人数等因素。当学生基础好、教学班人数少时，在完成必修实验内容的基础上进一步完成选修实验内容：当学生基础差、教学班人数较多时，可以只进行必修实验的内容。这样既可以保证核心实验内容的完成，又可以兼顾不同学生的特点。

三、实验课程的主要内容

根据上述原则，以ArcGIS系列软件中的ArcMap软件为例，按照一个学期15周（正常情况下一个学期为18周，但需扣除长假、小长假和复习考试的时间）的时间，根据时间有限、突出重点、实验高效的原则，共设计15项实验内容，其中10项为必须进行的实验，其余5项可根据实验进度全部或部分选择使用。具体情况如附表所示。

四、实验教学的实施

（一）理论课与实验课最好由同一主讲老师担任

理论讲授与实验教学是《地理信息系统概论》教学过程中两个相互支持、密不可分的有机组成部分。实验教学绝不是一门单独的上机实验课，而是理论课的自然延伸和拓展，是学生掌握理论知识的必要补充。因此，每次实验课之前，首先要让学生明白实验的目的，实验对应于理论课上的内容，然后才是实验内容和具体操作。只有这样，才能使理论与实践互不脱节，互为补充。而要做到这一点，最好、最简单的办法就是让理论课与实验课由同一主讲老师担任。

（二）实验课与理论课的总体进度保持基本一致

虽然不要求实验课与理论课在进度上保持完全一致（事实上也很难做到完全一致），但作为《地理信息系统概论》的有机组成部分，实验课与理论课在总体进度上应保持基本一致。这样在一定程度上能起到“理论指导实践、实践支持理论”的作用。否则，将会出现“理论与实践脱节，理论课与实践课相互独立”的情况，教学效果将会大打折扣。

（三）实验练习与实验作业提交相结合

笔者在实际教学中发现，对老师所讲解的一些实验内容，学生在课堂上看似明白了，但实际上并未真正理解和掌握。理论课如此，实验课也是如此。检验理论知识是否理解和掌握，可以通过考试的方式进行：而对于实验内容是否真正理解和掌握，则可以通过提交实验报告的方式得到验证。合格的实验报告应该包括实验名称、实验目的、实验所用的数据、实验方法、实验结果和结论等内容。通过实验并撰写实验报告，可以使学生更加全面、系统地理解实验目的，掌握实验方法。因此，平时的上机实验练习与定期提交2～3次实验报告（作业）相结合是提升实验课教学效果的有效方式。

五、结语

理论与实践相结合是学好《地理信息系统概论》的基本方法。合理选择与安排实验内容，不仅有助于学生通过实验加深对方法原理的理解，同时，也有助于学生更加高效地掌握GIS软件的操作技能，有助于地理信息系统从理论走向实际，从实验室走向社会经济等各个领域。因此，在《地理信息系统概论》教学中，老师必须做到理论讲授与实验教学并重，并合理选择和安排实验内容。

责编：晓成endprint