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篇1

【關(guān)鍵詞】 地理信息技術(shù)；GIS；上機(jī)實(shí)驗(yàn)；高校教學(xué)

引言

1998年1月31日，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诿绹?guó)加利福尼亞科學(xué)中心發(fā)表了題為《數(shù)字地球：二十一世紀(jì)認(rèn)識(shí)地球的方式 （The Digital Earth：Understanding Our Planet in the 21st Century）》的講演，提出了“數(shù)字地球”（Digital Earth）的概念。戈?duì)栐谥v演中指出：我們需要一個(gè)“數(shù)字地球”，一個(gè)可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辨率的、真實(shí)地球的三維表示［1］。戈?duì)栮P(guān)于“數(shù)字地球”的這些觀點(diǎn)引起了科技界的高度重視與響應(yīng)。21世紀(jì)已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，谷歌地球（Google Earth）、數(shù)字城市、電子政府等詞匯與理念開(kāi)始深入人心。2004年8月，地理信息技術(shù)與生物技術(shù)、納米技術(shù)被美國(guó)勞工部并列為三大最具前景的新興產(chǎn)業(yè)［2］。我國(guó)在這個(gè)世紀(jì)初以來(lái)，也注重地理信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)，各種地理信息技術(shù)相關(guān)的優(yōu)秀教材也不斷出現(xiàn)［2-4］。

筆者從2008年開(kāi)始給本科生和研究生講授地理信息技術(shù)課程。其中本科生課《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》為跨專(zhuān)業(yè)全校性選修課，研究生則為全英文教學(xué)的海洋事務(wù)碩士生選修課《地理信息技術(shù)及其在海岸帶管理中的應(yīng)用》。從選修學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景知識(shí)來(lái)看，文理工兼具，層次也參差不齊。如何讓不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生能理解地理信息技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，課堂上機(jī)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)對(duì)于這兩門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程尤其重要。本文主要以這兩門(mén)與地理信息技術(shù)相關(guān)的課程為例，圍繞課程上機(jī)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探索，談些體會(huì)，以饗讀者。

1 知識(shí)背景與課程定位

據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上有超過(guò)80%的數(shù)據(jù)與空間相關(guān)，而地理信息技術(shù)是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化的核心技術(shù)之一，是將地球上各種資源信息可視化表達(dá)、存貯、分析以方便人類(lèi)生活、生產(chǎn)的重要技術(shù)支撐。地理信息技術(shù)是一種強(qiáng)有力的空間信息獲取、管理和分析的工具［5］。這里談及的地理信息技術(shù)主要為3“S”，即：地理信息系統(tǒng)（ GIS，Geographical Information System）、遙感（RS，Remote Sensing）、全球定位系統(tǒng)（ GPS，Global Positioning System）。其中，GIS 是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析和顯示，并采用模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)信息，為地理研究和決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)［6］。RS 與GPS 是兩種重要的空間信息采集工具，是GIS重要的數(shù)據(jù)源。

由以上可知，地理信息技術(shù)是與計(jì)算機(jī)、地理學(xué)等學(xué)科相關(guān)性很強(qiáng)的一門(mén)實(shí)用型技術(shù)，并與我們的日常生活息息相關(guān)，如：利用GPS導(dǎo)航定位、利用谷歌或百度上的電子地圖進(jìn)行相關(guān)空間查詢(xún)等。事實(shí)上，地理信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已不再僅僅是地理學(xué)，已被應(yīng)用于衛(wèi)生、交通、林業(yè)、房地產(chǎn)、旅游、農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)中 ［7-8］。世界最大的GIS軟件公司環(huán)境系統(tǒng)研究所Environmental Systems Research Institute（ESRI）的創(chuàng)建者、總裁Jack Dangermond說(shuō)過(guò)，GIS的應(yīng)用僅受限于使用者的想象力。也因?yàn)檫@樣，從2008年開(kāi)課以來(lái)，學(xué)生選修這門(mén)課的積極性較高，不論他們的專(zhuān)業(yè)背景是歷史、音樂(lè)、哲學(xué)、英語(yǔ)、或是化學(xué)、生物、建筑、機(jī)械自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)等。表1列出了2010－2011年開(kāi)設(shè)的本科生全校性選修課和海洋事務(wù)碩士生選修課兩門(mén)課的選課學(xué)生的專(zhuān)業(yè)及人數(shù)構(gòu)成情況。

表1 選課學(xué)生專(zhuān)業(yè)及人數(shù)構(gòu)成

由表1可見(jiàn)，兩門(mén)選修課，無(wú)論是本科生還是研究生的課程，選課學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景五花八門(mén)，這給教學(xué)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。但無(wú)論是全校性本科生選修課，或是全英文授課研究生選修課，本課程的定位都是一致的，即結(jié)合自身的課題研究成果，如GIS在流域與海岸帶管理中的應(yīng)用等，介紹地理信息技術(shù)的基本功能及其應(yīng)用，讓學(xué)生了解地理信息技術(shù)、數(shù)字 地球與人類(lèi)生產(chǎn)生活緊密相關(guān)，并初步掌握地理信息技術(shù)常用軟件的基本操作。

2 課程設(shè)計(jì)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案

圍繞上述課程開(kāi)設(shè)的定位，進(jìn)行了課程的整體安排與上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)。表2為全校性本科生選修課《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》課程的整體設(shè)計(jì)。由表2可見(jiàn)，涉及到GIS、RS軟件實(shí)際操作與課程作業(yè)的第4、7和8講，占整個(gè)課程課時(shí)（36課時(shí)）的近60%（22課時(shí)），這是出于該課程實(shí)用性較強(qiáng)，需有足夠時(shí)間保證上機(jī)的考慮。

表2 全校性本科生選修課《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》之課程設(shè)計(jì)

基于同樣的思路，開(kāi)展了海洋事務(wù)研究生選修課的課程設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，有關(guān)ArcGIS軟件學(xué)習(xí)的時(shí)間占用了20個(gè)學(xué)時(shí)，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了兩個(gè)有關(guān)GIS軟件的課程實(shí)踐（作業(yè)），目的是保證學(xué)生有充分的時(shí)間上機(jī)練習(xí)及完成課程作業(yè)。

表3 海洋事務(wù)研究生選修課《地理信息技術(shù)及其在海岸帶管理中的應(yīng)用》之課程設(shè)計(jì)

在保證讓學(xué)生在課堂上有時(shí)間能自己動(dòng)手操作軟件的前提下，基于課程的定位，為了讓學(xué)生掌握一些基本的軟件功能，進(jìn)一步設(shè)計(jì)一些能使不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生都能感興趣的上機(jī)內(nèi)容。表4進(jìn)一步給出了本科生選修課《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》第4講（表3）的上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。需要強(qiáng)調(diào)的是，本科生教學(xué)所涉及到的GIS軟件為MapInfo和ArcView兩個(gè)較易上手，界面友好同時(shí)對(duì)機(jī)房的硬件要求不高的桌面式GIS軟件，主要的參考教材是《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》（第一版）［3］。

表4 《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》之第4講上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)上機(jī)操作，學(xué)生基本上掌握了空間數(shù)據(jù)采集（數(shù)字化）與編輯、屬性數(shù)據(jù)輸入與管理以及專(zhuān)題地圖制作等基本的GIS軟件操作，從課程難度上也較適合于這些跨專(zhuān)業(yè)（文理工兼具）的本科生。

對(duì)于海洋事務(wù)研究生選修課《地理信息技術(shù)及其在海岸帶管理中的應(yīng)用》，表3所列的第2－10講“ArcGIS軟件學(xué)習(xí)”的上機(jī)內(nèi)容進(jìn)一步展開(kāi)如表5所示。需要說(shuō)明的是，由于是研究生課程及上機(jī)條件的改善，學(xué)習(xí)的GIS軟件為ArcGIS，主要的教材是《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》（第三版）［2］。該教材有中文導(dǎo)讀，其它內(nèi)容包括上機(jī)說(shuō)明都是英文，是現(xiàn)有較適合作為GIS英文教學(xué)的教材。在實(shí)際授課中，針對(duì)每一講，采用“概念與原理介紹”與“上機(jī)實(shí)踐”兩部分相結(jié)合的形式，有效地保證了學(xué)生的上機(jī)時(shí)間。

表5 《地理信息技術(shù)及其在海岸帶管理中的應(yīng)用》第2－10講之上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆O(shè)計(jì)

由表5可見(jiàn)，盡量課時(shí)有限，但基于研究生具有一定的自學(xué)能力的考慮，通過(guò)這樣的上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生較為系統(tǒng)地掌握了GIS軟件的基本功能如空間數(shù)據(jù)采集、編輯、制圖、簡(jiǎn)單的緩沖區(qū)分析、空間疊置等空間分析，并學(xué)到了一些高級(jí)的空

間分析，如地形分析、水文分析等以及GIS模擬。

3 期末課程作業(yè)設(shè)計(jì)與課程教學(xué)效果評(píng)估

對(duì)于這兩門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的選修課，如果在期末用閉卷考的形式，僅是要求學(xué)生掌握地理信息技術(shù)相關(guān)的原理、概念，則有悖于課程的定位。取而代之的是，通過(guò)結(jié)合實(shí)際情況的開(kāi)放式課程作業(yè)的設(shè)計(jì)，來(lái)考核學(xué)生對(duì)課程掌握的情況，從學(xué)生提交的作品來(lái)評(píng)估教學(xué)效果。

對(duì)于全校性本科生選修課《地理信息技術(shù)與數(shù)字地球》，通過(guò)2個(gè)期末作業(yè)來(lái)評(píng)估學(xué)生課程的表現(xiàn)。課程作業(yè)1是“數(shù)字化廈門(mén)大學(xué)本部地圖”。通過(guò)采集身邊的空間數(shù)據(jù)并進(jìn)行制圖表達(dá)，讓學(xué)生進(jìn)一步掌握MapInfo的空間數(shù)據(jù)采集，屬性數(shù)據(jù)錄入，數(shù)據(jù)編輯以及制圖等基本操作。學(xué)生較好地完成了作業(yè)，并建立了不同的空間圖層，如道路、林地、建筑用地、湖泊、草地等圖層（見(jiàn)圖1A）。課程作業(yè)2是專(zhuān)題地圖制作“中國(guó)人口分布圖”，通過(guò)該作業(yè)，評(píng)估學(xué)生應(yīng)用ArcView進(jìn)行專(zhuān)題地圖制作的能力。圖1是這兩個(gè)課程作業(yè)的學(xué)生作品。

圖1 本科生課程作業(yè)（A-作業(yè)1；B-作業(yè)2）

由圖1可見(jiàn)，學(xué)生基本掌握了對(duì)周邊地理事物進(jìn)行數(shù)字化與制圖表達(dá)的能力。通過(guò)這樣的開(kāi)放式的課程作業(yè)設(shè)計(jì)，聯(lián)系身邊的地理現(xiàn)象，讓學(xué)生學(xué)以致用（如廈大校園地圖制作），極大地激發(fā)了他們學(xué)習(xí)這門(mén)課程的自主性和積極性。

對(duì)于海洋事務(wù)研究生選修課《地理信息技術(shù)及其在海岸帶管理中的應(yīng)用》，同樣采用課程作業(yè)來(lái)評(píng)估學(xué)生對(duì)課程的掌握情況。作業(yè)1是有關(guān)創(chuàng)建GIS數(shù)據(jù)庫(kù)及地理制圖。其中的制圖包括普通地圖與專(zhuān)題地制作。通過(guò)開(kāi)放式分組（按學(xué)生所在國(guó)家）作業(yè)的完成，讓學(xué)生掌握從網(wǎng)上獲取各種相關(guān)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集方式，并進(jìn)一步編輯與地理制圖。作業(yè)2是利用GIS的空間分析功能并與模型結(jié)合估算流域尺度的水土流失量并表達(dá)其空間分異性（基于課題研究成果）。該作業(yè)涉及到表5中的第6、7、8、10講的內(nèi)容，可讓學(xué)生進(jìn)一步鞏固相關(guān)知識(shí)并通過(guò)GIS項(xiàng)目練習(xí)對(duì)GIS的空間分析與地理表達(dá)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。圖2和圖3分別是來(lái)自美國(guó)與喀麥隆的兩位學(xué)生完成的兩個(gè)作品。

圖2 研究生課程作業(yè)1之學(xué)生作品

圖3 研究生課程作業(yè)2之學(xué)生作品

從圖2－3可以看出，學(xué)生較好地掌握了地理信息技術(shù)的相關(guān)知識(shí)與軟件技能。值得強(qiáng)調(diào)的是，圖2作業(yè)是本科專(zhuān)業(yè)是生物學(xué)的美國(guó)學(xué)生自己從網(wǎng)上下載相關(guān)空間數(shù)據(jù)圖層，包括行政邊界、河流、道路、人口等并完成制圖的，來(lái)自韓國(guó)、喀麥隆等地的學(xué)生也完成了他們各自國(guó)家專(zhuān)題地圖制作，篇幅所限，這里無(wú)法一一列出他們的作品。顯然，通過(guò)這樣的課程作業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)使他們產(chǎn)生能用所學(xué)的東西制作自己國(guó)家地圖的自豪感和成就感，學(xué)以致用。課后來(lái)自不同國(guó)家、學(xué)習(xí)層次不同的學(xué)生的普遍反映是該課程的實(shí)用性強(qiáng)，能學(xué)到一些“超出預(yù)期”的東西。

4 教學(xué)心得與體會(huì)

通過(guò)三年多的跨專(zhuān)業(yè)本科生、研究生地理信息技術(shù)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)踐與探索，總結(jié)如下教學(xué)心得與體會(huì)：

4.1 聯(lián)系實(shí)際并明確“學(xué)以致用”的課程定位。通過(guò)課題研究的成果展示并聯(lián)系身邊有關(guān)空間數(shù)據(jù)的事例，讓學(xué)生了解地理信息技術(shù)是解決研究問(wèn)題并與日常生活緊密相關(guān)的常用工具，有效地減少了跨專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)這個(gè)從未曾接觸的軟件工具的陌生感。進(jìn)一步地從實(shí)用性的角度進(jìn)行課程、上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)和課程作業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握地理信息技術(shù)常用軟件的基本操作。

4.2 “概念與原理介紹”與“上機(jī)實(shí)踐”兩部分相結(jié)合的授課形式對(duì)于地理信息技術(shù)這種實(shí)用型技術(shù)的教學(xué)是有效的。有關(guān)地理信息技術(shù)的原理與概念介紹很晦澀難懂，在簡(jiǎn)要地對(duì)重點(diǎn)概念與原理介紹之后，通過(guò)給學(xué)生有具體操作步驟的上機(jī)練習(xí)，完成特定任務(wù)，在課堂上有成就感，這很重要。課程設(shè)計(jì)上要保證學(xué)生有較多的上機(jī)時(shí)間。

4.3 課程評(píng)估宜采用開(kāi)放式的課程作業(yè)的形式，讓學(xué)生提交作品，而非閉卷考試。通過(guò)進(jìn)一步的上機(jī)操作、復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容并完成作品，可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)這一實(shí)用型技術(shù)的基本功能的掌握。

參考文獻(xiàn)

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