GIS課程實踐教學改革

石云

摘要：根據地理信息系統（Geographic Information System）專業人才培養的需求，在寧夏大學GIS專業選修課ArcGIS軟件應用課程中，采用面向專題應用的GIS課程實踐教學改革方法，通過設計學生熟悉的GIS專題應用案例進行實踐教學，對課程的教學內容、教學組織等進行了探索研究。通過三年教學實踐，從專題出發讓學生主動參與完成的教學綜合實例，調動學生的興趣，提高學生的創新能力，并取得了良好的教學效果。通過面向專題應用的GIS課程實踐教學改革，為寧夏GIS專業技術人才的培養起到了積極的作用。

關鍵詞：GIS;ArcGIS;專題應用;實踐;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）20-0103-02

地理信息系統（Geographic Information System）是20世紀60年代初期發展起來的一門新興學科，它是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術。它在最近的30多年來，隨著計算機的飛速發展，而得到迅速的發展和普及，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，成為一個跨學科、多方向的研究領域[1]。近年來，大批學校開展GIS專業學位教育，也有面向多種專業需求的GIS應用教育[2]，如交通工程、水資源管理、城市規劃專業等，對地理信息系統專業和相關課程的教學提出了更高的要求。對于地理信息系統專業的教學，需要針對本專業以實踐為主的特點，充分把握課程實踐教學環節，使學生在實踐過程中能夠應用GIS技術解決專業實際問題，同時將GIS課程基本概念理論融會貫通，從而達到培養GIS專業人才的目標[3，4]。

面向專題應用的實踐教學模式突出學生“在專題應用情境中、在實踐中學習”，強調學生的專業應用技能培養[5，6]。本文以寧夏大學資源與環境學院地理信息系統專業實施GIS課程實踐教學改革為背景，在GIS專業選修課ArcGIS軟件應用課程中選擇面向專題應用的教學模式，結合與ArcGIS軟件空間分析功能模塊，在教學實踐環節中以“專題應用”的形式將這種新型教學模式引入ArcGIS軟件應用課程實踐教學之中，并取得了良好的教學效果。

一、教學背景

寧夏大學資源與環境學院地圖與地理信息科學專業自2001年開始招生，2011年獲得碩士學位授權，目前專職教師10人，其中教授1人、副教授5人、博士4人，平均年齡37歲，學術隊伍相對比較年輕。隨著GIS專業的不斷發展，學生專業學習和就業的需求，對GIS專業教師提出了更高的教學、科研、實踐要求，本專業教師加強了實踐學習，申請相關教育教學的改革項目，對地理信息系統專業課程進行教學內容、授課形式、考試方式、教學效果等多方面的探索和實踐，同時組織學生參加各類創新項目。通過教學改革，為學生提供了更好地學習GIS專業知識和軟件平臺的實踐教學，教師的教學水平也不斷提高。

二、專題應用實例

ArcGIS10由美國ESRI公司開發，于2010年夏季發布，它代表了ArcGIS最新、最主要的產品，是目前最流行的地理學專業應用研究與空間分析工程處理與分析的計算工具。ArcGIS軟件應用于GIS課程實踐教學專題，包含ArcGIS空間處理的主要內容，如矢量數據空間分析、柵格數據空間分析、空間統計分析、3D分析和空間數據管理等[7]，基于ArcGIS軟件的空間分析功能來完成GIS應用專題的開發與實現。在教學實踐過程中，結合相關教師的科研方向設計了6個實踐教學專題如表1所示。

1.市區選址分析。緩沖區表示該點、線、面矢量實體某種屬性的影響范圍，它是地理信息系統重要的和基本的空間操作功能之一。市區選址分析專題通過對影響房地產價格的道路、學校、商業網點、名勝古跡等因子進行緩沖區分析、疊加，是比較典型的涉及到緩沖區分析、疊加分析的專題[7]。實踐內容涉及ArcGIS軟件的分析功能模塊，專題包括點、線、面數據的緩沖區原理驗證分析、緩沖區分析、多邊形疊加分析的實際地理應用。

2.尋找最佳路徑分析。在ArcGIS的空間分析功能模塊是關于柵格數據的空間分析，主要功能有：距離制圖、密度制圖、表面生成、表面分析、統計分析、重分類、柵格計算等。尋找最佳路徑分析應用到距離制圖中的成本路徑及最短路徑、表面分析中的坡度計算及起伏度計算、重分類及柵格計算等功能。

3.退耕還林還草規劃。退耕還林還草規劃專題重點對矢量數據進行疊置分析，疊置分析基本的處理方法是根據兩組多邊形邊界的交點來建立具有多重屬性的多邊形或進行多邊形范圍內的屬性特性的統計分析。實踐教學內容包括對矢量數據和柵格數據的疊置分析這兩部分。此專題中包括聯合、求交集、篩選等多種ArcGIS分析功能模塊中的工具。

4.黃土高原丘陵溝壑區侵蝕溝道提取。黃土高原丘陵溝壑區侵蝕溝道提取專題要求學生應用ArcGIS空間分析模塊提供的水文分析工具對黃土高原丘陵溝壑區數據進行水流方向確定、洼地填平、水流累計矩陣的生成、溝谷網絡的生成以及流域的分割等分析，最后結合遙感影像對提取溝道和匯水面積數據進行驗證。

5.綜合專題。以小組為單位，確定相應的專題，按搜集數據、分析處理數據、空間分析過程、空間分析結果等空間分析步驟，完成一個專題的完整空間分析過程。學期最后一節課為成果展示課，要求綜合專題完成人進行答辯，制作PPT并對項目進行闡述。整個綜合專題實例從學生自己感興趣的方面去做空間分析，調動學生的積極性和創造性。近三年來，GIS課程實踐教學改革實施的相關班級，有趣的綜合專題實例不斷涌現：GIS分析女性化妝品的選擇、空間分析解析抗日戰爭、全國剩女分布分析、銀川市公共衛生間分布分析、吳忠市清真寺分布分析等，大家在分析過程中集思廣益，調動每個學生的積極性。通過這樣的綜合專題實例，學生做到了熟練應用ArcGIS軟件，更加理解了GIS專業知識，相關綜合專題實例分析及空間分析工具如表2所示。

三、結論

選擇ArcGIS軟件應用課程作為GIS實踐教學改革的專業課程，結合不同專題的應用使用ArcGIS相應的空間分析功能模塊，讓學生在熟悉的專題中學習理解GIS相應的空間分析功能，這樣可以充分調動學生的積極性和創造性。一方面，學生在專題實例的分析過程中，掌握相應的ArcGIS軟件空間分析功能模塊，在專題實例的學習中，激發學生學習的積極性和熱情;另一方面，在實踐應用過程中，通過不同空間分析模塊的應用，加深學生對GIS的基本知識和概念的理解。最后，通過綜合專題實例單元，調動學生自身的創造性思維，從身邊實例出發，選擇自己喜歡的專題實例，通過收集數據、大量查閱文獻資料、不斷創新思路來優化自己的應用專題設計，在這個過程中能培養學生的創新思維和動手能力

通過ArcGIS軟件應用課程的實踐教學改革，學生在專題應用中學習了GIS平臺ArcGIS，通過其空間分析功能模塊的應用達到對GIS空間分析功能的理解和掌握。在教學實踐實施的近三年來，多名GIS專業本科學生紛紛踴躍參加學校組織的科技創新立項活動及挑戰杯等活動，都取得了不同的獎項，這極大地鼓舞了學生科技創新的熱情，更激發了學生對GIS專業的理解與熱愛，通過GIS課程實踐教學改革，為寧夏的GIS專業技術人才的培養起到了積極的作用。

參考文獻：

[1]李建松.地理信息系統原理[M].湖北：武漢大學出版社，2006：1-15.

[2]黨安榮，劉釗，賈海峰，等.面向應用的高校GIS教學探索與實踐[J].地理信息世界，2007，5（2）：9-14.

[3]邊馥苓.我國高等GIS教育進展特點與探討[J].地理信息世界，2004，2（5）：16-22.

[4]秦其明.中國高校GIS專業核心課程設置問題的探討[J].地理信息世界，2003，1（4）：1-7.

[5]喬閃.奧爾堡大學面向項目的高等教育體系[J].高等工程教育研究，2002，（2）：69-72.

[6]田雨，韓作振.基于ArcGIS面向專題應用的GIS課程實踐教學[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：46-49.

[7]湯國安，楊昕，等.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].北京：科學出版社，2007：233-241.