非测绘专业地理信息系统实验教学改革

成遣，杨国范，高振东

（沈阳农业大学 水利学院，辽宁 沈阳110866）

地理信息系统，简称GIS，是一种特定的十分重要的空间信息系统。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、显示的技术系统。GIS 这几年逐渐与互联网+、物联网、大数据、云计算等新兴技术联系到一起，得到了很好的应用。GIS 理念已经逐渐渗透到工作、学习、生活的各个方面，其角色正在由专业化服务迈向普及化应用。为了适应社会的发展需求，越来越多的非测绘专业开设GIS 课程［1］，例如沈阳农业大学，其农业水利工程、水利水电工程、水土保持与荒漠化防治、农业资源与环境、土地资源管理等专业均将GIS 课程安排在教学计划中。但随着大数据时代的来临，学生在学习GIS 理论知识的同时，还需将GIS与专业结合起来进行一定程度的行业应用，解决实际问题。因此，针对非测绘专业的GIS 课程需要从基础知识逐渐转向专业领域应用，这就需要加大实验教学力度，设定特定的专题实验项目，以提升学生的GIS 应用能力。

一、GIS 课程现状分析

相对于GIS 技术及应用服务的快速发展，目前的GIS实验教学内容严重落后于行业的发展现状，也与实际应用需求脱节。非测绘专业的GIS 实验，普遍目的是学会一种GIS软件的实际操作，例如ArcGIS、MapGIS、MapInfo 等平台基本菜单操作。成绩考核一般是要求做出一幅比较好看的地图，内容包括地图配准、地图矢量化、符号化和简单的缓冲区分析、专题地图制作等，虽然学生能熟练操作软件，但忽略了与本专业的结合应用，没有达到专业能力的培养目标。

非测绘专业的GIS 实验在课程安排及内容上不像测绘专业全面和具体，这就需要教师把有限的课时放在重点内容上。但往往学生学完GIS 后，感觉只是掌握了一门GIS 软件，遇到行业问题还是无法用GIS 来解决实际问题。而且实验内容在设计上关联性比较差，各自独立，没有形成教学体系，造成学生只会单纯模仿，无法提高其创新能力及应用能力，这样与开设这门课的初衷不符［2］。

部分非测绘专业开设的GIS 课程为专业选修课，学生学习热情不足，再加上整个实验内容过于僵化及形式化，多数为验证性的实验，这就会造成学生在整个实验过程中表现出抵触及懒惰情绪。

鉴于以上GIS 课程目前所存在的问题，需要对当前的GIS 实验架构及内容做一定的改革创新，设计符合学生专业特点、贴近社会需求的专题案例，激发学生的学习热情及参与度，从而提高学生的创新能力和实践能力。本文以农业水利工程、土地资源管理专业的GIS 课程为例，探讨GIS 课程的实验教学改革方案。

二、实验教学内容改革

（一）激发学习兴趣

在实验教学开始前，教师可以5—6 人一组，提前给学生分好组，以小组为单位完成GIS 在行业应用前景的详细报告。在授课过程中，教师指定热点专题内容鼓励学生查阅资料开展专题设计，将最终报告及设计方案作为GIS 课程成绩的一部分。这样有助于学生提前了解GIS 的相关软件以及其在专业领域的应用现状，对应用GIS 进行专题设计的脉络有系统认识，既有助于激发学生学习兴趣，也提高了学生的自主学习能力。

（二）优化实验内容

为了适应社会发展需求，教师可结合专业培养目标对现有教学实验内容进行筛选、整合，在教学实验中删掉演示性实验，多增加专题类实验；改掉学生单纯模仿操作的问题，让学生在实验中思考；在整个实验教学过程中围绕热点专题内容展开，围绕1—2 个主题开展，增加实验内容的关联性，形成系统框架，让学生在学习的过程中保持思路清晰。除了让学生熟练掌握GIS 软件各模块的操作，关键是让学生了解GIS 与专业知识结合，在行业上的应用，培养学生的空间思维能力。

例如，农业水利工程专业结合ArcGIS 的叠加分析及三维场景功能进行农田淹没面积分析，需要学生将土地分类数据转换成shp 格式，涉及数据转换。由等高线或高程点数据生成DEM，涉及空间分析［3］；采集水系数据，涉及数据采集及编辑；生成洪水灾害风险图，涉及多图层叠置分析；建立三维场景，涉及空间三维建模；最后进行农田淹没分析，涉及属性提取及统计分析。土地资源管理专业结合ArcGIS 进行土地调查数据的检查及土地利用现状数据库的建立；在土地调查数据的检查过程中，需要进行图形和属性的一致性检验，涉及数据采集及编辑；在图斑检查时，还需建立拓扑关系，涉及空间分析；土地利用现状数据库的建立过程中，需要对基础图件进行扫描矢量化，涉及图像配准及矢量化；在建立图形数据库及属性数据库的过程中，涉及数据编辑及管理以及拓扑关系的建立［4］。生成土地利用现状图涉及专题地图的制作及图形整饰。可见，在专题实验过程中，不但让学生熟练掌握了软件各模块的使用方法，同时也结合各专业特点巩固了学生对理论知识的理解，强化了学生的行业应用能力。

（三）考核方式多元化

在考核方式上可以灵活多变，将考核成绩分为考勤、专题报告、课堂提问、专题设计方案、上机考核五个部分，分别占总成绩的10%、20%、10%、30%、30%。考勤是为了端正学习态度，认真对待GIS 课程。专题报告是为了鼓励学生自主收集相关学习资料，开阔眼界，了解本专业开设GIS 课程的重要性，激发学生的求知欲。课堂提问是为了让学生有效利用课堂时间，不消极怠慢，及时消化吸收课堂知识点。专题设计方案是鼓励学生自主设计、自主创新，有利于引导学生脱离死记硬背，以实践应用为主，提高学生的积极性及应用能力。上机考核是为了检验学生的GIS 软件操作能力及应用能力。从成绩分配来看，GIS 考核主要强调实验、实践部分的重要性。

（四）完善实验室配套设施

完善实验室内相应的GIS 所需的软硬件，高校应在实验室配置相应的打印机、扫描仪、绘图仪、投影仪等硬件设施，在实验室电脑安装相应的ArcGIS、MapGIS、ErdasImagine 等GIS 软件及图像处理软件以及Mike21、Fragstats 等专业软件，让学生参与图形扫描、配准、矢量化、专题设计中，使学生在设计中实践，在实践中提升其成就感，在实验室内部安排图书借阅资料，学生可以根据GIS 课程的掌握程度借阅相关书籍。

（五）加强扩展学习能力

首先，学习能力的扩展。教师可给学生推荐优秀的GIS学习论坛、微信公众号及GIS 网站，鼓励学生学习国内外先进的GIS 相关知识。

其次，行业应用的扩展。在学生已经熟练掌握GIS 软件模块及空间分析应用的基础上，教师应适度加强扩展训练学习。农业水利工程专业学生可以在掌握图形矢量化、缓冲区分析及叠加分析的基础上适度开展生态需水量分析来解决农业缺水现状。土地资源管理专业的学生在掌握图形矢量化、数据库的建立、统计分析后适度结合生态模型开展土地利用现状的破碎度分析来开展土地利用类型的格局优化研究。通过行业应用的扩展训练，不但加强了学生基础知识学习，也让学生认识到学科交叉的优势。

最后，学习深度的扩展。每个学生的理解能力及接受知识程度不同，在授课过程中也应因材施教。教师可以根据学生的学习效果适度鼓励学生开展平台二次开发及组件式开发的学习。

三、结语

非测绘专业地理信息系统的实验教学应从实验安排的连贯性、内容的科学性和可操作性出发，符合专业特点，加大专题实验教学力度，优化实验内容以及考核方式，为学生营造良好的实验环境，鼓励学生学习先进的GIS 应用方法，提高学生的自主学习能力和创新能力，使学生所学知识贴合行业发展现状，应用能力满足市场需求，从而实现非测绘专业地理信息系统实验教学的目标。