地理信息系统（GIS）课程实践教学模式探讨

秦鹏 陈明利 韩玉杰 张晓光 张志辉

摘要：实践教学是地理信息系统（GIS）課程的关键一环，以提高学习者创新实践能力为目的。针对地理信息系统（GIS）学科特点和当前实践教学现状，从教学内容的针对性、开放实验室和实践教学模式等提出建议和方案，目的在于为地理信息系统（GIS）实践教学改革提供参考。

关键词：地理信息系统（GIS）；实践教学；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）09-0206-03

2014年教育部颁布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，提出学生发展核心素养的体系，明确学生应具备的关键能力[1]。《中国学生发展核心素养》于2016年9月13日正式发布，定义学生应具备的实践创新素养作为6大素养之一被写入总体框架[2]。随着时代进步与科技发展，社会对应用创新型人才需求不断增长，实践教学则承担着提高学生创新应用能力的重任，是当前素质教育的重要环节，可以培养学生科学思维方式，以促进养成科学探索的精神[3]。因此，实践教学在当前高等教育中显得尤其重要，深化实践教学改革创新，要重视培养大学生的实践能力，加强课程的实践性，重视实验课教学，培养实际操作能力，也是当前高等教育面临的重要议题。进入21世纪以来，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）技术的社会化加深，对GIS人才的需求越来越大[4，5]。伴随各专业对GIS的知识需求增大，当前各高校陆续开设GIS专业，同时拓展其他专业设置GIS课程，而GIS作为一门实践性较强的课程，面临着实践教学改革的压力，当前实践教学存在重理论轻实践、体系不健全、模式过于呆板等不足[6，7]，经过课程学习后，学生独立使用地理信息技术解决本专业问题的能力明显不足。因此，GIS教学有待改革，本文从GIS实践教学出发，综述当前GIS实践教学现状，对GIS实践教学方案和模式进行深入探讨，总结出一套对大多数专业适用的GIS实践教学模式。

一、1GIS学科特点

GIS相关学科涉及众多，地理学、测绘学、计算机科学和数学是与其关系最为密切的传统科学或技术[5]。相关学科当中，地理学为GIS提供理论基础，地理学研究人地关系，这与GIS研究对象一致，大多经典地理学方法都可归纳为空间分析一类，而此也为GIS的关键技术，因此，地理学是其核心学科。测绘学及其相关学科为GIS提供了空间数据及处理技术，遥感（RS）和全球定位系统（GPS）可以分别被认为是摄影测量技术和空间定位技术，均与测绘学密切相关，其主要产品为GIS提供了数据保障，因此，与GIS构建成3S技术的主体框架。计算机科学提供了运行GIS的平台，GIS产生于计算机发明之后，是地理学与计算机科学结合的产物，计算机科学为GIS提供软硬件保障，是GIS稳定运行的基础。数学使得GIS相关理论在计算机上得以实现，空间数据的表达、地理实体的规则和空间分析的运算等关键问题借助数学才可以在计算机上得以解决。

综合以上相关学科可以看出，GIS具有学科交叉、应用导向和工程学科的特点[8]。学科交叉不仅局限以上所述，还涉及到环境、生态、资源、信息、管理等学科知识，经过学科交叉的发展，GIS的理念体系已经构成，已经逐渐发展成为地理信息科学。GIS应用性强，广泛涉及到科研、政府和产业等方面，包括房地产、公共健康、军事国防、景观建筑、城乡规划、交通物流等。随着应用的广泛深入，系统开发的工程学特征使得GIS可以进行多个领域或具体行业的模块开发，使得GIS朝着普适化的方向发展，从而满足普通大众的需求。

因此，GIS教学层次应按技术基础、领域应用、GIS基本理论依次递进[4]。技术基础主要指IT技术，虽然GIS属于地理学学科，但是作为信息系统，计算机科学与技术是其必备的技术基础。领域应用不仅是GIS自身的特点，也是课程教学的一个重要层次，当前众多专业开设本课程，说明GIS应用领域广泛，各行业意识到GIS解决方案带来的利益。因此，GIS基本理论是GIS课程普及的关键所在，而具有应用技能水平则需要系统的学习，包括地学、计算机、GIS等相关课程[9，10]，实践操作则贯穿整个过程且具有重要意义[3，11]。

二、地理信息系统（GIS）课程实践教学现状

1.课程设置偏重理论。GIS专业课程设置、知识教育、教学现状等均面临着重理论，轻实践的问题。主要原因在于专业设置较晚，最早在1997年教育部修订后新增该专业[6]，虽然经过近二十年的发展，GIS知识教育越来越普及，但是由于学科交叉、相关知识多等特点，普适化理论教育容易，实践教育难，综述近年来我国GIS教研文献，也均存在轻视实践的现状[12]。

2.实践教学层次不一。当前GIS实践教学主要有通识教育实践、专业课程实践和项目实践培训，实践教育水平由低到高[13]。通识教育实践主要指GIS普及化发展所进行的针对非专业人土进行的GIS基本技能入门实践，如高等院校针对非GIS专业开设的选修课等课程，有其对应的实践教学环节[5]；各行业在员工进行业务培训时，把GIS实践作为提升员工实践素质的一部分内容等，通识教育实践只能对目标人员提供GIS技能入门，由于此部分人员大多对相关GIS基本理论掌握有限，实践教育对自己今后技能提升有限。GIS专业课程实践主要针对GIS专业学生设置的实践类课程[4，12]，实践课程包括测量学、地图学、遥感、GIS等综合性实践实习，实践教学体系较为完善，学生理论知识掌握完备，可以对学生进行分层次培养[9，10]，实践技能全面。项目实践培训指当前为GIS在某一领域应用开设的专题培训，培训对象掌握理论状况不一，实践培训内容大多是软件介绍、项目应用、技术提升等，经过实践培训，可以熟练掌握项目中某阶段具体工作技术方法。

3.实践条件明显落后。理论掌握较难。由于GIS属于交叉学科，理论教育涉及大量测量学、数学、计算机科学等相关内容[13]，知识点繁多且难于理解，课程群衔接困难，造成理论教育效果难达预期，理论对实践的指导作用不充分。

实践教材种类多，与理论结合有限。当前GIS实践教学的参考教材较多[11，13]，大多只针对软件操作的说明，与GIS基本理论相结合的实践教材少，理论知识点在实践教学中紧密实现是当前教材亟待解决的问题。

GIS实验室条件落后。专门的GIS实验室场地有限，实验室面积远跟不上实践教学的需求。软件安装维护成本高，专业GIS软件昂贵，种类繁多，很难全部购买安装，同时软件维护专业性强，专业人才少，实验室管理员缺乏，实验室管理模式落后。

三、GIS实践教学创新模式探讨

1.加强实践教学的针对性。针对不同的教学对象，教材内容也应有不同的舍取。通识教育实践在进行软件教学时一方面为教育人员提供基本GIS入门知识，另一方面针对教育人员知识背景开展专题应用项目演示；而专业课程实践则要求全面实践技能支撑，要求基本技能掌握熟练，相关实践涉及面广泛；项目实践培训针对性强，以完成课题为导向，不需全面掌握，只需要项目相关技能即可。

2.开放实验室建设。实验室的建设近年来需求较大，一方面场地的不足大大限制了实践教学的普及，另一方面实验室开放程度不足也限制了实践教学的深入。因此，开放实验室模式是当前认可的实验室管理模式。规章制度应该遵循“自律才能自由”的原则，只有制定完备的管理条约，实验室才能正常运行；开放式指的是实验室没有课程安排时，对有需求的人员提供实践学习条件，这样才能打破软件等条件的限制，实现实践教育全时化；实践教学更应该注重过程管理，在过程中引导GIS思维方式，培养GIS理论意识实践化。GIS技术也可应用到实验室管理中来，建立实验室管理信息系统，构建数字实验室，辅助相关课程的教学等。

3.实践教学模式探讨。经过相关课程讲解，学生具备本次实践理论知识，进行GIS实践教学（表1）。减少验证性实践内容，充分相信学生主观能动性，在本次实验开始，向学生讲明，按照实践教材步骤依次完成实验任务，同时注重两点意识，一是遇到问题先想办法自己解决，符合软件学习特点，解决不了可以经过讨论或提问解决；二是实验过程中，结合理论指导实验步骤，思考每个步骤的解决目标、方法原理、结果意义等，有助于更深入掌握理论，反过來指导实践。在学生完成实践教材步骤任务过程中，老师只进行答疑，不统一演示实验步骤，完成后，统一讲解普遍问题。实验作业作为实践教学的核心，利用ArcGIS 10.0自带安装数据布置作业，作业数据与教材数据不同，但是作业中运用了教材要求的处理方法，如作业1要求融合并运用了之前实践教学的渲染等操作，锻炼学生更换情景后运用理论知识并通过软件实现结果。做作业的过程中，通过参考实践教材，加深学生方法原理等内容的印象。最终，通过实验作业报告，学生可以更深入总结体会实践内容。

四、结束语

GIS课程实践性较强的学科特点决定了实践教学是教学中十分重要的一环，当前课程实践教学现状问题突出，应用导向广泛，作为提高学生创新精神和实践能力的重要一环，实践教学模式探索改革创新可以有效培养学生的创新实践能力。针对教学对象，加强实践内容的针对性，包括实验室软硬件的建设在内的开放实验室的建设可以在一定程度解决实践机会不足的问题，实践教学方案改革以学习者为主体，充分发动其主观能动性，相对传统的教学效果，促进学习者具备GIS的思维方式和基本技能，可以为本行业提供GIS解决方案。总体上，师资力量和实验教材等方面的提升，加强开放GIS实验室的管理，在实践教学上，建议改变应试模式，转变实践教学方法，考核方式应该更加重视学生的自主能动性等方面。

参考文献：

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_167226.html.

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