段金龍 周顏 李衛(wèi)東 張學海

摘要：ArcGIS地理信息系統(tǒng)平臺是行業(yè)內(nèi)最具代表性的GIS軟件平臺，對該軟件的學習與實踐是3S技術(shù)相關(guān)本科專業(yè)教學工作中的重點。本文以本?！犊臻g信息應(yīng)用實踐》課程的教學方法與手段為例，基于個人教學經(jīng)歷與經(jīng)驗，探討了如何對ArcGIS軟件進行有效的本科教學指導。

關(guān)鍵詞：ArcGIS；空間信息；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：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)星定位與導航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。進入21世紀后，在3S技術(shù)全球高速發(fā)展的大背景下，河南工業(yè)大學信息科學與工程學院空間信息與數(shù)字技術(shù)本科專業(yè)自2012年開始招生，在專業(yè)設(shè)置中遵循武大模式，并基于區(qū)域及學校特點逐漸走出了一條特色發(fā)展道路。目前本專業(yè)已經(jīng)畢業(yè)的3屆本科生主要分為考研深造、進入北京超圖等相關(guān)專業(yè)公司、考取相關(guān)專業(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，學生工作單位和深造院校均對本專業(yè)畢業(yè)生給予較高評價?！犊臻g信息應(yīng)用實踐》課程是本專業(yè)大三上期開設(shè)的一門課程設(shè)計，課程屬性為專業(yè)必修課，課時兩周，開課時間一般為學期末最后兩周，該課程的先修課程為《空間分析》《空間信息與數(shù)字技術(shù)導論》《GIS原理與技術(shù)》，通過對這幾門課程的學習，使學生了解專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握一定的基于地學數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)空間分析方法，對各類專業(yè)軟件的模塊構(gòu)成有所了解，為《空間信息應(yīng)用實踐》課程的深入學習及實驗操作打下基礎(chǔ)。

二、《空間信息應(yīng)用實踐》課程教學目的與基本內(nèi)容

本課程屬于課程設(shè)計，全部教學過程均在專業(yè)機房完成，選擇本專業(yè)核心軟件ArcGIS作為主要學習對象，經(jīng)過多方比對，選用湯國安等編著的《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程（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)，通過原理介紹、軟件操作及典型實例應(yīng)用，使學生做到即學即用，通過本課程實踐，使學生靈活運用ArcGIS專業(yè)軟件解決諸多常見的實際問題，達到舉一反三的效果，進而提高實踐應(yīng)用能力。通過本課程的教學，使學生了解基于ArcGIS的空間分析研究的各個方面內(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、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)課程的學習及將來從事相關(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)專業(yè)中各類復(fù)雜工程問題的分析和處理，主要通過課堂講授、課程實驗和課程設(shè)計等培養(yǎng)學生掌握解決空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題所需的基本理論、分析和實現(xiàn)方法。在課程理論知識講授環(huán)節(jié)，使學生初步掌握解決空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)所需的基本理論及分析計算方法；在實際復(fù)雜空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)工程實踐中，通過多個貼近實際的課程實驗，培養(yǎng)學生如何應(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踐的復(fù)雜特征，從而根據(jù)實際需求，選擇合適的空間分析方法設(shè)計出符合要求的數(shù)據(jù)提取及分析模型，并能評價所設(shè)計模型的優(yōu)劣。在實驗教學環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題的能力為目的，圍繞課程目標安排實驗項目，設(shè)計實驗內(nèi)容，利用空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)軟件ArcGIS進行實驗操作并對實驗結(jié)果進行評估。

三、《空間信息應(yīng)用實踐》課程教學改革思路

ArcGIS是一個專業(yè)級極強的商業(yè)軟件，具有非常多不同的數(shù)據(jù)處理功能，在教學過程中，筆者選擇將教材每章最后的“實例與練習”作為核心講授及實踐內(nèi)容，全部教材一共包括27個實例練習：某地區(qū)地塊的拓撲關(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；最短路徑問題分析與應(yīng)用；學校選址；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比；山頂點的提取；地形指標提取；地形特征信息提?。槐砻鎰?chuàng)建及景觀圖制作；污染物在蓄水層中的可視化；模擬場景飛行；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)定性評估；找出某種珍貴藥材的生長區(qū)域；城市建筑日照分析。這些實驗基本包括了ArcGIS常用的空間分析功能，學生在完成這些實驗的同時，也是對本專業(yè)若干核心知識深入理解的過程。經(jīng)過連續(xù)5年的教學歷練，筆者認為最好的本科教學方式是讓學生產(chǎn)生濃厚的學習興趣，提高學生的自主學習動力及能力，筆者在該門課程的教學實踐過程中也逐漸摸索到一種比較有效的教學方法，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年學期末開課，作為課程設(shè)計這種實驗類課程，集中的實驗實踐很有必要，經(jīng)過比對，這種連續(xù)兩周的高強度實踐模式能夠強化學生對軟件的理解，使學生能夠充分認識ArcGIS的龐大功能，而每周只上2到4個課時的課內(nèi)實驗教學方式非常依賴于學生的復(fù)習與預(yù)習，效果欠佳。由于時間有限，本課程實踐教學過程中大部分都是實驗內(nèi)容，實驗原理等專業(yè)理論知識的教授無法展開講，在實際教學中，本課程主要依賴于大三上半學年學期初開課的《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)上提高學生對GIS本質(zhì)的了解，并使學生深入理解GIS與相關(guān)學科、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)計類課程，多為教師布置一個或者多個綜合類題目，學生根據(jù)相關(guān)教材自主學習與實驗，教師扮演的多為純指導者的角色。但結(jié)合實際情況，筆者認為，首先，ArcGIS的海量功能會使大多數(shù)同學無從入手；另外，目前不少學生在實踐類課程中存在懶惰、厭學等消極情緒，本課程教材中的27個綜合性實驗如果放任由學生自主學習并實踐，2周的時間基本無法完成。為使學生盡可能地學好ArcGIS，筆者在實際教學中，先將每個實驗親自做一遍，并在實驗過程中講解若干核心實驗原理及專業(yè)知識基礎(chǔ)理論，學生通過投影儀和教師講解內(nèi)容理解實驗，然后學生自主實驗，教師在實驗室中巡視實驗情況，并不斷回答學生碰到的各種問題。這種教學方式先拉低了各個實驗的操作難度，使學生能夠輕松地做出實驗結(jié)果，產(chǎn)生一定的滿足感，使其有興趣繼續(xù)后續(xù)實驗。

第三，課程考核方式。本課程的最終成績由實驗平時表現(xiàn)、實驗成績和課程設(shè)計報告成績組合而成，各部分所占比例如下：（1）實驗平時表現(xiàn)（占20%）：根據(jù)學生考勤、課堂提問、課堂討論等情況給出評定成績。（2）實驗成績（占40%）：根據(jù)學生在實驗過程中的表現(xiàn)情況給出評定成績。包括學生對實驗內(nèi)容的理解、操作正確與否、實驗結(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的實驗內(nèi)容，對每位學生進行實驗現(xiàn)場考核，提出實驗原理、操作步驟、參數(shù)設(shè)置等不同問題，根據(jù)學生回答問題情況酌情打分。（3）課程設(shè)計報告成績（占40%）：根據(jù)結(jié)課后學生上交課程設(shè)計報告的撰寫情況給出評定成績。包括報告格式、實現(xiàn)步驟、實驗結(jié)果等，課程設(shè)計報告內(nèi)容為最后一次上課時布置的綜合大實驗，該實驗抽取27個已完成實驗中的若干實驗方法及原理，基于新的數(shù)據(jù)和不同實驗參數(shù)，要求學生做出綜合性實驗結(jié)果并撰寫課程設(shè)計報告。以上課程考核方式綜合考評了學生的紀律性、動手能力、專業(yè)知識理解、語言表達能力、寫作能力等，最終成績比較準確的體現(xiàn)了每個學生在課程設(shè)計過程中的綜合表現(xiàn)。

經(jīng)過以上教學方法的不斷完善，《空間信息應(yīng)用實踐》這門課程的教學效果逐年提高，評教結(jié)果優(yōu)秀，學生對該門課程表現(xiàn)出了極高的自主學習興趣，學生在課堂上及課下與筆者存在大量的溝通，不斷請教ArcGIS軟件操作的若干問題，一些平時學習成績較差的學生也在實踐操作中對本專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的學習興趣，這也達到了筆者提高學生學習興趣的初衷。

參考文獻：

[1]湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程（第二版）[M].科學出版社，2012.

[2]段金龍，周顏，李衛(wèi)東，張學海.《空間分析》課程改革探討[J].教育教學論壇，2018，（3）：123-124.