地理信息系统(GIS)课程实验教学研究

！　！　＝　墅　实验技术与管理　第２５卷第１ｌ期２００８年１１月　ＣＮｌｌ一２０３４／Ｔ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｖ０１．２５　Ｎｏ．１ｌ　ＮＯＶ．２ｏｏ８　地理信息系统（Ｇ　Ｉ　Ｓ）课程实验教学研究　田　雨，卢秀山，独知行，张　蕾　（山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛２６６５１０）　摘要：地理信息系统课程ＧＩＳ作为实践应用性很强的专业基础课程，实验教学方法目前还不完善，针对　该课程发展快、理论与实践结合紧密的特点，在ＧＩＳ课程实践教学的基础上，探讨并提出了ＧＩＳ课程实验　教学的教学目标和教学方法设计。在实验教学中实施了３种实验教学方法，并对教学实践应用中的体会等　方面进行了阐述。　关键词：地理信息系统课程；实验教学；实验教学设计　中图分类号：Ｇ６４２．０　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－４９５６（２００８）１１－０１５３－０４　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｃｏｕｒｓｅ　ＴＩＡＮ　Ｙｕ，ＬＵ　Ｘｉｕ—ｓｈａｎ，ＤＵ　Ｚｈｉ—ｘｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｄａｏ　２６６５　１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｃｏｕｒｓｅ　ｉｓ　ａ　ｂａｓｉｃ　ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　ｃｏｕｒｓｅ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｓｔｒｏｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｗａｙ　ｈａｓ　ｎｏｔ　ｂｅｅｎ　ｐｅｒｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｎｏｗ．Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｙｓ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｗａｙｓ　ｉｎ　ｅｘｐｅｒｉ—　ｍｅｎｔ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｏｆｆｅｒ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｗａｙｓ　ｄｅ—　ｓｉｇｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ａｌｓｏ　ｇｉｖｅ　ｔｈｒｅｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｗａｙｓ　ａｎｄ　ｔａｌｋ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉ—　ｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｃｏｕｒｓｅ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ　ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　地理信息系统（ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　域的分析应用和ＧＩＳ软件开发技术等方面，特别强　ＧＩＳ）是本世纪６０年代发展起来的一门融计算机　调学生的专业实践技能培养。学生单靠传统课堂教　技术、测绘学、遥感、应用数学、信息科学、地球　学和自主学习，在有限的课时内难以实现既定教学　科学于一身的综合和集成的信息技术，为采集、量　目标。实验教学作为该课程的重要和关键的教学环　测、存储、分析、管理、显示、传播和应用于地理　节，通过对课程实验教学内容的设计和实施，不仅　和空间有关的数据提供了有效的手段＿ｌ　Ｊ。这一技　能够加强课程知识点的理解和掌握，而且可以培养　术自问世以来，得到了迅速发展和广泛应用。自　学生的动手实践技能和创新精神，实现ＧＩＳ课程教　１９９８年７月教育部批准新设地理信息系统本科专　学目标。　业后　，国内具有一定教学和研究基础的高校都　积极创办了ＧＩＳ工程专业。ＧＩＳ课程是该专业的核　１　ＧＩＳ课程实验教学目标确定　心课程之一，它的教学内容紧凑，理论知识集成度　ＧＩＳ课程的实践性强，实验教学内容信息量非　高，实践操作性强，在空间数据采集与数据库建　常大，通过有限的实验教学课时，强化ＧＩＳ基础理　立、软件系统操作、系统建立和维护、面向特定领　论的理解与应用，培养学生动手能力和系统分析、　收稿日期：２００７－１２—２９　设计、开发、管理的综合素质，是实验教学环节着　作者简介：田雨（１９７１一），男，山东省泰安市人，博士研究生，　重考虑的问题。　副教授，研究方向：地理信息系统教学及ＧＩＳ应用　根据课程课堂理论教学内容与实验教学内容相　基金项目：山东省教育厅测绘工程试点专业教学改革项目　结合的原则，从需要掌握的知识点的系统性和整体　（２００６０１０５）．　性出发，对理论知识体系和课程实验内容进行科学　实验技术与管理　的分析和整合，确定实验教学的设计思路和实验教　学目标。ＧＩＳ课程实验教学内容主要包括：ＧＩＳ软　件平台工具的使用和基本操作、地理空间数据输入　与编辑处理、地理信息属性数据库建立、属性数据　与图形数据连接、简单空间信息查询建立、空间分　析实验、用户界面设计、专题制图、应用系统开发　设计等　。　根据以上内容，确定实验教学目标是以系统分　析方法和面向对象的技术应用为主，并辅以地理模　型构建和专业软件应用模块支持。实验安排上首先　以ＧＩＳ中信息的获取、处理分析、可视化等的感性　认识和学习为主，然后进行ＧＩＳ的实验案例教学，　最后通过课程设计将全部ＧＩＳ的应用设计方法串　联，使学生能够分析、设计、开发一个小型ＧＩＳ原　型应用系统。通过实验教学使学生了解ＧＩＳ软件的　使用，掌握常规地学数据的属性和图形、图像处理　方法；体会ＧＩＳ开发的步骤过程，学会简单的ＧＩＳ　应用系统的开发制作；培养利用ＧＩＳ专业软件开发　应用系统的能力。确定实验教学目标的指导思想　是：注重学生ＧＩＳ知识的提高、学生操作技能的培　养、学生逻辑思维能力的培养及学生软件设计能力　的培养，达到掌握方法、培养能力的目的。　２　ＧＩＳ课程实验教学方法设计　ＧＩＳ作为一门多学科交叉的课程，有地理模型　理论方法与计算机信息处理基础两个方面。实验教　学同计算机单一程序设计类课程的实验教学有较大　的差异，其实验不仅有实验者完成地学问题的分　析，而且需要设计专门的地理信息处理软件算法　等，既不能仅重视单纯软件使用技术而忽视地理学　科专业知识，也不能对地学问题缺乏模型化的计算　机描述和表示　ｊ。基于以上认识，在对ＧＩＳ实验　教学中，要让学生既理解所学知识，又掌握信息化　处理的方法，让学生将二者真正掌握起来。根据近　年来我校测绘、地信、水文、资源等专业实施ＧＩＳ　实验教学的实践，针对ＧＩＳ实验的特点设计实施了　以下实验教学方法。　２．１演示型实验教学设计　在ＧＩＳ实验教学中根据教学内容适时设计一些　内容新颖、手段先进的演示型实验。演示型实验的　目的是解决学生在ＧＩＳ实验时的感性认识问题，即　让学生知道实验内容中的软件功能模块主要功能是　什么。一般方法是教师首先演示一个已经开发好的　与实验内容相配套的演示软件，讲解实验中地学问　题或模型的ＧＩＳ软件处理过程的基本结构、基本功　能，分析其处理原理和处理地学信息的基本流程，　然后学生模拟操作，按照演示系统设定的业务流程　或自行选择演示方式和模式，完成相应的地学模型　任务，了解实验软件的处理运作方式，即地理模型　是如何在ＧＩＳ应用系统中实现，ＧＩＳ是如何将信息　技术与地学模型相结合。在实验结束后，分析与评　价该演示系统各个模块的功能和演示结果。　设计演示型实验的难点在于开发一套结构严　谨、演示功能完备的ＧＩＳ实验教学演示系统，合理　地将地学原理和软件的运行处理完美结合，还要注　意实验教学内容中实验数据的选择和使用，针对专　业学生知识背景和专业方向设置不同的演示内容。　为此，我们针对我校地学专业的具体课程安排，自　行开发了若干ＧＩＳ课程实验教学演示系统，结合学　校引进的专业ＧＩＳ软件和综合实验平台，建立了专　门的实验室，为各专业学生提供了ＧＩＳ实验环境，　因此能满足不同专业的实验教学要求。通过综合实　验平台的演示实验教学，使学生在深入学习和理解　ＧＩＳ基本原理和方法的基础上，从地学模型思想、　数据处理软件、ＧＩＳ应用系统３个层次理解和掌握　ＧＩＳ如何实现地学数据、地学模型、信息集成系统　的统一，如何实现从信息采集、数据分析管理、信　息处理结果可视化等各个环节有效地管理整个地理　信息，乃至最终将系统高度集成，真正将ＧＩＳ的相　关知识融会贯通。　在ＧＩＳ空间分析原理实验教学中，运用自行开　发的ＧＩＳ空问分析实验演示系统，将地理空间分析　中的叠加分析、缓冲区分析、网络分析等实验内容　清楚明确地展示给学生，在实验教学中发挥了演示　型教学设计的重要作用。图１为ＧＩＳ空间分析实验　演示系统示例。　图１　ＧＩｓ空间分析实验演示系统示例　田雨，等：地理信息系统（ＧＩＳ）课程实验教学研究　１５５　２．２案例型实验教学设计　２．３设计型实验教学设计　演示型实验教学虽然能够让学生参与实验教学　内容的评价和分析，但学生还是在实验教学过程中　处于被动学习的地位，真正让学生动手去开发一个　设计型实验教学可以结合案例实验教学中的系　统分析与设计模块部分，这两部分比较适合采取设　计实验的方式进行。设计型实验的难度较前两种实　验要大，它是建立在参观调查、案例演示、情景模　拟的基础之上的，所以比较适合在实验课程的后期　专题应用ＧＩＳ，还需要针对具体案例来进行。为　此，在演示实验教学的基础上，我们又设计实施了　案例型实验教学设计方法。该方法目的在于让学生　通过实验前观察和调查学习，并且实际参与一个专　实施，也可利用课程设计来完成。实验设计的内容　不仅包括程序的编写和调试，同时也要求学生以某　题ＧＩＳ应用系统的开发过程，剖析ＧＩＳ系统是如何　从系统选型的初始状态开始，逐步演变为原型系　统，直至系统成型并经过测试，形成可运行实用系　统状态的。通过具体的实验案例剖析，使学生在案　例实验学习中分析并掌握ＧＩＳ系统开发的整个过　程。表１为几种ＧＩＳ课程案例型实验设计示例。　表１　ＧＩＳ课程案例型实验设计示例　在实验案例的选择上，着重选择了ＧＩＳ实验课　任课教师平时科研工作中的部分已有成果和高年级　学生的课程设计中的基本资料作为实验案例。在实　验教学组织中采用理论知识学习和案例实验开展共　同进行，根据课程案例实验的进度安排，可以采用　以下几个基本实验环节：　（１）模拟开发单位专题项目的系统开发设计方　案并进行讨论分析；　（２）根据实验项目进行分组调查；　（３）调查结束后，各小组讨论系统分析和系统　设计；　（４）系统原型的建立；　（５）原型系统设计分析评价；　（６）系统实际试用和完善修改。　该案例实验教学过程中要达到每个实践环节基　本上与理论教学同步，各个阶段有明确的要求。这　种将各环节实验、案例分析和讨论与理论知识讲解　等相互结合的方法，从实际实施情况来看，学生的　学习积极性明显调动，实验教学效果显著提高。　一具体的系统设计开发过程为背景，从系统管理、　关键技术和运行评价等方面分析建立该系统的必要　性，分析具体开发的业务流程和数据流程，在此基　础上进行系统的功能设计、代码设计、数据库设计　以及输入输出设计，完成实验设计的程序代码编写　与调试、初始数据的录人等实验内容。　按照ＧＩＳ的基本原理以及开发方法，通过选择　某一个地理专题应用系统开发为背景来进行设计型　实验教学，强调的是培养和提高学生的应用实践能　力。在进行课程实验教学时要注意：　（１）选择一个合适的地理专题应用开发系统　（地学原理应用和表现要明显规范，专题处理的流　程要健全）；　（２）确定系统分析、系统功能模块设计等为实　验的重点内容；　（３　）适当划分实验设计任务，成立实验设计项　目小组，培养学生的组织能力、团结协作精神和竞　争意识，提高学生的综合素质和能力。　表２为几种ＧＩＳ课程设计型实验设计示例。　表２　ＧＩＳ课程设计型实验设计示例　在设计型实验实施过程中，指导老师要围绕实　验过程中的难点和关键点组织学生讨论和现场演示　模拟，锻炼学生解决实际问题的能力，并对学生在　系统开发过程中每一阶段的实验结果进行归纳总　结，让学生在实验中通过观察、运行、分析、评价　几个过程，加强对专题系统设计开发的认识。　１５６　实验技术与管理　３结束语　ＧＩＳ作为地理信息系统、资源等专业的重要　专业基础课程，在教学和实验过程中要强调多种　学科知识，尤其是地学专业知识、信息管理和计　算机软件开发知识的融会贯通。ＧＩＳ实验教学实　践证明，采用演示实验教学、案例实验教学及设　计实验教学这种渐进的、动态的实验教学环节，　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ｝：　［１］龚健雅．地理信息系统基础［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．　［２］教育部高教司．普通高等学校本科专业目录和专业介绍［Ｍ］．　北京：高教出版社，１９９８．　［３］汤国安，陈正江．ＡＲＣＶ１ＥＷ地理信息系统空间分析方法　［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２．　［４］樊红．ＡＲＣＶＩＥＷ应用与开发技术［Ｍ］．武汉：武汉大学出版　社，２００１．　改变了传统ＧＩＳ实验教学的单一性、可接受性　差、强迫性等实验教学特征，学生在实验教师的　指导和参与下，能够在有限的实验课时内，更好　地将课程基本理论知识和实践应用相结合，增强　了学生独立思考的能力，提高了学生的综合素质　和实际动手技能。　［５］承继成，李琦．数字城市——理论、方法与应用［Ｍ］．北京：　科学出版社，２００３．　［６］况颐．ＧＩＳ实验室系统组成和管理模式初探［Ｊ］．实验技术与管　理，２００３，２０（４）：１３３－１３５．　［７］罗德安，廖丽琼．“ＧＩＳ软件应用”课程的综合性实践教学体　系建设［Ｊ］．四川测绘，２００６（４）：１８７．１８９．　［８］王淑晴．“地理信息系统”课程教学中学生综合能力的培养　［Ｊ］．中国地质教育，２００５（３）：９９．１０１．　（上接第１２７页）　之而来。在未来的２年里，网络与安全实训环境将　积极利用校园网络平台，实现开放式实训，提高设　备利用率，强化专业学生动手能力培养。此外，实　训环境将进一步加强网络安全方面的设备投入和增　加教学内容，如增加病毒库建设和入侵检测设备，　跟踪网络安全前沿技术，为网络安全技术专业实践　教学提供有力支撑。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　［１］沈才梁，王常亮，宋雯斐，等．高职计算机信息管理专业社会　调查及培养方案研究［Ｊ］．计算机教育，２００５（１０）：７１．７３．　［２］沈才梁，宋雯霏．高职计算机类课程上机实践环节教学研究　项目组考核分Ａ、Ｂ、Ｃ　３个等级。学生考核　方法分为２个部分：项目组评级和组内考核。小组　项目实施完成后，教师对每组进行项目组评级，而　组内考核则由项目组长根据分工完成的项目情况对　组员进行考评。项目小组长只有该项目被评为优秀　的前提下才有可能评为优秀。一个项目小组被评为　优秀，其每位小组成员不一定被评为优秀，需要根　据其在小组的分工和实际表现而定。　３．３．３不断丰富和完善实训环境　计算机网络与安全实训环境的建设是网络技能　课程建设的先决条件。目前，该实验室的设备完全　［Ｊ］．三峡大学学报：人文社会科学版，２００５（ｓ１）：　２７２—２７３．　满足实训项目教学需要，在省内高职院校中暂处于　领先地位。今后在安全方面要进一步加大投人，尤　其是防火墙、网络攻防、病毒库实验等需要进一步　引入相关设备。　３．３．４强化教学经验日趋丰富的师资梯队　项目组对实训内容和教学模式均有一个相对完　［３］满文庆．电子类专业“计算机网络技术”课程及其教材的思考　和建议［Ｊ］．计算机教育，２００５（８）：７６—７７．　［４］余月，郭秋滟．计算机网络实验教学改革探索［Ｊ］．科技信息：　学术版，２００６（６）：３ｌ９．　［５］饶云波，张应辉，周明天，等．高职院校计算机网络技术教学　探讨［Ｊ］．福建电脑，２００６（２）：１７６—１７７．　［６］徐钦桂，杨桃栏．计算机网络课程教学改革的体会［Ｊ］．中国　科技信息，２００６（１０）：２５１—２５２．　善的方案，确保实训教学高质量地进行。讲授网络　技术课程的所有教师，均需接受有关教学内容和教　学模式方面的培训。目前，主讲网络技术实践课程　的教师共有６人，５人讲师以上，其中副高以上２　人，５人有网络技术相关职业资格认证。　［７］东北大学校网络实验室构建方案［Ｊ］．中国现代教育装备，　２００６（１）：１０５—１０６．　［８］赵杰．论高职院校网络攻防实验室设计与建设［Ｊ］．黑龙江科　技信息，２００７（２）：５３．　４结束语　网络与安全实训环境建设及实践教学模式研究　为计算机网络工程技术人才培养进行了有益探索。　随着课程实践教学的深入，一些问题和矛盾必将随　［９］尹少平．高职高专院校计算机网络课程教学改革探讨［Ｊ］．太　原教育学院学报，２００６（ｓ１）：ｌｌＯ—ｌ１１．　［１０］肖荣．“任务驱动”下的计算机专业课程教学实践与探索　［Ｊ］．华ｊＥ航天工业学院学报，２００４（２）：５ｌ一５２．