周 琪

（1.中國地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

《三維地理信息系統(tǒng)》課程的組合教學(xué)方法

周 琪1

（1.中國地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

針對現(xiàn)有教學(xué)過程中，大部分教師仍然是以“滿堂灌”、“填鴨式”的教學(xué)方式為主，背離了“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)初衷，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣不高的問題，探索了將多種教學(xué)方法組合運用教學(xué)方式，并以《三維地理信息系統(tǒng)》課程為例進行了實踐。

多種教學(xué)法；課程教學(xué)；地理信息系統(tǒng)

在現(xiàn)有的教學(xué)過程中，大部分教師仍然是以“滿堂灌”、“填鴨式”等講授方式為主，其弊端主要有[1-6]：

1）教師講授過多，兩節(jié)課下來，常常是教師講得口干舌燥，學(xué)生聽得昏昏欲睡。講授方式不適合過于復(fù)雜、具體的知識，尤其是需要實踐操作和解決實際問題的內(nèi)容。

2）教學(xué)模式單一，講授內(nèi)容枯燥，課堂氣氛沉悶，互動性差，學(xué)生只是被動接受知識。授課老師不能對學(xué)生的學(xué)習(xí)給予及時的反饋，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高。

3）知識傳授以大量的機械記憶為主，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)造性思維，同時也會很容易忘記所講授的內(nèi)容。

顯然，單一地講授教學(xué)方式與教學(xué)改革所要求的全面進行素質(zhì)教學(xué)，不斷提高學(xué)生的自我認(rèn)識能力和創(chuàng)新能力相差甚遠[2]。究其原因，是背離了以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)初衷。

筆者結(jié)合現(xiàn)有的研究， 以《三維地理信息系統(tǒng)》課程的教學(xué)實踐為例，探索了如何在教學(xué)活動中組合運用多種教學(xué)方法，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。

1 《三維地理信息系統(tǒng)》課程內(nèi)容簡介

三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS）是傳統(tǒng)GIS的延伸和擴展，其內(nèi)容包括三維數(shù)據(jù)的獲取、組織、管理、操作、分析與應(yīng)用[7]。與傳統(tǒng)的GIS相比，3DGIS對客觀世界的表達能給人以更真實的感受。我校的《三維地理信息系統(tǒng)》課程是一門測繪類專業(yè)的選修課，共32課時，在大三下學(xué)期開設(shè)。

2 多種教學(xué)方法的組合運用

筆者將《三維地理信息系統(tǒng)》課程中所使用的教學(xué)方法歸納為8類，分別是“多媒體式”、“設(shè)問激發(fā)式”、“任務(wù)驅(qū)動式”、“實踐式”、“討論式”、“實驗引導(dǎo)式”、“自主學(xué)習(xí)-匯報式”和“科研式”等。

1）“多媒體式”教學(xué)。多媒體教學(xué)是利用文字、實物、圖像、聲音等多種媒體向?qū)W生傳遞信息，使學(xué)生獲得知識的一種教學(xué)手段[8]。在《三維地理信息系統(tǒng)》課程的教學(xué)中，除了使用傳統(tǒng)的黑板板書、PPT文字和圖片等來展示所要講授的內(nèi)容，還新添了PPT動畫、雜志、手機等新的媒體手段。例如，下載動畫視頻等資源，用于講授三維虛擬校園、SketchUp建模方法、三維空間分析方法和智慧城市等知識；通過2004年第9期的《博物》雜志給學(xué)生介紹3D照片的制作原理與方法；基于手機、IPad等電子產(chǎn)品媒介向?qū)W生展示三維模型的數(shù)據(jù)質(zhì)量、增強現(xiàn)實等內(nèi)容。不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，還活躍了課堂氣氛，拉近了教師與學(xué)生之間的距離。

2）“設(shè)問激發(fā)式”教學(xué)。在教學(xué)活動中，教師可巧妙地設(shè)置問題，讓學(xué)生通過思考自己發(fā)現(xiàn)并解決問題。教師“設(shè)問”有兩大好處：①可避免因老師一味地“演講”而導(dǎo)致學(xué)生注意力不集中、思想開小差的情況；②可以讓學(xué)生通過思考問題，加深對授課內(nèi)容的理解。在《三維地理信息系統(tǒng)》課程的教學(xué)中，筆者每隔10~15 min給學(xué)生拋出1~2個問題。這些問題可以吸引學(xué)生的興趣、啟發(fā)即將講授的內(nèi)容，如通過提出魔獸爭霸、虛擬人生等游戲中的問題引出基于網(wǎng)絡(luò)的三維虛擬環(huán)境；也可以回顧之前講授的知識難點，如給出多種三維模型數(shù)據(jù)的圖片，讓學(xué)生回答這些模型數(shù)據(jù)可能的獲取手段及其區(qū)別。

在“設(shè)問”時應(yīng)盡量避免那些“老生常談”、“學(xué)生熟知”的問題，如“什么是地理信息系統(tǒng)”、“什么是空間分析”等。這些問題不僅無助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還可能引起他們的逆反心理。

3）“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)。它是一種將具體的任務(wù)交給學(xué)生自己去完成的教學(xué)方法。學(xué)生在收集資料、設(shè)計方案、實施方案、完成任務(wù)中學(xué)習(xí)、理解和掌握知識[9]?！度S地理信息系統(tǒng)》課程中的一個課外作業(yè)題目是“校園三維建模競賽”。具體要求是：①學(xué)生以自由組合的方式，3~4人形成一組，制作校園的三維景觀模型（每個組只負責(zé)校園區(qū)域的一塊，且各組的建模區(qū)域互不重疊，如圖1所示）；②以三維動畫或效果圖的方式渲染、展示成果；③全體學(xué)生對各組所展示的成果進行評分，平均分即為各組的最后成績，并對排名前三的小組進行適當(dāng)?shù)摹蔼剟睢薄?/p>

圖 1 學(xué)生自行分組的校園建模區(qū)域圖

通過這種“任務(wù)驅(qū)動”、“競賽”的教學(xué)方式，可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情得到大大提高。

4）“實踐式”教學(xué)。它是指教師對知識進行講解后，讓學(xué)生動手實踐，將所學(xué)的知識提升為能力的一種教學(xué)方法?！度S地理信息系統(tǒng)》的課程教學(xué)中共安排了2次實踐課，每次4課時。

第一次實踐課是讓學(xué)生熟悉和使用3DMAX建模軟件的基本功能。筆者自制案例教程，讓學(xué)生根據(jù)相關(guān)步驟操作和使用3DMAX軟件，熟悉該軟件中常用的基本建模、修改模型、添加材質(zhì)、燈光設(shè)置、動畫設(shè)置等方法。

第二次實踐課的內(nèi)容是OpenGL程序設(shè)計，筆者課前先在Nehe網(wǎng)站上下載了4~5個簡單的OpenGL程序案例；上課時讓學(xué)生以自學(xué)方式，基于這些案例完成教師課前所設(shè)計的趣味性練習(xí)，如通過讀寫、顯示一個三維模型文本文件，回答“這個模型是什么動物”等問題?！皩嵺`式”教學(xué)有助于加深學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力。

5）“討論式”教學(xué)。讓學(xué)生與學(xué)生及學(xué)生與老師通過共同探討、交流來獲取某些問題的解決方法或建立某些觀念。它可有不同的形式，如針對一個主題讓學(xué)生多方討論；以辯論方式從不同觀點進行討論。在《三維地理信息系統(tǒng)》課程的教學(xué)中，筆者在課堂上首先拋出“智慧城市”這個名詞，再讓學(xué)生以發(fā)散思維的方式來討論，如回答“你覺得什么是智慧城市”或者“怎么的城市是智慧城市”等問題；然后，讓學(xué)生課后自行查閱資料，并在下一講中繼續(xù)討論。“討論式”教學(xué)有助于“開啟學(xué)生的大腦”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力。

6）“實驗引導(dǎo)式”教學(xué)。它是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學(xué)方法[10]。在《三維地理信息系統(tǒng)》課程的教學(xué)中，筆者為了讓學(xué)生理解幀數(shù)/幀率等概念，以及“為什么高的幀率可以得到更流暢的動畫”等問題，課前利用3DMAX軟件對同一個場景模型，通過設(shè)置不同的幀率，渲染制作了多段視頻動畫；上課時再讓學(xué)生觀察不同幀率下動畫的差別和變化，從中理解和幀率、繪制效率有關(guān)的知識。筆者還通過演示2個不同的用于模擬雨、雪等粒子系統(tǒng)的程序，來介紹三維動態(tài)可視化的加速和優(yōu)化方法。

7）“科研式”教學(xué)。在課堂教學(xué)中，應(yīng)適當(dāng)增加所講授內(nèi)容的最新研究成果、應(yīng)用范圍和發(fā)展方向，有利于幫助學(xué)生開闊視野、啟迪思想、激發(fā)興趣。這就要求教師在日常的備課和科研時多關(guān)注國內(nèi)外的最新研究進展、及時跟蹤最新的文獻，以及在文獻閱讀的過程中琢磨如何將最新的研究成果與課本的知識點相結(jié)合，并及時、準(zhǔn)確地更新已有的PPT課件。例如，筆者將2011年發(fā)表在Journal of Transport Geography期刊上的一篇關(guān)于三維空間最短路徑搜索方法的文章[11]用于《三維地理信息系統(tǒng)》課程中“三維空間分析”之“網(wǎng)絡(luò)分析”的案例進行重點講授。

“科研式”教學(xué)不僅可以讓學(xué)生了解本專業(yè)領(lǐng)域的最新研究進展與成果，還能激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)問題的興趣。

8）“自主學(xué)習(xí)-匯報式”教學(xué)。它是由學(xué)生個體或以小組形式通過第二課堂自學(xué)獲得與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)，但課堂上未呈現(xiàn)過的知識，向全體學(xué)生進行講解、匯報的一種教學(xué)方法；是西方課堂教學(xué)中普遍使用的一種教學(xué)方法，常被稱為Presentation[12]。該教學(xué)方法被用于《三維地理信息系統(tǒng)》課程的期末考核，具體要求是：3~4個學(xué)生為1組，課后自學(xué)與3DGIS有關(guān)的知識或話題，以匯報方式與全體學(xué)生分享和交流。

從匯報的過程來看，學(xué)生對這種考核方式充滿極大熱情，他們不僅制作出精美漂亮的PPT,還呈現(xiàn)出活潑、生動、多樣化的匯報形式。并且，在每個小組匯報之后，其他學(xué)生都踴躍提出問題進行討論、交流。

從匯報的內(nèi)容來看，各小組不盡相同，涉及諸如基于圖像的建模、利用3DMAX軟件建模學(xué)生宿舍、裸眼3D、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、3D打印技術(shù)、3DGIS在都市圈的應(yīng)用等許多豐富有趣的內(nèi)容。

所有小組匯報完之后，教師再對學(xué)生的匯報內(nèi)容進行歸納和總結(jié)。這種教學(xué)方法不僅讓學(xué)生加深了對知識的理解，還讓教師豐富了知識。

3 結(jié) 語

組合教學(xué)方法在教學(xué)實踐中的運用，能夠充分反映以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。通過上述不同方法穿插教學(xué)，能夠在課堂上調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，保持學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情。除此之外，通過該方法，能夠有效提高學(xué)生的動手能力，這在專業(yè)學(xué)習(xí)中顯得尤為重要。組合教學(xué)方法的運用，也拉近了師生之間的距離，教師不再是高高在上的“夫子”，而是共同發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的“朋友”。學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，能夠及時反饋給教師，這成為促進課堂教學(xué)改革的主要推動力，實現(xiàn)教學(xué)相長。

通過對教學(xué)信息的書面反饋，學(xué)生對本課程的內(nèi)容安排、教學(xué)形式、教學(xué)效果等普遍反映較好。授課內(nèi)容和授課方式的好評率分別為96.1%和94.2%（見表1）。此外，有的學(xué)生在評語中寫道“三年了，我第一次看見某某同學(xué)對課程這么上心！所以，他們會成功的”；還有的學(xué)生寫道“我們宿舍的一位經(jīng)常玩游戲不知道興趣何在的兄弟，聽完你的課后，自己主動學(xué)起了3DMax。” 筆者認(rèn)為更重要的是，運用以上各種教學(xué)方法的思路可用于其他課程的教學(xué)活動中，不僅有益于學(xué)生，也有益于教師。

表 1 問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果表

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Combination of Various Teaching Methods of3D GISCourse

byZHOU Qi

This paper explored a combination of various teaching methods, and applied them to the3D GIScourse for practice.

various teaching methods,course teaching, GIS

P208

B

1672-4623（2014）02-0167-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.060

2013-05-28。

項目來源：中國博士后科學(xué)基金資助項目（2012M521496）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目（CUG120831）。

周琪,講師,研究方向為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。