本科生《地理信息系統概論》實驗課內容體系設計研究

廖順寶

摘要：《地理信息系統概論》是地理學及其他相關學科專業低年級本科生的專業基礎課程，理論與實踐相結合是學好這門課的基本方法。實驗教學既可以加深對理論知識的理解，又可以讓學生熟悉和掌握基本的GIS軟件功能，為進一步深入學習和應用GIS奠定基礎。按照實驗內容覆蓋理論課核心內容、實驗內容顯示度高并能激發學生實驗興趣、實驗內容可伸縮等原則，設計安排了15項實驗內容，其中10項為必選實驗，5項為可選實驗，并設置了每項實驗的主要內容。為了取得良好的教學效果，在《地理信息系統概論》實驗課的實際教學中，理論課與實驗課最好由同一主講老師擔任，實驗課與理論課在總體進度上應保持基本一致，同時，做到平時上機練習與提交實驗報告相結合。

關鍵詞：地理信息系統概論；教學；實驗：設計

地理信息系統（GIS）是集計算機科學、地理科學、測繪學、遙感學、環境科學、空間科學、管理科學等科學于一體的新興邊緣學科。從1963年RogerTomlinson創建世界上第一個地理信息系統——加拿大地理信息系統（CGIS）至今，GIS已經經歷了50多年的發展歷程。我國GIS高等教育從20世紀80年代末起步，至今也有近30年的歷史。目前，我國已有500多所高等院校設立了與GIS相關的專業，其中有200多所高校建立了GIS實驗室，已經出版發行了一系列與GIS有關的教材、參考書以及實驗教程。

隨著GIS技術在科研、教學、環保、應急救災以及國民經濟等各行業的廣泛應用，《地理信息系統概論》已經成為許多學科和專業的必修課程，是學生進一步深入學習GIS技術的基礎。《地理信息系統概論》以前通常在大二開設，開設時間一般為一個學期，但隨著招生專業的淡化（逐步實行按大類招生），該課程有提前開設的趨勢。《地理信息系統概論》的教學內容包括理論和實驗兩部分，二者相輔相成，缺一不可。那么，如何在有限的時間內，既能讓學生較好地掌握GIS理論、方法和原理，又能使學生增強自己的實際動手能力、掌握GIS技術呢？實驗課內容的設計與安排就顯得尤為重要。

一、開設實驗課的目的

《地理信息系統概論》實驗不是一門獨立的課程，而是與《地理信息系統概》理論課相輔相成的。實驗課的目的主要包括兩個方面：一是通過上機實驗，進一步加深對理論知識的理解；二是通過上機實驗，熟悉、掌握一些基本的GIS軟件功能，為進一步深入學習和應用GIS技術奠定基礎。

二、實驗內容體系設計原則

（一）實驗內容能覆蓋理論課的核心內容，但并非完全同步

《地理信息系統概論》內容較廣，且不同的教材側重點有所不同，其核心內容主要包括：GIS數據結構、空間數據采集與編輯、空間數據坐標變換、空間數據結構變換、空間數據內插、空間數據庫、空間數據查詢、空間數據庫索引、數字地形分析、空間疊置分析、空間鄰近度分析、空間網絡分析以及GIS與應用模型的結合、應用型GIS的設計與評價和GIS產品的輸出與設計等。因此，實驗課在安排上應覆蓋上述核心內容，但在實驗內容的先后順序上不一定與理論課完全同步，因為理論課教材并非實驗課的操作手冊。理論課與實驗教學雖然具有較強的關聯性，但也有相對的獨立性。

例如：一些教材把GIS產品的輸出設計這一內容安排在理論課的最后，但完全可以把相應的實驗提前，甚至放在第一位。地圖制圖產品的設計與輸出是GIS軟件的基本功能，也是經常要用到的功能之一。把它作為第一個實驗的內容，有助于學生建立起與GIS軟件的“感情”。因為，在學習《地理信息系統概論》以前，學生們一般已經有了《地圖學》的基礎，但在《地圖學》的學習中可能并沒有上機實驗，通過這一實驗，必將加深他們對GIS的理解與認識。

（二）實驗內容有顯示度，能激發學生上實驗課的興趣

《地理信息系統概論》作為本科生的一門專業基礎課程，不論是理論課還是實驗課，其學習的時間都是有限的。因此，如何在有限的學時內讓學生掌握更多的東西就顯得尤為重要。就實驗課而言，應盡可能安排一些有顯示度、能體現GIS特色、能激發學生學習興趣的實驗。

地理空間數據的采集與編輯是地理信息系統建設中非常重要的組成部分，往往會消耗整個GIS工程項目中大部分的時間、人力、物力和財力，但數據采集與編輯實驗比較費時、枯燥，顯示度不高，不易激發學生的實驗興趣，而且完整的數據采集與編輯實驗還需要數字化儀、掃描儀等輸入設備。因此，這樣的實驗可以少安排，在時間有限的情況下甚至可以不安排，取而代之的是讓學生參觀GIS實驗室相關設備，請相關實驗室老師或行業從業人員介紹相關情況。

相反，對一些實驗內容有顯示度、能有效激發學生興趣的實驗則可以多安排。例如：地圖投影轉換、矢一柵相互轉換、疊置分析、緩沖區分析、數字地形分析等，這些實驗既能充分體現GIS技術的特點，又能讓學生很快見到實驗效果，能大大激發學生上實驗課的興趣，且不用太長的時間，因此，對學生學習GIS軟件，了解、掌握GIS的基本功能具有較大的幫助。

（三）根據學生人數和水平差異，實驗內容的可伸縮

筆者通過多年的《地理信息系統概論》教學研究發現，GIS實驗課的進度、效果與學生的基礎、教學班人數之間有明顯的關系。學生基礎好、教學班人數少，實驗進度就快，實驗效果也好；反之，實驗進度慢，實驗效果差。

因此，在實驗課內容體系設計時應充分考慮到這些因素。通過設置必修實驗內容和選修實驗內容，兼顧不同學生的基礎和教學班人數等因素。當學生基礎好、教學班人數少時，在完成必修實驗內容的基礎上進一步完成選修實驗內容：當學生基礎差、教學班人數較多時，可以只進行必修實驗的內容。這樣既可以保證核心實驗內容的完成，又可以兼顧不同學生的特點。

三、實驗課程的主要內容

根據上述原則，以ArcGIS系列軟件中的ArcMap軟件為例，按照一個學期15周（正常情況下一個學期為18周，但需扣除長假、小長假和復習考試的時間）的時間，根據時間有限、突出重點、實驗高效的原則，共設計15項實驗內容，其中10項為必須進行的實驗，其余5項可根據實驗進度全部或部分選擇使用。具體情況如附表所示。

四、實驗教學的實施

（一）理論課與實驗課最好由同一主講老師擔任

理論講授與實驗教學是《地理信息系統概論》教學過程中兩個相互支持、密不可分的有機組成部分。實驗教學絕不是一門單獨的上機實驗課，而是理論課的自然延伸和拓展，是學生掌握理論知識的必要補充。因此，每次實驗課之前，首先要讓學生明白實驗的目的，實驗對應于理論課上的內容，然后才是實驗內容和具體操作。只有這樣，才能使理論與實踐互不脫節，互為補充。而要做到這一點，最好、最簡單的辦法就是讓理論課與實驗課由同一主講老師擔任。

（二）實驗課與理論課的總體進度保持基本一致

雖然不要求實驗課與理論課在進度上保持完全一致（事實上也很難做到完全一致），但作為《地理信息系統概論》的有機組成部分，實驗課與理論課在總體進度上應保持基本一致。這樣在一定程度上能起到“理論指導實踐、實踐支持理論”的作用。否則，將會出現“理論與實踐脫節，理論課與實踐課相互獨立”的情況，教學效果將會大打折扣。

（三）實驗練習與實驗作業提交相結合

筆者在實際教學中發現，對老師所講解的一些實驗內容，學生在課堂上看似明白了，但實際上并未真正理解和掌握。理論課如此，實驗課也是如此。檢驗理論知識是否理解和掌握，可以通過考試的方式進行：而對于實驗內容是否真正理解和掌握，則可以通過提交實驗報告的方式得到驗證。合格的實驗報告應該包括實驗名稱、實驗目的、實驗所用的數據、實驗方法、實驗結果和結論等內容。通過實驗并撰寫實驗報告，可以使學生更加全面、系統地理解實驗目的，掌握實驗方法。因此，平時的上機實驗練習與定期提交2～3次實驗報告（作業）相結合是提升實驗課教學效果的有效方式。

五、結語

理論與實踐相結合是學好《地理信息系統概論》的基本方法。合理選擇與安排實驗內容，不僅有助于學生通過實驗加深對方法原理的理解，同時，也有助于學生更加高效地掌握GIS軟件的操作技能，有助于地理信息系統從理論走向實際，從實驗室走向社會經濟等各個領域。因此，在《地理信息系統概論》教學中，老師必須做到理論講授與實驗教學并重，并合理選擇和安排實驗內容。

責編：曉成endprint