浅谈地理信息系统多层次教学及教育资源的共享和利用

尚艳亮 李岩

摘 要：地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种空间信息系统，是地理科学、空间科学与信息科学相互融合的产物，在地理研究与社会发展等各方面的发挥了重要作用。文章首先探讨了地理信息系统专业教学的重要性，并结合当前地理信息系统教学存在的资源不足等问题，探讨地理信息系统多层次教学与教育资源的共享与利用。

关键词：地理信息系统；多层次教学；教育资源

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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，地理信息系統在城市规划与建设、环境保护、资源监测、景观规划、生态环境监控、自然灾害预警等各方都发挥着重要作用，同时也是地理科学进一步发展的重要基础，其重要性愈发凸显。地理信息系统凭借其在地理科学与信息技术方面的应用，未来势必具有非常大的应用前景与发展空间，应当通过优化地理信息系统的教学模式与教育资源两方面入手进一步推动其发展与进步。

一、地理信息系统专业教学的重要性

地理信息系统专业的设置，是出于为我国提供高水平地理信息系统人才的需要。地理信息系统在推动地理学学科的进一步发展方面会起到重要作用，有利于地理学实现大区域、大范围的综合研究，对地理综合体的结构、演化、空间分布等方面的研究与分析而言具有重大意义。同时，地理信息系统作为地理学的重要分支，正在逐步发展成为独立的地球信息科学，凭借地理科学、空间技术与信息技术的有效融合，必将取得更大的发展。

在人才培养方面，地理信息系统的专业教学，能够为地理科学的进步与发展提供更多的专业化人才，同时又基于地理信息系统的综合性与信息化，以及地理信息系统在城市建设、生态保护、景观建设、环境监测、资源监测、灾害预报等方面的广泛应用，精通地理信息系统的人才的市场需求将进一步提升，市场需求的变化也会推动地理信息系统专业课程涉及领域的延展。随着市场经济的高速发展、城市化进程的加快，以及环境与地球科学意识的逐渐觉醒，各国都在进行地理信息系统商业化应用的探索，并开始研究建设多功能、综合性、共享化的综合地理信息系统，如美国推行的“信息高速公路”计划、“数字地球”计划以及我国正在推行的“21世纪议程”等，都将地理信息系统的建设作为战略性发展项目，这种情况下，对于地理信息系统人才也提出了全新的要求[1]。

二、地理信息系统多层次教学

（一）教学内容设置

基于地理信息系统技术应用的需要，在具体的课程设置中，增加对于图形因素的点、线、弧、圆、面等要素的关系辨别，多边形内角与外角、多边形差、多边形面积、线缓冲区等相关数据的计算以及三角网生成教学等内容，以及在应用地理信息系统技术时常用的计算机和等算法，并对地理信息系统相关数据、信息、参数、实体、结构等教学内容加以补充。在对地理信息系统技术应用过程中的计算机图形相关内容的课程安排时，可以对现阶段常见的地理信息系统设备或系统作为切入点，以更好地帮助学生了解其功能，如ArcGIS、MapGIS、GISwin等，通过地理信息系统软件平台的可视化效果，并结合地理信息系统软件平台的二次开发功能作为示例，以帮助学生更好地理解计算机图形学在地理信息系统系统中的重要作用。

（二）多层次课堂教学

多层次教学模式的应用，是基于不同学生之间存在的个性化与差异性，对其采取的差异性教学，有针对性地采取不同教学指导方法，以便于学生能够更好地理解知识体系，实现更好的发展，同时也是培养层次化发展人才的重要途径。在地理信息系统教学中采用多层次教学方法，在推进全面发展人才培养的过程中，可以按照应用型、技术型与研究型三种方向，根据学生性格与长处进行划分，并对其采取不同的教学方法，有倾向性与侧重性地进行开展教学活动。

图1 多层次课程教学模式

其中，应用型人才主要培养其3D Max（3D动画渲染）、open GL（开放式图形库）等软件与程序接口的应用，包括地理图形绘制、图形处理、图形工具应用、相关算法等，并培养应用型人才更加熟练地在地理信息系统平台上应用各种算法的能力，要求应用型人才具有较强的实践能力与动手操作能力；技术型人才更加侧重于培养其地理信息系统软件平台的变成与开发，需要进一步理解算法理论与算法实现策略，进而掌握地理信息系统系统的图形绘制与处理技能；研究型人才倾向于相关算法与变成应用的基础理论，对地理信息系统技术发展趋势与应用前沿有所了解，具备足够的创新思维与研究能力，能够推动地理信息系统技术的进一步发展[2]。例如，研究型人才部需要综合考虑地理信息系统学科现在发展的重要方向，如大数据、实时性、三维化与影像数据等，并探索地理信息系统与VR或AR应当如何实现有机融合。

实践案例讲解是对课程中的算法在地理信息系统平台系统中应用方法与应用效果进行演示，通过案例讲解与演示提高学生的学习热情与积极性，并进一步提高课程教学效果与质量，更好地实现教学目标；基础算法理论眼就是对基础算法思想进行讲解，具体包括open GL图形库、以MFC为基础的DES算法的操作与实现、地理信息系统系统平台的算法接口演示等。以基础算法理论研究分层次教学为例，要求应用型学生将关注重点放在open GL图形库算法实现演示、地理信息系统基础平台算法接口演示等方面；要求技术型学生将关注重点放在以MFC为基础的DES算法的操作与实现方面。

（三）实践教学策略

首先，可以结合小组合作式教学模式，引导学生进行自行分组，或者由教师进行分组，每组人数控制在3-4人，由学生根据自身兴趣与未来发展方向来自主选择实践操作课题、实践目标与实践方法等，对学生的团队合作加以鼓励，引导学习小组进行分工协作，填写实践操作明细与分工明细等，并将之作为学生考评与成绩评定的重要依据，以避免传统教学方式中，同一小组成员由于没有明确分工而产生的成绩趋同的问题，并避免由此产生的学生课题研究积极性不高的情况[3]。例如，某小组的实践课题是“校园三维系统建模与可视化”，该项目不仅需要三维建模技术，还要用到SpeedTree技术、PathTool技术等，并且需要通过全站仪、GPS等设备采集校园具体参数，如建筑物轮廓、路灯与道路位置等，要求具备足够的精度，研究小组就可以按照测量、建模等具体工作进行分工，在项目完整之后，教师针对项目完整的整体情况进行量化评分，并结合小组分工情况进行个人评分，以此避免传统小组合作中的“绝对平均”问题。

其次，任务驱动式教学模式。在进行实践教学时，教师应当充分利用实践教学的实践，有效提升实践教学效率，在实践教学中进行师-生、生-生、小组-小组之间充分的交流与沟通，将资料收集、编程与代码输入等工作放在课外时间进行。实践课程开始则直接布置实践任务，充分发挥“任务驱动式”教学模式，鼓励学生将课堂实践放在具体的研究方面，充分利用课堂实践排除实践项目中存在的干扰与障碍。

最后，建立系统性思维。地理信息系统学科的教学活动强调实践操作，确保实践成果具备重复性与实效性价值，在实际生活与学习中能够发挥起作用。例如，在实践教学中所编制的简单图形绘制算法，就可以作为后续图形填充、剪裁、变换等操作的基础。同时，地理信息系统学科课程之间的实践操作成果，具备开放性价值，能够实现不同层次与方向的实践。例如，地理信息系统专业教学中开设的计算机语言程序设计、结构算法、数据库原理等课程，以及地理信息系统软件工程等，在数据结构与课程实践方面都可以相互开放与相互转换，实现不同课程之间的内容衔接，并尽量避免课程内容设置方面出现的重复性问题。

三、地理信息系统教学资源共享与利用

（一）建设多源头的教学资源

实现地理信息系统教学资源的共享与利用，应当基于CDIO工程教育模式，在学生学习的过程中，将教学资源加以细化，并分别制定相应的具体目标，以学习目标为驱动力，调动学生的学习热情与积极性，并引导学生充分利用教学资源与教学平台，充分发挥其自主性与独立性，进行课下的自主学习，培养学生的自主学习能力，并且培养其实践操作能力[4]。

基于这一需求，可以通过不同学科、不同学校、不同区域乃至不同国家之间的充分合作，建立区域之间的校际联盟、或者与过国外知名大学进行合作，实现双方的资源共享，建立地理信息系统课程教师团队等。例如，中国地质大学主导成立的“面向异构环境的地理信息系统课程教学团队“项目，就联合武汉大学、华东师范大学等知名学府，以及拥有学术前沿水平的海归学者、专家学者等组成了创新型教学团队，基于各自团队、教学经验、前沿学术、校际之间的教学资源等，联合编制了立体教材体系，包括《地理信息系统原理与方法》《地图学教程》《地理信息系统分析与应用》等13本教材，将教学资源整合重组，转化為教学材料，大力推动了教材建设水平，充分实现了教学资源、理论资源与技术资源等多方面共享，并且凭借教学创新团队的复杂来源，实现了教学资源的多源头，并以地理信息系统精品课程的形式呈现在学生面前，有利于更好地开拓学生的视野，提高学生的学习质量与学习水平。

在建设多源头教学资源的过程中，还应当将实践项目作为主要导向，注重维护课程、专业与教学资源的特色，在发挥教学特色的过程中充分体现先进的教学理念，并大力培养教师建设课程网站与教学平台资源的能力，提高教师对于现代化信息技术的应用能力，通过不同教研组教师之间的协调与分工，进一步提高地理信息系统教学资源库建设质量与规模[5]。

（二）建设开放式的网络资源

在进行网络课程的资源建设的过程中，应当明确教学资源对于地理信息系统教学的重要作用，从多种角度对教学资源加以维护与补充。同样以中国地质大学主导建立的“面向异构环境的地理信息系统课程教学团队”项目为例，该项目通过建设省级地理信息系统精品课程，将教师资源、教学资源进行在线分享，具体包括师资力量、课程简介、课程评价、项目研究、课程录像、教学大纲、在线教学、电子教案、在线测试、在线答疑等，将教学网站与远程教学相结合，构建了全面的地理信息系统课程教学资源的共享路径，也对传统地理信息系统教学资源起到了有效的拓宽与延伸效果。

（三）建设交互式的教学平台

针对学生的疑惑，教师应当在网路平台上予以及时回复，对于学生的幼稚问题也应当心平气和地予以解答，以避免学生的积极性与自尊心受到打击。教师在网络教学平台上通过有效的引导与激励，可以更好地帮助学生学习相关知识，培养学生良好的自主学习习惯、提高学生的主动性与积极性[6]。例如，武汉大学《地理信息系统原理》在线教学课程中，整体教学计划中包含三次大作业，如矢量与栅格编码方法练习等，在过程中，教师可以通过有效的引导与激励方法，有效激发学生的潜力，培养学生的习惯，以帮助学生养成良好的学习习惯。

四、结束语

地理信息系统具有多元化、综合性、信息化等优势，具有较好的空间分析效果，现阶段已经逐渐成为地理科学与信息领域最为热门的技术之一，受到了广泛关注。地理信息系统教学活动与学科假设的过程中，应当不断更新教学理念与教学模式，进一步提高教学质量，并通过学校之间、区域之间的充分联合，进一步实现教学资源的共享与充分利用。

参考文献：

[1]王增武，王永前，柳锦宝.《地理信息系统原理》教学资源建设及网络教学平台应用研究[J].教育教学论坛，2016（44）：134-136.

[2]林伟华，刘福江，龚君芳，等.GIS专业计算机图形学层次化教学实践[J].高等理科教育，2016（04）：102-106.

[3]郑贵洲，关庆锋，晁怡，等.地理信息系统精品课程共享资源建设[J].测绘科学，2015，40（07）：155-158.

[4]柳诚，柳林，李嘉靖，等.海洋地理信息系统教学资源平台的设计和实现[J].海洋信息，2014（04）：1-5+12.

[5]包世泰，谢刚生，谢健文，等.GIS本科多层次技能影响因素及其培养课程体系研究[J].测绘通报，2013（08）：109-112.

[6]任海刚.GIS与地理学科教学资源整合实施模式的探讨[J].中学地理教学参考，2013（Z1）：56-57.

[7]朱超平，朱海金.基于GIS的地理教学模式研究[J].高教学刊，2016（02）：77-78.