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摘 要:地理信息系统已经成为很多专业的专业基础课,针对不同的专业,课程教学与实践的侧重有很大的区别。探讨了GIS在地理科学专业中的教学方法,对地理科学专业的学生学习GIS以及目前教学过程中存在的问题进行了探讨,并提出了一些针对性的解决方法。
关键词:地理科学;GIS;教学方法;实践教学
中图分类号:G64
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)19-0259-02
0 引言
地理信息系统(Geographic information systems,GIS)是利用计算机技术实现地理信息采集、管理、分析和表现地理空间数据(Geo-spatial data)的系统,实现空间决策支持。地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面,地理信息系统是一门学科,是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科;另一方面,地理信息系统是一个技术系统,是以地理空间数据库(Geospatial Database)为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
1 GIS与地理教学
既然GIS是地理科学专业的一门专业必修课,与地理科学有着千丝万缕的联系。
1.1 GIS课程的特点
(1)GIS是多学科集成、渗透性强的学科。作为一门交叉性强的学科,还需要有厚实的计算机,地理,数学,测绘等学科知识作为铺垫。
(2)GIS是理论性和应用性并重的学科。GIS理论与GIS技术并存,理论需要技术的支撑,技术需要在理论的基础上改进。
(3)GIS具有发展速度快,内容更新快的特点。
GIS经历了实验室GIS、企业化GIS和社会化GIS三个发展阶段,社会化的GIS以广泛提供地理信息服务为其特征,GIS应用和其他应用紧密结合在一起,已经成为人们日常生产和生活不可分离的一部分。
1.2 GIS在地理教学中的地位
地理学是一门研究人类赖以生存的空间科学。由于地球表面具有非均一性、空间变化的复杂性,又由于地表上的事物极其多样,所以地理学的研究对象极为复杂。对于地理学家,以下三个问题是最基本的:(1)地理空间中地理现象发生的地点;(2)现象的特征;(3)各种现象之间的空间关系。要回答这些问题,地理学家必须处理各种描述地理现象的地理数据,而这些数据的最大特点是具有空间位置。因此,在地理研究中,形成了具有悠久传统历史的空间分析理论与方法,它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法,成为地理信息系统的基础理论依托。而地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段,并使地理学研究的数学传统得到充分发挥,地理信息系统的产生和发展与地理学有着十分密切的关系。
1.3 课堂教学内容
对于从未接触地理信息系统理论、技术的地理本科学生来讲,对地理信息系统这门课可以说脑子是空白的。在第一堂课上就要把这个名词给学生讲解清楚,并把地理信息系统的产生由来、发展过程及主要是用来解决和回答那些问题一一给学生介绍明白。
对于地理信息系统这门课程,我们给学生建立一个整体的概念,即建立一条主线,并沿着这条主线进行逐次分解教学。而且还要在讲课过程中穿插更加易懂的实例来进行解释。例依据地理信息系统的内容,我们可以将GIS生产过程简单的用一个示意图来表示。如图1能够较好反映整个地理信息系统的纵横脉络,按照这个框图能够使讲课思路条理清晰,可以引导学生沿着这条主线,明白各部分的内容、目的、联系与区别,正确把握本门课程的结构知识。除了用这样的框图外,还需要引进一个实例来讲解,比如我们要划分旅游景区的是否开放区域,我们可以在框图的基础上,用实例来进行讲解。
1.4 多媒体与传统方式相结合进行课堂教学
现代化教学设施的应用确实能为教学提供一些传统教学方法不可比拟的优势,可以减少大量的板书时间,大大增加教学内容,可以使一些教学内容更加生动、形象和直观,可以通过图、文、声、像等多种方式同时刺激学生的视觉、听觉和触觉等多种感官,提高学生的接受和理解能力。一方面,现代化教学方法和传统教学方法有机结合。
课堂授课时,应根据授课内容,选择多样合理的表达方式,以提高效果。课堂上一味地追求使用现代化的教学设施,将课堂讲授内容不加区别地用投影仪显示,时间一长,就会使学生眼睛疲劳、感觉单调乏味;因此,对于需要掌握的推导过程,用传统的手工方法,减缓授课节奏,可以使学生印象更深,效果更佳。另一方面,现代化教学手段的应用易划整为零。课堂上要把握好各类教学手段的使用方法和方式.
对于一些应用模型,算法之类,我们还需要用传统的方法进行推导。但是在展示一个GIS的功能应用就可以用多媒体,更加形象生动。
1.5 GIS技术的实际应用
GIS技术的应用,狭义来讲,GIS的软件操作,也是地理课程教学中不可替代的重要组成部分。应用GIS技术手段解决地理学问题,是地理学研究方法上的一次质的飞跃。近年来,随着计算机技术特别是软件技术的发展,GIS已经与其它技术相融合成为一门综合性的技术。GIS的教学不仅仅是让学生了解一些理论和发展趋势,更重要的是让学生通过更多的实践学习,培养自己利用现代高科技技术手段获取地理信息、运用地理信息、处理地理信息的能力,为今后的工作和研究作技术上的准备,因此GIS实践教学是课程教学中不可替代的重要组成部分,其课堂实验教学时数应该占到总课时的三分之一甚至于一半以上。
实习具体内容有:(1)GIS工具型软件的使用和基本操作练习(可以选择多个软件,让学生进行分析比较它们的异同);(2)空间数据的采集和编辑(针对不同的数据源进行采集);(3)空间数据结构的转换和多源空间数据的融合;(4)属性数据库的建立;(5)简单地理信息查询系统的建立;(6)设计与建立用户界面和简单应用系统(将计算机编程语言与GIS工具软件相结合)。
我们在教学中可以采取理论与实践相结合,采取演示验证实验教学法。也就是理论课的教学和实践课的教学穿插进行,这种实验教学方法一方面是教师的演示教学使学生初步了解使用技术的基本步骤和方法,另一方面是学生自己多操作、多运用,验证教师的使用技术,训练最基本的实验方法和技能,最终达到熟能生巧。这样可以使学生更好的理解GIS的基本理论、基本知识和基本的技术方法,熟悉GIS工具软件的使用和操作方法。同时也培养了学生的学习兴趣。
2 GIS教学中存在的问题
2.1 从学生方面
学生对于理论知识总是有种恐惧感,觉得这些知识过于晦涩难懂,或者由于太抽象,很难运用于实践,于是忽视了对理论知识的掌握。在刚开始学习一门新的课程时,由于新鲜感的原因,会对课程产生浓厚的兴趣,但在经过一段时间后,特别是当这门课程理论知识很多,比较抽象难懂时,学生往往会逐渐失去学习的兴趣。作为一门多种学科交叉的课程,地理信息系统中大量的理论知识涉及了测量学、地图制图学、计算机科学、地理学、管理科学、数学等。大部分理论知识难免枯燥,晦涩难懂。
2.2 对老师而言
现在学校的地理专业基础课程设置存在缺陷。地理信息系统的边缘性与交叉性意味着其教學过程离不开相关学科基础理论的支撑,GIS的基础理论涉及计算机专业、测量遥感专业和地理专业。
计算机科学与计算机应用是所有从事理工科专业的学生都必须学习的课程,在GIS系统开发方面具优势;测绘遥感专业在数据获取、处理、加工和显示方面有测绘和制图的优势,在GIS建立数据库,保证数据质量方面有特色;地理专业在GIS空间分析、综合决策等方面有自己的长处。
地理专业基础课设置体现了地理学综合性与区域性的学科特点,开设了与GIS直接相关的高等数学、统计学、地图学与遥感技术等专业基础课,为GIS课程教学打下前期基礎。当前存在的关键问题是这些基础课程安排的课时偏少,实验课时更少,达不到GIS课程教学的基本要求,尤其是计算机专业课程,没有开设基础语言、数据库技术、多媒体技术和网络技术等基础理论课,很难掌握GIS的基本原理,更本谈不上系统开发。此外,忽视GIS课程与专业基础课的衔接,排课先后顺序倒置。
3 教学反思
不同于GIS专业的学生,地理科学本科学生学习GIS似乎是凭空盖楼,不要地基只要高层。因此,我们只能尽最大努力让学生去理解去应用。
3.1 多与学生进行沟通
由于GIS固有的特点,在教学过程中教师与学生必须进行多方面的沟通,比如,可以采用录象、网络、E-mail、BSS等方式实现师生交流,让教师可以得到学生的反馈意见,及时的调整教学方案。用学生更加易懂的方式进行讲解。
3.2 采用启发式的教学方式
在教学过程中要想方设法调动起学生的学习积极性,提高他们的学习兴趣,使学生变被动学习为主动学习。通过运用多种教学方式,比如启发式教学,这是一种鼓励学生提出问题,思考问题的方法。在启发式教学中,教师用通俗简单方法启发学生,让学生建立一定的自信心,不被问题吓倒,不怕失败,并尝试去分析问题,解决问题。
3.3 重视实验环节
学习地理信息系统课应重视实习环节,可以说实习环节组织的好坏直接影响学习的效果,切实摒弃重理论、轻实践的错误教学思想,否则学生对地理信息系统的理解仅停留在一个感性认识上。
3.4 教学过程多采用形象化的例子
教学过程多采用形象化的例子,这也是教GIS几年来学生最大的期望,特别是针对我们地理科学学生高中学习的文科,大学归到理科以后,对他们来说最大的难点。了解到学生学习的兴趣点,在教学过程中多用形象化的例子,收到了很大的效果。
3.5 做到及时总结
在教完一届学生后,要将这门课的知识进行归纳、捋顺,找出教学中存在的不足及需要改进的地方,了解学生对本门课反映的热点问题、难点问题,为以后教学的改进奠定基础。
4 结语
针对目前GIS教学过程中存在的问题进行了探讨,并且提供了一些可以借鉴的经验。在教学过程中不断探索新的方法,特别是适合地理本科学生学习的教学方法,是一个持续的过程。在总结经验学习先进知识的基础上进行历练。相信地理本科的学生也一样会学好GIS。
参考文献
[1]邬伦,刘瑜,毛善君.GIS专业本科教学探讨——北京大学教学实例[J],地理信息世界,2004,4(2):27-30.
[2]苏广实.地理专业本科GIS课程教学探讨[J].广西教育学院学报,2007,3(25):75-77.
[3]向卫俊.高师地理专业GIS实践教学的探讨[J].湘潭师范学院学报(自然科学版),2003,3(9):98-101.
关键词:地理科学;GIS;教学方法;实践教学
中图分类号:G64
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)19-0259-02
0 引言
地理信息系统(Geographic information systems,GIS)是利用计算机技术实现地理信息采集、管理、分析和表现地理空间数据(Geo-spatial data)的系统,实现空间决策支持。地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面,地理信息系统是一门学科,是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科;另一方面,地理信息系统是一个技术系统,是以地理空间数据库(Geospatial Database)为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
1 GIS与地理教学
既然GIS是地理科学专业的一门专业必修课,与地理科学有着千丝万缕的联系。
1.1 GIS课程的特点
(1)GIS是多学科集成、渗透性强的学科。作为一门交叉性强的学科,还需要有厚实的计算机,地理,数学,测绘等学科知识作为铺垫。
(2)GIS是理论性和应用性并重的学科。GIS理论与GIS技术并存,理论需要技术的支撑,技术需要在理论的基础上改进。
(3)GIS具有发展速度快,内容更新快的特点。
GIS经历了实验室GIS、企业化GIS和社会化GIS三个发展阶段,社会化的GIS以广泛提供地理信息服务为其特征,GIS应用和其他应用紧密结合在一起,已经成为人们日常生产和生活不可分离的一部分。
1.2 GIS在地理教学中的地位
地理学是一门研究人类赖以生存的空间科学。由于地球表面具有非均一性、空间变化的复杂性,又由于地表上的事物极其多样,所以地理学的研究对象极为复杂。对于地理学家,以下三个问题是最基本的:(1)地理空间中地理现象发生的地点;(2)现象的特征;(3)各种现象之间的空间关系。要回答这些问题,地理学家必须处理各种描述地理现象的地理数据,而这些数据的最大特点是具有空间位置。因此,在地理研究中,形成了具有悠久传统历史的空间分析理论与方法,它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法,成为地理信息系统的基础理论依托。而地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段,并使地理学研究的数学传统得到充分发挥,地理信息系统的产生和发展与地理学有着十分密切的关系。
1.3 课堂教学内容
对于从未接触地理信息系统理论、技术的地理本科学生来讲,对地理信息系统这门课可以说脑子是空白的。在第一堂课上就要把这个名词给学生讲解清楚,并把地理信息系统的产生由来、发展过程及主要是用来解决和回答那些问题一一给学生介绍明白。
对于地理信息系统这门课程,我们给学生建立一个整体的概念,即建立一条主线,并沿着这条主线进行逐次分解教学。而且还要在讲课过程中穿插更加易懂的实例来进行解释。例依据地理信息系统的内容,我们可以将GIS生产过程简单的用一个示意图来表示。如图1能够较好反映整个地理信息系统的纵横脉络,按照这个框图能够使讲课思路条理清晰,可以引导学生沿着这条主线,明白各部分的内容、目的、联系与区别,正确把握本门课程的结构知识。除了用这样的框图外,还需要引进一个实例来讲解,比如我们要划分旅游景区的是否开放区域,我们可以在框图的基础上,用实例来进行讲解。
1.4 多媒体与传统方式相结合进行课堂教学
现代化教学设施的应用确实能为教学提供一些传统教学方法不可比拟的优势,可以减少大量的板书时间,大大增加教学内容,可以使一些教学内容更加生动、形象和直观,可以通过图、文、声、像等多种方式同时刺激学生的视觉、听觉和触觉等多种感官,提高学生的接受和理解能力。一方面,现代化教学方法和传统教学方法有机结合。
课堂授课时,应根据授课内容,选择多样合理的表达方式,以提高效果。课堂上一味地追求使用现代化的教学设施,将课堂讲授内容不加区别地用投影仪显示,时间一长,就会使学生眼睛疲劳、感觉单调乏味;因此,对于需要掌握的推导过程,用传统的手工方法,减缓授课节奏,可以使学生印象更深,效果更佳。另一方面,现代化教学手段的应用易划整为零。课堂上要把握好各类教学手段的使用方法和方式.
对于一些应用模型,算法之类,我们还需要用传统的方法进行推导。但是在展示一个GIS的功能应用就可以用多媒体,更加形象生动。
1.5 GIS技术的实际应用
GIS技术的应用,狭义来讲,GIS的软件操作,也是地理课程教学中不可替代的重要组成部分。应用GIS技术手段解决地理学问题,是地理学研究方法上的一次质的飞跃。近年来,随着计算机技术特别是软件技术的发展,GIS已经与其它技术相融合成为一门综合性的技术。GIS的教学不仅仅是让学生了解一些理论和发展趋势,更重要的是让学生通过更多的实践学习,培养自己利用现代高科技技术手段获取地理信息、运用地理信息、处理地理信息的能力,为今后的工作和研究作技术上的准备,因此GIS实践教学是课程教学中不可替代的重要组成部分,其课堂实验教学时数应该占到总课时的三分之一甚至于一半以上。
实习具体内容有:(1)GIS工具型软件的使用和基本操作练习(可以选择多个软件,让学生进行分析比较它们的异同);(2)空间数据的采集和编辑(针对不同的数据源进行采集);(3)空间数据结构的转换和多源空间数据的融合;(4)属性数据库的建立;(5)简单地理信息查询系统的建立;(6)设计与建立用户界面和简单应用系统(将计算机编程语言与GIS工具软件相结合)。
我们在教学中可以采取理论与实践相结合,采取演示验证实验教学法。也就是理论课的教学和实践课的教学穿插进行,这种实验教学方法一方面是教师的演示教学使学生初步了解使用技术的基本步骤和方法,另一方面是学生自己多操作、多运用,验证教师的使用技术,训练最基本的实验方法和技能,最终达到熟能生巧。这样可以使学生更好的理解GIS的基本理论、基本知识和基本的技术方法,熟悉GIS工具软件的使用和操作方法。同时也培养了学生的学习兴趣。
2 GIS教学中存在的问题
2.1 从学生方面
学生对于理论知识总是有种恐惧感,觉得这些知识过于晦涩难懂,或者由于太抽象,很难运用于实践,于是忽视了对理论知识的掌握。在刚开始学习一门新的课程时,由于新鲜感的原因,会对课程产生浓厚的兴趣,但在经过一段时间后,特别是当这门课程理论知识很多,比较抽象难懂时,学生往往会逐渐失去学习的兴趣。作为一门多种学科交叉的课程,地理信息系统中大量的理论知识涉及了测量学、地图制图学、计算机科学、地理学、管理科学、数学等。大部分理论知识难免枯燥,晦涩难懂。
2.2 对老师而言
现在学校的地理专业基础课程设置存在缺陷。地理信息系统的边缘性与交叉性意味着其教學过程离不开相关学科基础理论的支撑,GIS的基础理论涉及计算机专业、测量遥感专业和地理专业。
计算机科学与计算机应用是所有从事理工科专业的学生都必须学习的课程,在GIS系统开发方面具优势;测绘遥感专业在数据获取、处理、加工和显示方面有测绘和制图的优势,在GIS建立数据库,保证数据质量方面有特色;地理专业在GIS空间分析、综合决策等方面有自己的长处。
地理专业基础课设置体现了地理学综合性与区域性的学科特点,开设了与GIS直接相关的高等数学、统计学、地图学与遥感技术等专业基础课,为GIS课程教学打下前期基礎。当前存在的关键问题是这些基础课程安排的课时偏少,实验课时更少,达不到GIS课程教学的基本要求,尤其是计算机专业课程,没有开设基础语言、数据库技术、多媒体技术和网络技术等基础理论课,很难掌握GIS的基本原理,更本谈不上系统开发。此外,忽视GIS课程与专业基础课的衔接,排课先后顺序倒置。
3 教学反思
不同于GIS专业的学生,地理科学本科学生学习GIS似乎是凭空盖楼,不要地基只要高层。因此,我们只能尽最大努力让学生去理解去应用。
3.1 多与学生进行沟通
由于GIS固有的特点,在教学过程中教师与学生必须进行多方面的沟通,比如,可以采用录象、网络、E-mail、BSS等方式实现师生交流,让教师可以得到学生的反馈意见,及时的调整教学方案。用学生更加易懂的方式进行讲解。
3.2 采用启发式的教学方式
在教学过程中要想方设法调动起学生的学习积极性,提高他们的学习兴趣,使学生变被动学习为主动学习。通过运用多种教学方式,比如启发式教学,这是一种鼓励学生提出问题,思考问题的方法。在启发式教学中,教师用通俗简单方法启发学生,让学生建立一定的自信心,不被问题吓倒,不怕失败,并尝试去分析问题,解决问题。
3.3 重视实验环节
学习地理信息系统课应重视实习环节,可以说实习环节组织的好坏直接影响学习的效果,切实摒弃重理论、轻实践的错误教学思想,否则学生对地理信息系统的理解仅停留在一个感性认识上。
3.4 教学过程多采用形象化的例子
教学过程多采用形象化的例子,这也是教GIS几年来学生最大的期望,特别是针对我们地理科学学生高中学习的文科,大学归到理科以后,对他们来说最大的难点。了解到学生学习的兴趣点,在教学过程中多用形象化的例子,收到了很大的效果。
3.5 做到及时总结
在教完一届学生后,要将这门课的知识进行归纳、捋顺,找出教学中存在的不足及需要改进的地方,了解学生对本门课反映的热点问题、难点问题,为以后教学的改进奠定基础。
4 结语
针对目前GIS教学过程中存在的问题进行了探讨,并且提供了一些可以借鉴的经验。在教学过程中不断探索新的方法,特别是适合地理本科学生学习的教学方法,是一个持续的过程。在总结经验学习先进知识的基础上进行历练。相信地理本科的学生也一样会学好GIS。
参考文献
[1]邬伦,刘瑜,毛善君.GIS专业本科教学探讨——北京大学教学实例[J],地理信息世界,2004,4(2):27-30.
[2]苏广实.地理专业本科GIS课程教学探讨[J].广西教育学院学报,2007,3(25):75-77.
[3]向卫俊.高师地理专业GIS实践教学的探讨[J].湘潭师范学院学报(自然科学版),2003,3(9):98-101.