基于ArcGIS的地理信息系統實踐教學初探

陳鋒銳

摘 要： 針對地理信息系統理論性和實踐性都很強的特點，結合培養新型專業人才的社會需求，文章采用ArcGIS軟件開展地理信息系統實踐教學。從教學內容優化、增強學生學習興趣、教學模式、實驗組織和考核指標等方面進行探討，以期有效促進學生對知識的理解和掌握，達到預期的教學效果。

關鍵詞： 教學改革； 實踐教學； 地理信息系統； ArcGIS

中圖分類號：TN911.72 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）12-72-03

Preliminary discussion on the practice teaching of geographic information

system based on ArcGIS

Chen Fengrui

（College of Environment and Planning， Henan university， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： For the characteristics of GIS （geographic information system） that both theoretical and practicality are strong， combining with social demand of cultivating new type talents， ArcGIS software is used to carry out the practice teaching of GIS. A series of reform measures to promote students to understand and grasp of knowledge are discussed in this paper to optimize teaching contents， improve teaching methods and achieve the expected teaching effect.

Key words： teaching reform； practice teaching； geographic information system； ArcGIS

0 引言

地理信息系統（Geographic Infromation System，GIS）是20世紀60年代初發展起來的一門新興學科，它以計算機科學、數學和地理學為基礎，以地理信息的采集、處理、顯示和應用為內容的信息系統。近30年來，特別是進入21世紀后，GIS得到迅速普及，并廣泛應用于資源調查、環境評估、區域發展規劃、公共設施管理、交通安全等領域[1]。1997年教育部對我國高等教育專業目錄進行修訂，對部分專業進行壓縮，但在地理學下卻新增了GIS本科專業，授予理學和工學學位。據不完全統計，目前國內已有140多所高校開設了GIS專業，面向本科生和研究生傳授GIS方面的知識。

GIS是一門理論性、技術性和實踐性都非常強的課程，其課程設置一般分為理論課和實踐課兩部分。理論課主要在課堂上給學生講授GIS的相關理論知識，比如數據結構、空間數據處理、空間數據庫、空間分析、GIS應用模型、GIS設計與評價等。實踐課是指學生在教師的指導下使用GIS處理軟件，通過動手實踐理解和掌握GIS的原理和應用，實踐課在該課程的教學中起著十分重要的作用。通過實踐課可以激發學生的學習興趣，提高學生分析問題和獨立解決問題的能力，培養其創新意識。

雖然近年許多高校都重視實踐教學，但是學生的學習效果并不能完全令人滿意，很難滿足社會日益增長的對創新性專業技術人才的需求。主要原因有兩個方面：①現有實驗課程內容陳舊、設計重疊、內容銜接不上，無法顧及內容間的邏輯關系，這無形中增加了學生的理解難度；②教學方法單一，難以調動學生的主觀能動性。ArcGIS是美國ESRI公司推出的一款滿足不同層次用戶需求、可伸縮的GIS產品和解決方案，它代表了當前GIS行業的最高技術水平。本文采用ArcGIS軟件進行GIS實踐教學，從教學內容優化、教學方法革新等方面進行初步的探討，以期達到預期的教學效果。

1 教學內容的優化

由于GIS技術的迅速發展以及傳統教材的滯后性，目前GIS實踐教學內容普遍存在知識體系陳舊、理論知識與實際應用相脫節的問題[2]。當前實踐課的教學過分依賴理論課內容，沒有形成獨立的體系，不利于學生系統地掌握專業知識；此外，實踐教學課時數偏少，再加上忽視現代技術在實踐教學中的運用，學生綜合能力的培養受到了較大限制，導致實踐教學效果不理想。

課程內容和課程體系的改革是教學改革的核心內容，在設置教學內容時，不僅要考慮實踐內容的整體性，還要兼顧它們之間的邏輯關系。實踐課程從實驗內容的難易程度上可以分為基礎、提高、創新等三類[3]。基礎性實驗要求學生掌握該課程的基本理論、技術和方法，能完成基本的軟件操作等；提高性實驗鼓勵學生更加深入地學習并實踐所學課程，能更熟練地操作軟件，挑戰更有難度的課程內容等；創新性實驗培養學生的創新精神，讓學生在對所學課程知識融會貫通的基礎上，創新設計并靈活實現實驗內容。GIS課程內容十分豐富，鑒于課時安排的限制，不能對所有內容逐一實驗，必須有重點的選擇。我們在參考《地理信息系統概論》[4]、《ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程》[5]、《精通ArcGIS地理信息系統》[6]等書籍基礎上，結合GIS教學大綱與教學目標要求，對以上教程內容進行適當的合并和調整，選擇GIS中最重要的內容作為實驗教學內容，并以面向應用的形式提高學生的學習興趣，具體見表1。章節1-2屬于基礎性實驗，章節3-8屬于提高性實驗，章節9-10則是創新性實驗。例如：在學生學習空間分析功能之前，需讓他們了解地理數據的采集、組織和管理方式，掌握Shapefile和Geodatabase兩種數據存儲方法，以及數據的編輯、轉換和處理。

2 教學方法和手段的改革

⑴ 以問題為導向，激發學生的學習興趣。傳統實踐教學內容的設置主要以驗證性、認知性實踐內容為主。在課堂上，學生往往跟著老師的操作模仿一遍，很難調動他們的學習積極性，不利于學生對知識的了解和掌握。通過生動而精彩的應用案例如：社會關注的熱點，現代高科技等與生產生活密切相關的事情，引出新內容所要解決的問題，這樣可使學生的求知欲望立刻上升。此外，讓學生利用所學知識來解決實際問題，從而體會到知識的價值和重要性，激發他們學習課程的興趣和主動性。

例如購房問題，如何找到環境好、購物方便、小孩上學近的小區是購房者最關心的問題，這需要購房者針對以上因素對商品房的信息進行綜合分析，從而選擇最適宜的購房地段。基于該問題引出GIS中的緩沖區分析、疊加分析兩個內容。根據實際情況，首先對各項因素的影響力進行定義，詳見表2；然后對各因素進行緩沖區分析（圖1），并根據距離范圍確定得分；最后利用軟件的空間疊置分析功能計算綜合得分，并基于綜合得分選出最適宜購房區域。這樣做不僅可以創造良好的教學情景，而且使學生以問題為導向，在實踐過程中接受并消化知識。

⑵ 學生自學為主，教師引導為輔。傳統課堂的教學模式往往采用老師為主導的形式，然而由于ArcGIS功能十分強大，僅通過有限的課堂時間很難讓學生完全掌握該軟件。只有轉變傳統教學模式，采用老師引導為輔、學生自學為主的模式，方可讓學生系統地掌握該軟件。教師通常以提問的方式引導學生學習以及查看知識掌握情況。提出的問題可分為三類。①為新課鋪路。該類提問可創設一些懸念，激發學生的求知欲，引導學生在課下對新內容進行預習，為新課鋪平道路。②為突出重點難點而設立的問題。該類問題要求學生獨立思考，獨自動手完成。③總結式問題。該類問題一般在每節課的小結中進行，通過該問題，老師可以了解學生對所學知識的掌握程度。在此基礎上，提出更高一級的要求，引導學生深度掌握知識，達到融會貫通的程度。

此外，教師多走動也是體現其引導的有效途徑。由于學生在實踐中會遇到各種各樣的問題，尋求教師幫助是大多數學生的本能，因此教師要在實踐課上多走動，及時為學生解答，避免學生走彎路，引導實踐項目順利開展。

⑶ 建立學習小組。在自由結合的基礎上結合老師對學生能力、興趣、學習態度等方面的綜合了解，把學生劃分成多個小組，每組5-6人，并指定組長。每個實驗結束后，在小組成員共同討論基礎上，完成實習報告，并輪流在課堂上匯報；同時其他小組學生進行相應提問，報告者回答。通過這種方式增強小組間的交流，查漏補缺，加深學生對知識內容的理解。此外，在探索性試驗部分，由每個小組自行選擇題目（小組間不能重復），收集數據和資料，制定實驗方案，并最終完成實驗報告。這種小組式的實踐教學模式既增強了學生學習的積極性和團隊合作精神，同時強化了他們的表達能力，為今后他們走向社會奠定基礎。

⑷ 增加考核次數，考核形式多樣。許多高校對課程的考核，學期末考試成績占很大比重，這種考核方式可能導致學生平時不認真聽課，課后不認真復習，僅在期末考試前突擊學習，故這樣的很難真實反映學生的水平。

國外大學通常的做法是將考試分為若干次，每次考試的成績均按相應比例計入最終成績，這樣做一方面可以實時檢驗學生對實驗的掌握程度，另一方面可以督促學生學習。除了以考試形式進行的考核外，還可將平時考勤情況、作業情況、實習報告等內容也納入課程考核內容，根據學生的考試成績，參考學生的平時表現，綜合考核學生的理解、綜合和創新能力。筆者對該課程的考核采用如下形式：在最終成績的計算中，出勤占10%，實習報告占10%，平時考試成績占30%，期末考試成績占50%。實驗考試以具體的實驗為考核內容，要求學生在規定時間內完成操作，根據學生的操作情況進行成績評定。考核內容從實驗內容中隨機選擇，共選擇四個。每個實驗都要設置考核要點，老師根據考核要點的完成情況進行相應打分。這樣既能讓學生認真對待每一個實驗， 又能比較全面地評價一個學生的水平。

3 結束語

GIS是傳統科學與現代技術結合、多學科交叉的產物，已廣泛應用在不同的領域。該學科實踐性很強，這就要求GIS培養的人才不但掌握深厚的理論，還要具有過硬的動手能力。針對GIS實踐課程的特點，結合以往的教學體會，本文從實驗內容的優化選擇、教學方法革新等方面對該課程進行初步探討與設計，在實驗的過程中采用教師引導為輔，學生自學為主的教學模式。實踐證明，通過該課程的學習，不僅激發了學生的學習興趣和積極性，而且加深了他們對GIS概念和方法的理解和掌握，同時極大地提高了其動手能力和綜合運用GIS專業知識解決實際問題的能力，達到了良好的教學效果。

參考文獻（References）：

[1] 胡祎.地理信息系統（GIS）發展史及前景展望[D].中國地質大

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[2] 鄭貴洲，趙雷.地理信息系統（GIS）專業實踐教學系統構建[J].

測繪科學，2010.35（5）：250-253

[3] 蔡忠亮，李小歡，謝彩暈等.地理信息系統專業實驗課程的優

化設計[J].測繪通報，2015.5（7）：124-127

[4] 黃杏元，馬勁松，湯勤.地理信息系統概論[M].高等教育出版

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[5] 湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].

科學出版社，2006.

[6] 池建.精通ArcGIS地理信息系統[M].清華大學出版社，

2010.