張興國 張麗 王帥帥

摘 ? ?要： 文章針對(duì)地理信息科學(xué)教學(xué)中存在的問題，重點(diǎn)就教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了研究與探討。信息技術(shù)的飛速發(fā)展促使地理信息科學(xué)必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展，包括網(wǎng)絡(luò)電子地圖的地圖投影、視頻傳感器GIS應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，同時(shí)要開展多種形式的實(shí)踐活動(dòng)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，包括第二課堂、項(xiàng)目帶動(dòng)和科技活動(dòng)。

關(guān)鍵詞： 地理信息科學(xué) ? ?教學(xué)改革 ? ?實(shí)踐教學(xué)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地理信息科學(xué)（GIS）日益引起空間數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。GIS已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向行業(yè)應(yīng)用，從行業(yè)應(yīng)用走向大眾化。然而，GIS的教學(xué)內(nèi)容和方法并沒有因?yàn)槠鋺?yīng)用的拓展而相應(yīng)改革。究其原因，主要包括：（1）GIS相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛，相關(guān)教材、師資難以同步;（2）傳統(tǒng)教學(xué)方法難以滿足社會(huì)對(duì)GIS研發(fā)人員的旺盛需求。（3）高校教學(xué)的中心地位需要進(jìn)一步加強(qiáng)，相關(guān)政策應(yīng)提高對(duì)高質(zhì)量的理論教材、實(shí)驗(yàn)/實(shí)習(xí)教材、實(shí)踐活動(dòng)的支持力度，讓教師真正喜歡教學(xué)，并通過不斷進(jìn)步拓展教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法。綜上，我們在GIS大眾化背景下，面向社會(huì)對(duì)GIS人才的需求，探索GIS需要拓展的教學(xué)內(nèi)容，并就實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

1.GIS教學(xué)內(nèi)容拓展

隨著GIS的普及應(yīng)用，GIS學(xué)生不僅要掌握傳統(tǒng)領(lǐng)域的知識(shí)，更要了解大眾領(lǐng)域所使用的技術(shù)。同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，應(yīng)該在教學(xué)中引入相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。

（1）網(wǎng)絡(luò)電子地圖的地圖投影

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)電子地圖已經(jīng)完全融入生活，可以快速定位，提供詳細(xì)的地理信息。但是，在GIS專業(yè)教學(xué)中，對(duì)于其使用的技術(shù)方法并沒有介紹，對(duì)于其與GIS的集成更無涉及，這就造成專業(yè)的GIS人員對(duì)這些大眾化的地圖比較“陌生”，從而影響其在GIS行業(yè)中的應(yīng)用。因此，我們建議在教學(xué)中加強(qiáng)這部分內(nèi)容的介紹。

地圖投影在GIS中具有非常重要的地位，地圖投影是按照一定的數(shù)學(xué)法則，將球面的地理空間數(shù)據(jù)映射為平面的地圖[1]。常見的Google、Baidu、天地圖、SOSO等地圖，均采用地圖投影，其投影為Web墨卡托投影。Web墨卡托投影把地球視為球體而不是橢球體，這種假設(shè)是為了計(jì)算的簡單化。設(shè)定球體的半徑R=6378137.0米，橢球體的a=b=R，具體計(jì)算為公式①。

①式中，為經(jīng)度，為緯度。

通過該公式可以將經(jīng)緯度坐標(biāo)投影為平面坐標(biāo)，即Web墨卡托投影。GIS學(xué)生了解了該內(nèi)容后就可以嘗試分析網(wǎng)絡(luò)地圖，并在實(shí)踐中使用該地圖。

（2）視頻傳感器的GIS應(yīng)用技術(shù)

圖像、視頻數(shù)據(jù)以海量的方式出現(xiàn)在日常生活中，相對(duì)于其他傳感器，如溫度、噪聲等，其獲取更便捷和直觀。當(dāng)前GIS教學(xué)中對(duì)于該類數(shù)據(jù)并沒有加以利用，根本原因在于圖像或視頻以側(cè)視的方式觀察世界，而傳統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)以正射的方式表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界，兩者存在視角的差異。但在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，針對(duì)圖像或視頻的研究日益成熟，如《計(jì)算機(jī)視覺》、《數(shù)字圖像處理》等，可以逐步引入相關(guān)的理論，以獲取圖像或視頻中的時(shí)空信息，主要涉及圖像中豐富的紋理信息、序列圖像的三維恢復(fù)、監(jiān)控視頻的中實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的信息等。圖像和視頻在GIS中的引入，有助于拓展專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，拓展地理信息獲取的途徑，推動(dòng)實(shí)時(shí)、真實(shí)GIS的建立和應(yīng)用[2]。

（3）網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的興起，空間數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)需求旺盛。通過網(wǎng)絡(luò)使用地理信息系統(tǒng)，可以極大地降低客戶端在數(shù)據(jù)管理和分析方面的負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)GIS教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重單機(jī)、局域網(wǎng)內(nèi)的GIS研發(fā)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)GIS的研發(fā)技術(shù)并沒有引起足夠的重視。我們認(rèn)為急需加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)GIS相關(guān)技術(shù)的教學(xué)與實(shí)踐，主要包括：

第一，網(wǎng)頁設(shè)計(jì)技術(shù)，主要學(xué)習(xí)HTML、CSS、Dreamweaver或Asp.net，設(shè)計(jì)一些基本頁面。

第三，WebGIS開發(fā)包，如ArcGIS Server for Javascript，開發(fā)應(yīng)用型的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。

2. GIS實(shí)踐教學(xué)方法

在GIS實(shí)踐教學(xué)中，不能僅僅依托課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而應(yīng)該采取多種形式進(jìn)行教學(xué)。

（1）第二課堂

GIS在實(shí)踐中主要依托的硬件為計(jì)算機(jī)，在學(xué)生中已經(jīng)普及。教師可以以所帶課程為基礎(chǔ)，在課外安排合理的學(xué)習(xí)任務(wù)，并進(jìn)行指導(dǎo)，這里以《GIS設(shè)計(jì)與開發(fā)》課程為例進(jìn)行說明。這門課程從理論上講，主要講授GIS的設(shè)計(jì)方法，包括結(jié)構(gòu)化的分析與設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)兩大核心內(nèi)容，幾乎占用本門課的一半教學(xué)時(shí)間[3]。在剩余的時(shí)間，通常會(huì)講授某一類開發(fā)技術(shù)，如C#和ArcEngine。在72個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析、設(shè)計(jì)并開發(fā)一個(gè)應(yīng)用型GIS系統(tǒng)比較困難。這種局面造成許多GIS專業(yè)的學(xué)生不會(huì)開發(fā)，害怕開發(fā)，難以滿足社會(huì)對(duì)GIS開發(fā)人才的需求。如果開設(shè)第二課堂，這種局面將得到極大改進(jìn)，具體內(nèi)容包括：

第一，編程語言。 GIS教學(xué)中通常會(huì)安排編程語言類的教學(xué)，如C語言、C++等，但在應(yīng)用型GIS開發(fā)中并不能滿足要求。已有編程語言類的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)掌握基本的編程技術(shù)，也掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，為后續(xù)第二課堂其語言的學(xué)習(xí)奠定較好基礎(chǔ)，極大降低學(xué)習(xí)難度。當(dāng)前，在C/S軟件開發(fā)中，C#語言使用較多，而B/S方面，JavaScript較為常用。因此，第二課堂中可以首先安排學(xué)生學(xué)習(xí)C#，然后學(xué)習(xí)JavaScript，為后續(xù)GIS系統(tǒng)的研發(fā)做好準(zhǔn)備。

第二，GIS開發(fā) 當(dāng)前ArcGIS系列軟件在GIS相關(guān)行業(yè)處于主導(dǎo)地位，可以指導(dǎo)學(xué)生在第二課堂中從開發(fā)者視野深入學(xué)習(xí)ArcGIS DeskTop，并在編程語言入門后逐步開始GIS開發(fā)。首先，C/S架構(gòu)類的應(yīng)用型GIS，建議以ArcEngine為GIS開發(fā)包，語言選擇C#;然后，B/S架構(gòu)類的開發(fā)，建議以ArcGIS Server為Web GIS平臺(tái)，語言選擇JavaScript，包括相關(guān)Dojo庫的學(xué)習(xí)。

開展第二課堂，不僅延長學(xué)生《GIS設(shè)計(jì)與開發(fā)》的學(xué)習(xí)時(shí)間，而且學(xué)習(xí)內(nèi)容得到較大拓展，實(shí)踐能力得到增強(qiáng)，更有利于滿足社會(huì)需求。

（2）項(xiàng)目帶動(dòng)

隨著GIS的普及應(yīng)用，GIS的相關(guān)項(xiàng)目日益增多，常見的類型包括空間數(shù)據(jù)建庫、應(yīng)用型GIS系統(tǒng)研發(fā)、GIS科研項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目對(duì)學(xué)生能力的要求不同，可以根據(jù)不同類型的項(xiàng)目，吸收不同年級(jí)的學(xué)生加入，并進(jìn)行耐心指導(dǎo)。在項(xiàng)目進(jìn)展中，學(xué)生通過完成相關(guān)任務(wù)，可以提高對(duì)專業(yè)的興趣，擴(kuò)展視野，培養(yǎng)對(duì)專業(yè)的整體把握能力，項(xiàng)目參與往往使學(xué)生快速明白專業(yè)的目標(biāo)。在項(xiàng)目類型安排方面，我們建議：

第一，數(shù)據(jù)類項(xiàng)目適合于大一和大二學(xué)生，如地圖矢量化、遙感分類、規(guī)劃圖編輯等，對(duì)學(xué)生要求相對(duì)較低，重在使用GIS、遙感和測繪類軟件，如ArcGIS DeskTop、Erdas、AutoCAD等。

第二，應(yīng)用型GIS研發(fā)項(xiàng)目適合于大三和大四學(xué)生，要求學(xué)生會(huì)開發(fā)，具備編程語言和GIS二次開發(fā)能力。

第三，GIS研究類項(xiàng)目適合于大四學(xué)生或研究生，需要學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析問題和解決問題，對(duì)學(xué)生要求較高，不僅要具備GIS基本知識(shí)和技能，而且要具有綜合分析和實(shí)驗(yàn)的能力。

（3）科技活動(dòng)

面向?qū)W生的科技活動(dòng)，如學(xué)?；蚬窘M織的學(xué)生大賽、科技周、創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)大賽，往往能提高學(xué)生積極性。我們建議：

第一，組織學(xué)生參與GIS公司組織的大賽，如ESRI大賽、SuperMap大賽、MapGIS大賽等。在指導(dǎo)中，以學(xué)生為主體，讓其自己分析、設(shè)計(jì)和實(shí)施，做出一個(gè)相對(duì)完整的成果。教師在其中，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生的選題、總體技術(shù)路線、作品的特色進(jìn)行把握。

第二，學(xué)校內(nèi)部組織的活動(dòng)，如地圖創(chuàng)意大賽、GIS開發(fā)大賽、科技周、創(chuàng)新活動(dòng)等，教師輔助主辦方做好大賽內(nèi)容、類別、形式的設(shè)計(jì)和評(píng)審工作。在學(xué)生指導(dǎo)部分，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，與學(xué)生探討，擬定新穎的選題，并保證能在有限時(shí)間內(nèi)完成。

3.結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS專業(yè)面臨重大發(fā)展機(jī)遇。GIS教學(xué)必須緊跟社會(huì)需求，將新理論、新技術(shù)引入教學(xué)中，并加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。同時(shí)，高校相關(guān)政策導(dǎo)向必須教師提供學(xué)習(xí)進(jìn)修的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)教師開展形式多樣的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。GIS教學(xué)內(nèi)容的更新，實(shí)踐活動(dòng)的開展，必將進(jìn)一步促進(jìn)GIS在相關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫達(dá)，蒲英霞.地圖投影[M]. 南京：南京大學(xué)出版社，2005.

[2]張興國，劉學(xué)軍，宋宏權(quán).面向?qū)ο蟮挠耙旼IS數(shù)據(jù)模型研究[J].測繪科學(xué)，2013，38（6）：64-66.

[3]陳正江，張興國.地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

基金項(xiàng)目：信陽師范學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目（0201402）;信陽師范學(xué)院校青年基金資助項(xiàng)目（2012059）;信陽師范學(xué)院2014年度大學(xué)生科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2014-DXS-148）。