韋 娟， 劉乃安(西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院，西安 710071)

0 引 言

隨著云時(shí)代的來臨，大數(shù)據(jù)(Big data)也吸引了越來越多的關(guān)注。如何讓大數(shù)據(jù)時(shí)代的空間信息更快、更好、更充分地發(fā)揮作用已成為全球研究的熱點(diǎn)[1]。各級(jí)核心競(jìng)爭(zhēng)力越來越依賴于對(duì)信息的占有量及處理和利用能力。數(shù)字地球[2]、數(shù)字區(qū)域[3]、數(shù)字國(guó)家[4]、智慧城市[5]、智慧社區(qū)[6]及智能大廈[7]的建設(shè)急需大量的空間信息技術(shù)人才?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)正是在這樣一個(gè)強(qiáng)烈的需求下應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生的一個(gè)新興交叉邊緣學(xué)科，2004年，《自然》雜志把空間信息技術(shù)稱為繼生物技術(shù)和納米技術(shù)之后發(fā)展最為迅速的第三大新技術(shù)[8]。

2004年，武漢大學(xué)設(shè)立全國(guó)第一個(gè)“空間信息與數(shù)字技術(shù)”專業(yè)并開始招生，標(biāo)志著空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的誕生。2005年我校也適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化對(duì)空間信息領(lǐng)域人才的迫切需要而創(chuàng)設(shè)了空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)。旨在培養(yǎng)一批具有空間信息科學(xué)、現(xiàn)代通信理論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與軟件、可視化、數(shù)字化技術(shù)、空間信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成電路設(shè)計(jì)等方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)和技術(shù)綜合能力的人才。其課程設(shè)置是在通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分改制，地理信息系統(tǒng)是其中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它結(jié)合空間技術(shù)、信息技術(shù)和各類應(yīng)用技術(shù)，主要研究空間信息的采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示等理論、方法與技術(shù)[9]。不僅如此，這門課程對(duì)提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)、訓(xùn)練與提高學(xué)生的邏輯推理能力與抽象思維能力都有重要作用。

1 基本知識(shí)的教與學(xué)

在基本知識(shí)的教學(xué)中，教師要研究和把握概念認(rèn)識(shí)過程的特點(diǎn)和規(guī)律性，根據(jù)學(xué)生的前期課程基礎(chǔ)及認(rèn)識(shí)接受能力來選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式。因此，在基本概念教學(xué)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1.1 相關(guān)知識(shí)的回顧及拓展應(yīng)用

多學(xué)科交叉是地理信息系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，而對(duì)于空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，前期的基礎(chǔ)知識(shí)只有相關(guān)數(shù)學(xué)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫等課程內(nèi)容，其他的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)如地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感學(xué)等學(xué)生一概不知。在這樣的形勢(shì)下教學(xué)，就要求老師在有限的課時(shí)情況下，如何合理優(yōu)化地補(bǔ)充相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，并能帶領(lǐng)學(xué)生及時(shí)回顧相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上對(duì)知識(shí)進(jìn)行拓展應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)，融會(huì)貫通的靈活性。

1.2 融合式教學(xué)

GIS與GPS、RS(即3S技術(shù))以及GPS/INS、AGPS等技術(shù)也都是學(xué)生感興趣的內(nèi)容[10]。教師教學(xué)時(shí)，在講清楚基本概念后，準(zhǔn)備一些實(shí)用的素材或者將科研中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)一步融合進(jìn)來，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，可極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.3 啟發(fā)式教學(xué)

教學(xué)中，要“授之以魚，更要授之以漁”，不僅需要傳授基本知識(shí)，更應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其應(yīng)用知識(shí)的實(shí)踐能力。教師根據(jù)每部分內(nèi)容，可以提出一些與生活息息相關(guān)的問題，讓學(xué)生嘗試著去分析解決。如在講授緩沖區(qū)分析和疊加分析內(nèi)容時(shí)，通過課堂討論的教學(xué)方式開展。學(xué)生們提前搜集與這兩部分內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用，并在課堂上針對(duì)噪聲污染、空氣污染等內(nèi)容展開激烈的討論，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，獲得了很好的教學(xué)效果。

1.4 互動(dòng)式教學(xué)

地理信息系統(tǒng)課程的工程實(shí)踐性很強(qiáng)，實(shí)際教學(xué)中往往以講解基本知識(shí)為主。教師在教學(xué)活動(dòng)中，可廣泛結(jié)合一些具體的工程實(shí)際項(xiàng)目的例子與學(xué)生一起探討[11]，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，繼而達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。

1.5 多媒體教學(xué)

對(duì)于在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下的地理信息系統(tǒng)課程來講，采用多媒體教學(xué)方法，可以生動(dòng)形象、直觀明了地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，也可將工程實(shí)踐和科研成果以示例、動(dòng)畫演示給學(xué)生，大大增加了課堂教學(xué)的信息量[12]。例如在講解GIS的基本功能時(shí)，可以將各項(xiàng)功能表示出來，再進(jìn)行逐一講解，便于學(xué)生理清各項(xiàng)功能之間的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題與改革措施

2.1 存在的問題

地理信息系統(tǒng)自形成起，就需要將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，將知識(shí)應(yīng)用到具體的實(shí)際工作中[13]。但在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，普遍存在一些問題：

(1) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一。目前的大部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)大綱，按部就班地完成實(shí)驗(yàn)操作[14]。學(xué)生沒有更多選擇的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏興趣，不利于發(fā)揮學(xué)生的個(gè)體特長(zhǎng)，教學(xué)效果自然不佳。

(2) 實(shí)驗(yàn)題目陳舊，內(nèi)容更新慢。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，知識(shí)體系也快速更新，新技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際工程應(yīng)用更是飛速發(fā)展。但通常實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的使用周期往往是好幾年，內(nèi)容更新緩慢[15]，跟不上新技術(shù)新應(yīng)用的發(fā)展，因此，學(xué)生對(duì)過時(shí)的技術(shù)應(yīng)用沒有很大的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)踐效果并不理想。

2.2 改革措施

針對(duì)上述問題，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1) 實(shí)驗(yàn)題目多樣化，內(nèi)容新穎。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要隨著實(shí)際應(yīng)用及時(shí)更新，要貼近實(shí)際，最好選擇一些與我們生活密切相關(guān)的內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)課程開始之前一個(gè)多月，筆者給出了若干個(gè)內(nèi)容新穎，貼近生活的綜合實(shí)驗(yàn)題目，如“GIS在新農(nóng)村規(guī)劃中的應(yīng)用”“校園地理信息系統(tǒng)”“西安電子科技大學(xué)東門口丁字路口紅綠燈(交通燈)設(shè)計(jì)”“西安電子科技大學(xué)的公共自行車服務(wù)評(píng)價(jià)及優(yōu)化處理”“西安市南二環(huán)噪聲地圖研究”“基于GIS的樂購(gòu)平臺(tái)”“城市電信地理信息系統(tǒng)”“地鐵對(duì)西安市陸路交通空間可達(dá)性的影響分析研究”“PM2.5的擴(kuò)散模擬及預(yù)測(cè)分析模型”“數(shù)字化城市的理解和設(shè)想”基于GIS空間分析的不同人群購(gòu)房需求模型”“霧霾多尺度監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)”“GIS在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用”等。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好在這些題目中選題，以2或3人自由組合的形式協(xié)同完成選定實(shí)驗(yàn)題目。

從綜合實(shí)驗(yàn)題目多樣化的實(shí)施效果看，學(xué)生對(duì)這些貼近生活實(shí)際的實(shí)驗(yàn)題目興趣濃厚，并能夠根據(jù)自身特長(zhǎng)選定適合的題目。另外綜合實(shí)驗(yàn)題目可選擇的余地很大，極大激發(fā)了學(xué)生的積極主動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)課程的自由度大大放松，給學(xué)生提供了一個(gè)自由施展的空間，也使他們的學(xué)習(xí)更富有創(chuàng)造性。而且每組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不盡相同，鼓勵(lì)各小組之間相互學(xué)習(xí)、相互討論、集思廣益，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力去實(shí)現(xiàn)自己的想法，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的組織合作及交流創(chuàng)新能力。

(2) 多種方式結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生通過“自由選題—查閱資料—制定方案—具體實(shí)施”等幾部分完成綜合實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，篩選出優(yōu)秀成果參加各種級(jí)別的專業(yè)競(jìng)賽，如鼓勵(lì)一些學(xué)生積極申報(bào)相關(guān)內(nèi)容的國(guó)家級(jí)科創(chuàng)項(xiàng)目，或者參加每年度的“Esri杯中國(guó)大學(xué)生GIS軟件開發(fā)競(jìng)賽”。

當(dāng)然需要為學(xué)生提供相應(yīng)的專用場(chǎng)地和設(shè)備，地理信息實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS專業(yè)軟件和GPS軟硬件相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)踐性軟件二次開發(fā)的過程。我校空間信息與數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)室是為配合地理信息系統(tǒng)教學(xué)而專門建設(shè)的，實(shí)驗(yàn)室主要擁有ArcGIS軟件，服務(wù)器，掃描儀，繪圖儀，GPS原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等軟件和設(shè)備。通過該實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和開放，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)搭建了很好的平臺(tái)。

(3) 改進(jìn)考核方式。以前的地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程是通過筆試和實(shí)驗(yàn)兩部分進(jìn)行考核，有很大的局限性，學(xué)生尤其反感機(jī)械僵硬式地筆試部分。在近兩年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，最終的實(shí)驗(yàn)考核是根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)報(bào)告、設(shè)計(jì)的完成情況和現(xiàn)場(chǎng)答辯綜合完成[16]。從根本上杜絕了相互抄襲現(xiàn)象，最終成績(jī)能夠反映學(xué)生的真實(shí)情況。進(jìn)而調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維的科學(xué)意識(shí)和能力。

2.3 初步取得的成果

現(xiàn)場(chǎng)答辯的情況大大出乎意料，可以看出學(xué)生從“材料準(zhǔn)備—現(xiàn)場(chǎng)演講—回答問題”的每個(gè)環(huán)節(jié)都投入了很多的時(shí)間和精力。如選題“GIS在新農(nóng)村規(guī)劃中的應(yīng)用”的這組學(xué)生將題目具體化為“GIS在新農(nóng)村規(guī)劃中的應(yīng)用——以陜西省彬縣雅店村為例”。雅店村是一位該小組成員的家鄉(xiāng)，學(xué)生利用五一放假專門回家進(jìn)行了信息收集，拍了很多照片作為素材，向村長(zhǎng)和其他人員了解該村的歷史，現(xiàn)狀及其發(fā)展，分析了該村的高程地形，人口分布，土地類型，社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況，洪水災(zāi)害分析及預(yù)防，河谷地區(qū)規(guī)劃以及新農(nóng)村的建設(shè)和規(guī)劃等方面，完成了一份詳細(xì)完整的專業(yè)基礎(chǔ)論文?！癎IS在防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用”組的同學(xué)以我國(guó)的主要自然災(zāi)害為例展開分析。如近幾年的地震情況，流行病分布情況，以及暑期長(zhǎng)江流域的洪澇災(zāi)害等，對(duì)其進(jìn)行了詳盡的分析，并給出了適當(dāng)?shù)慕鉀Q設(shè)想和具體實(shí)施方案?！拔靼彩心隙h(huán)噪聲地圖研究”組的學(xué)生也毫不遜色，他們利用周末和節(jié)假日去南二環(huán)的特征點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，記錄和整理南二環(huán)的地形、建筑物以及橋梁等的分布，為后期的具體實(shí)施奠定了較好的基礎(chǔ)。

部分實(shí)踐結(jié)果如圖1～3所示。其中圖1給出了西安電子科技大學(xué)新校區(qū)矢量圖，圖2是基于GIS/GPS/GSM的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中的查詢車輛當(dāng)前狀態(tài)并顯示結(jié)果，圖3給出了西安市南二環(huán)GIS模型3D圖。

圖1 西安電子科技大學(xué)新校區(qū)矢量圖

圖2 基于GIS/GPS/GSM的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)—查詢車輛當(dāng)前狀態(tài)并顯示

圖3 西安市南二環(huán)GIS模型3D圖

3 結(jié) 語

在地理信息系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，教師在基本理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)注重各種地理信息系統(tǒng)的實(shí)踐活動(dòng)。通過各種實(shí)踐環(huán)節(jié)，使得學(xué)生進(jìn)一步理解理論課知識(shí)，學(xué)會(huì)如何利用理論知識(shí)解決實(shí)際生活中的復(fù)雜工程問題，提高學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)的能力。通過實(shí)踐也可使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的全過程有一次切身的體會(huì)，學(xué)會(huì)查閱資料，針對(duì)課題進(jìn)行總體規(guī)劃、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)及完成后撰寫有關(guān)論文，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度及科學(xué)作風(fēng)。

總之，通過多種方式的教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)踐應(yīng)用，把基礎(chǔ)理論、實(shí)際問題、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，才能達(dá)到傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力的教育根本目的。

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