段金龍 周顏 李衛(wèi)東 張學(xué)海

摘要：ArcGIS地理信息系統(tǒng)平臺(tái)是行業(yè)內(nèi)最具代表性的GIS軟件平臺(tái)，對(duì)該軟件的學(xué)習(xí)與實(shí)踐是3S技術(shù)相關(guān)本科專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作中的重點(diǎn)。本文以本?！犊臻g信息應(yīng)用實(shí)踐》課程的教學(xué)方法與手段為例，基于個(gè)人教學(xué)經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn)，探討了如何對(duì)ArcGIS軟件進(jìn)行有效的本科教學(xué)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：ArcGIS；空間信息；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）23-0079-02

一、引言

3S技術(shù)包括GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感）和GPS（全球定位系統(tǒng)），是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，在3S技術(shù)全球高速發(fā)展的大背景下，河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院空間信息與數(shù)字技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)自2012年開(kāi)始招生，在專(zhuān)業(yè)設(shè)置中遵循武大模式，并基于區(qū)域及學(xué)校特點(diǎn)逐漸走出了一條特色發(fā)展道路。目前本專(zhuān)業(yè)已經(jīng)畢業(yè)的3屆本科生主要分為考研深造、進(jìn)入北京超圖等相關(guān)專(zhuān)業(yè)公司、考取相關(guān)專(zhuān)業(yè)公務(wù)員、自主創(chuàng)業(yè)等多種職業(yè)發(fā)展方式，且絕大多數(shù)畢業(yè)生均繼續(xù)從事3S相關(guān)工作，學(xué)生工作單位和深造院校均對(duì)本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生給予較高評(píng)價(jià)。《空間信息應(yīng)用實(shí)踐》課程是本專(zhuān)業(yè)大三上期開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程設(shè)計(jì)，課程屬性為專(zhuān)業(yè)必修課，課時(shí)兩周，開(kāi)課時(shí)間一般為學(xué)期末最后兩周，該課程的先修課程為《空間分析》《空間信息與數(shù)字技術(shù)導(dǎo)論》《GIS原理與技術(shù)》，通過(guò)對(duì)這幾門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握一定的基于地學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)空間分析方法，對(duì)各類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件的模塊構(gòu)成有所了解，為《空間信息應(yīng)用實(shí)踐》課程的深入學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)操作打下基礎(chǔ)。

二、《空間信息應(yīng)用實(shí)踐》課程教學(xué)目的與基本內(nèi)容

本課程屬于課程設(shè)計(jì)，全部教學(xué)過(guò)程均在專(zhuān)業(yè)機(jī)房完成，選擇本專(zhuān)業(yè)核心軟件ArcGIS作為主要學(xué)習(xí)對(duì)象，經(jīng)過(guò)多方比對(duì)，選用湯國(guó)安等編著的《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程（第二版）》作為核心教材，該教材以ArcGIS 10空間分析功能為基礎(chǔ)，通過(guò)原理介紹、軟件操作及典型實(shí)例應(yīng)用，使學(xué)生做到即學(xué)即用，通過(guò)本課程實(shí)踐，使學(xué)生靈活運(yùn)用ArcGIS專(zhuān)業(yè)軟件解決諸多常見(jiàn)的實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到舉一反三的效果，進(jìn)而提高實(shí)踐應(yīng)用能力。通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解基于ArcGIS的空間分析研究的各個(gè)方面內(nèi)容，掌握基本的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理、空間數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)、矢量數(shù)據(jù)空間分析、柵格數(shù)據(jù)空間分析、三維分析、地統(tǒng)計(jì)分析、水文分析、空間分析建模等理論及數(shù)據(jù)處理方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及將來(lái)從事相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定必要的理論及軟件操作基礎(chǔ)。該課程可用于空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)中各類(lèi)復(fù)雜工程問(wèn)題的分析和處理，主要通過(guò)課堂講授、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等培養(yǎng)學(xué)生掌握解決空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題所需的基本理論、分析和實(shí)現(xiàn)方法。在課程理論知識(shí)講授環(huán)節(jié)，使學(xué)生初步掌握解決空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)所需的基本理論及分析計(jì)算方法；在實(shí)際復(fù)雜空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐中，通過(guò)多個(gè)貼近實(shí)際的課程實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生如何應(yīng)用柵格/矢量/三維數(shù)據(jù)空間分析方法等手段分析工程實(shí)踐的復(fù)雜特征，從而根據(jù)實(shí)際需求，選擇合適的空間分析方法設(shè)計(jì)出符合要求的數(shù)據(jù)提取及分析模型，并能評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)模型的優(yōu)劣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力為目的，圍繞課程目標(biāo)安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)軟件ArcGIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

三、《空間信息應(yīng)用實(shí)踐》課程教學(xué)改革思路

ArcGIS是一個(gè)專(zhuān)業(yè)級(jí)極強(qiáng)的商業(yè)軟件，具有非常多不同的數(shù)據(jù)處理功能，在教學(xué)過(guò)程中，筆者選擇將教材每章最后的“實(shí)例與練習(xí)”作為核心講授及實(shí)踐內(nèi)容，全部教材一共包括27個(gè)實(shí)例練習(xí)：某地區(qū)地塊的拓?fù)潢P(guān)系建立；某市區(qū)幾何網(wǎng)絡(luò)的建立；上海市行政區(qū)劃圖制作；市區(qū)擇房分析；最短路徑問(wèn)題分析與應(yīng)用；學(xué)校選址；尋找最佳路徑；熊貓分布密度制圖；GDP區(qū)域分布圖的生成與對(duì)比；山頂點(diǎn)的提??；地形指標(biāo)提取；地形特征信息提??；表面創(chuàng)建及景觀圖制作；污染物在蓄水層中的可視化；模擬場(chǎng)景飛行；爆炸影響分析；克里金方法內(nèi)插生成高程曲面；利用水文分析方法提取山脊、山谷線；地形鞍部的提?。粶瞎染W(wǎng)絡(luò)的提取及溝壑密度的計(jì)算；明暗等高線制作建模；提取坡向變率建模；數(shù)據(jù)編輯與更新；尋找最短路徑；土壤穩(wěn)定性評(píng)估；找出某種珍貴藥材的生長(zhǎng)區(qū)域；城市建筑日照分析。這些實(shí)驗(yàn)基本包括了ArcGIS常用的空間分析功能，學(xué)生在完成這些實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也是對(duì)本專(zhuān)業(yè)若干核心知識(shí)深入理解的過(guò)程。經(jīng)過(guò)連續(xù)5年的教學(xué)歷練，筆者認(rèn)為最好的本科教學(xué)方式是讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動(dòng)力及能力，筆者在該門(mén)課程的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中也逐漸摸索到一種比較有效的教學(xué)方法，主要分為三部分內(nèi)容。

第一，前置課程鋪墊。本課程在大三上半學(xué)年學(xué)期末開(kāi)課，作為課程設(shè)計(jì)這種實(shí)驗(yàn)類(lèi)課程，集中的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐很有必要，經(jīng)過(guò)比對(duì)，這種連續(xù)兩周的高強(qiáng)度實(shí)踐模式能夠強(qiáng)化學(xué)生對(duì)軟件的理解，使學(xué)生能夠充分認(rèn)識(shí)ArcGIS的龐大功能，而每周只上2到4個(gè)課時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式非常依賴(lài)于學(xué)生的復(fù)習(xí)與預(yù)習(xí)，效果欠佳。由于時(shí)間有限，本課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中大部分都是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)原理等專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的教授無(wú)法展開(kāi)講，在實(shí)際教學(xué)中，本課程主要依賴(lài)于大三上半學(xué)年學(xué)期初開(kāi)課的《空間分析》課程，該課程也由筆者講授，該課程從空間分析的理論、方法和應(yīng)用三個(gè)方面分別介紹空間分析的相關(guān)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上提高學(xué)生對(duì)GIS本質(zhì)的了解，并使學(xué)生深入理解GIS與相關(guān)學(xué)科、相關(guān)技術(shù)的內(nèi)在關(guān)系。

第二，課程教授方式。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)類(lèi)課程，多為教師布置一個(gè)或者多個(gè)綜合類(lèi)題目，學(xué)生根據(jù)相關(guān)教材自主學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，教師扮演的多為純指導(dǎo)者的角色。但結(jié)合實(shí)際情況，筆者認(rèn)為，首先，ArcGIS的海量功能會(huì)使大多數(shù)同學(xué)無(wú)從入手；另外，目前不少學(xué)生在實(shí)踐類(lèi)課程中存在懶惰、厭學(xué)等消極情緒，本課程教材中的27個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)如果放任由學(xué)生自主學(xué)習(xí)并實(shí)踐，2周的時(shí)間基本無(wú)法完成。為使學(xué)生盡可能地學(xué)好ArcGIS，筆者在實(shí)際教學(xué)中，先將每個(gè)實(shí)驗(yàn)親自做一遍，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中講解若干核心實(shí)驗(yàn)原理及專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)理論，學(xué)生通過(guò)投影儀和教師講解內(nèi)容理解實(shí)驗(yàn)，然后學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)室中巡視實(shí)驗(yàn)情況，并不斷回答學(xué)生碰到的各種問(wèn)題。這種教學(xué)方式先拉低了各個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作難度，使學(xué)生能夠輕松地做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)生一定的滿足感，使其有興趣繼續(xù)后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

第三，課程考核方式。本課程的最終成績(jī)由實(shí)驗(yàn)平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)組合而成，各部分所占比例如下：（1）實(shí)驗(yàn)平時(shí)表現(xiàn)（占20%）：根據(jù)學(xué)生考勤、課堂提問(wèn)、課堂討論等情況給出評(píng)定成績(jī)。（2）實(shí)驗(yàn)成績(jī)（占40%）：根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)情況給出評(píng)定成績(jī)。包括學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解、操作正確與否、實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確與否等。具體考核方法為在第2周的某天選擇若干前期做過(guò)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)每位學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)考核，提出實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、參數(shù)設(shè)置等不同問(wèn)題，根據(jù)學(xué)生回答問(wèn)題情況酌情打分。（3）課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)（占40%）：根據(jù)結(jié)課后學(xué)生上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)情況給出評(píng)定成績(jī)。包括報(bào)告格式、實(shí)現(xiàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容為最后一次上課時(shí)布置的綜合大實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)抽取27個(gè)已完成實(shí)驗(yàn)中的若干實(shí)驗(yàn)方法及原理，基于新的數(shù)據(jù)和不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)，要求學(xué)生做出綜合性實(shí)驗(yàn)結(jié)果并撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。以上課程考核方式綜合考評(píng)了學(xué)生的紀(jì)律性、動(dòng)手能力、專(zhuān)業(yè)知識(shí)理解、語(yǔ)言表達(dá)能力、寫(xiě)作能力等，最終成績(jī)比較準(zhǔn)確的體現(xiàn)了每個(gè)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的綜合表現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)以上教學(xué)方法的不斷完善，《空間信息應(yīng)用實(shí)踐》這門(mén)課程的教學(xué)效果逐年提高，評(píng)教結(jié)果優(yōu)秀，學(xué)生對(duì)該門(mén)課程表現(xiàn)出了極高的自主學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在課堂上及課下與筆者存在大量的溝通，不斷請(qǐng)教ArcGIS軟件操作的若干問(wèn)題，一些平時(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)較差的學(xué)生也在實(shí)踐操作中對(duì)本專(zhuān)業(yè)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，這也達(dá)到了筆者提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的初衷。

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