“地理信息系统”课程实验教学改革与探索

刘桂萍 于雯婕

[摘 要] 针对新疆大学“地理信息系统”课程实践教学中存在的问题，结合资源勘查工程专业特点，进行实验教学改革。在“地理信息系统”实验教学改革中增加实验软件平台，优化实验教学内容体系，注重综合性和设计性实验项目，充分挖掘课程思政元素，将爱国主义、爱岗敬业、严谨认真、合作精神、责任意识、吃苦耐劳融入实验教学中，并探索多种教学方法，激发学生的学习兴趣，提高学生的思想道德水平和文化素养，实现教书与育人相统一，提升实验教学质量。

[关键词] 地理信息系统;实验教学;教学改革;资源勘查工程

[基金项目] 2020年度新疆维吾尔自治区自然科学联合基金项目“塔里木北缘早古生代地壳演化：来自现代河流沉积物碎屑锆石U-Pb-Hf同位素的约束”（2020D01C049）

[作者简介] 刘桂萍（1982—），女，山东菏泽人，硕士，新疆大学地质与矿业工程学院讲师，主要从事GIS研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）28-0064-04   [收稿日期] 2021-04-27

地理信息系统（GIS）是一门新型交叉学科，所涉及的学科包括计算机科学、信息科学、地理科学、环境科学等[1-3]。新疆大学开设的“地质软件综合应用”是与“地理信息系统原理”理论课程相配套的实验课程，共48课时，该课程为我校资源勘查工程专业学生的专业必修课程，是一门应用性和操作性很强的课程[4]。针对新疆大学GIS课程实践教学中存在的问题，结合资源勘查工程专业特点，提出实验教学改革建议，以期提升实验教学质量。

一、实验教学中存在的问题

（一）实践教学方法单一

实验课程根据相应的章节开设实验项目，在我国高校GIS课程实验教学中，实验数据采用给定的练习数据，学生普遍在ArcGIS软件平台下完成实验相关内容，实验内容主要包括软件介绍、空间数据库的创建、图像配准和矢量化、空间查询与空间分析等[5]，使用的教学软件较为单一，导致学生对GIS的理解和认知大多停留在ArcGIS软件操作层面，没有深入领会GIS课程理论的精髓及本质。

（二）学生处于被动角色，积极性不高

实验过程中，学生不但要动手还要动脑，除了要掌握软件的操作，还要学会结合与课程相关的理论和方法来完成实验，但实验课堂上，学生大多是按照实验指导书给定的操作步骤完成实验内容，很少将每一步操作与相应的理论知识联系起来，此外，这种教学模式较为枯燥，不易激发学生学习兴趣，制约了学生创新能力发展。

（三）实验项目之间的关联性不高

实验项目的内容设置往往相对孤立，缺乏联系，教师提供的练习数据不同或者没有关联性，如在创建空间数据库、图像配准和矢量化、空间查询与空间分析等实验项目中，所使用的实验数据不同，实验项目之间彼此孤立关联性不高，缺乏系统性，导致学生按照实验指导书完成实验操作之后，对各个实验项目之间的相互联系认识不够。

（四）实验教学项目与行业脱节

资源勘查工程专业GIS实验项目内容和设计往往借鉴测绘、城乡规划等专业，开设如土地分等定级、选址分析、土壤适宜性评价等内容有关的实验项目，这些实验项目与资源勘查工程专业背景联系不紧密，没有考虑到资源矿产勘查行业的需求，使得实验项目与生产实践脱节。

（五）缺少课程思政内容

就新疆大学地质与矿业工程而言，GIS实验教学的开展大多以讲解实验原理和实验步骤为主，对思想政治教育的重视程度不高，这与当代大学生思想政治教育的要求相脱节，亟待深入挖掘与GIS实验内容相关的课程思政元素。

二、实验教学改革

（一）增加教学软件平台

国内外地理信息系统软件有很多种，应在实验课程中多开设二三款常用的地信软件，选择具有代表性的GIS软件进行对比学习，如ArcGIS和MapGIS都是现今主流的GIS软件。在同一个实验项目中，比如在与地质图编制相关的实验中，可让学生分别使用MapGIS和ArcGIS软件完成1∶20万地质图的编制。在实验操作过程中，学生会发现，即使软件平台不同，但操作步骤有相似之处，都是要依据《中华人民共和国国家标准》对矢量化地质图进行符号和颜色的设置，按要求对纸张大小进行设置并添加相应的地图要素等;此外，在与空间分析相关的实验项目中，也可让学生分别在ArcGIS和MapGIS软件上完成给定矢量数据的叠加分析和缓冲区分析，通过一系列练习和操作，学生可体验不同地信软件的操作过程，比较不同软件的数据处理流程，最终体会出不同地信软件的优缺点。

（二）优化实验教学内容体系

由于不同学科具有不同的特点，在教学安排上应根据不同专业探索适宜的GIS实验教学模式和内容，能够与时俱进地调整实验教学内容和方法。地质类院校GIS实验课程更需要体现其专业特点，注重培养学生的综合应用能力和创新能力。我院以《ArcGIS 10地理信息系统教程：从初学到精通》和《MapGIS地理信息系统（第3版）》为实验教学参考书，并自编了《地质软件综合应用实验指导书》，该实驗指导书是由专任教师根据专业需求编制，强调“学科—专业—行业”一体化建设。实验课程以MapGIS 10.2和ArcGIS 10为软件平台，选取教师科研项目中的典型案例数据作为实验数据，在实验教学安排上注重各实验项目和内容前后联系，后一次实验要以前一次实验的结果为基础，使各个实验项目连贯起来最终形成一个统一的整体。

实验教学的主要内容包括MapGIS和ArcGIS主要功能的介绍与软件安装、1∶20万地质图的地理配准及输入编辑、空间数据库的数据管理、1∶20万地质图的制作与地图排版、矢量数据和栅格数据的空间分析、三维地质体建模与可视化及综合信息成矿预测等。其中，MapGIS软件授课共16学时，ArcGIS软件授课共32学时，按照GIS实验课程特点，将实验项目分为演示性、综合性和设计性三个层次（见表1）。演示性实验包括1∶20万地质图的地理配准及输入编辑、空间数据库的管理、1∶20万地质图的制作与地图排版，通过对这些实验的学习和操作，加深对GIS原理和方法的认识，使学生对国内外主流的地信软件有所了解，并要求学生能够熟练地掌握ArcGIS和MapGIS主流软件的基础操作，包括地质图的地理配准、数据库的建立与管理、数据输入与编辑、一定比例尺地质图的编制方法等。综合性实验以培养学生综合实践能力为目标，训练学生结合空间分析原理、三维可视化原理，以及资源勘查专业的其他理论知识，解决矿产资源勘查领域的实际应用问题。例如，在讲解与空间分析相关的实验项目时，可结合缓冲区分析统计距离断层一定范围内矿床分布情况，在讲解三维可视化相关的实验项目时，可使用钻孔数据对地质体进行三维可视化建模与分析。设计性实验的目的是培养学生的创新能力，如在综合信息成矿预测实验项目中，锻炼学生使用地质软件（ArcGIS、MapGIS）协同处理和分析地质数据、地球物理数据、地球化学数据和遥感数据，提取预测信息，建立综合成矿预测模型，从而提高学生创新能力。