地理信息系统原理课程实验设计原则

地理信息系统原理课程实验设计原则

摘要:本文为探讨课程实验设置,对课程性质、教学目标和常见的误区进行了分析,论述了设计的一般原则和专用原则,得出设计的总体目标,对实验设置有实际指导价值。

关键词:地理信息系统;实验;原则

地理信息系统原理课程有较强的理论性和技术性,其理论抽象,技术复杂,难以理解,不便掌握,成为课程教学的难点。因此通过科学的实验项目与内容设计,让理论与实践结合,是不二之选,而实验设计的原则与方法则是首先要考虑的。

1课程性质

地理信息系统学科是融地理科学、计算机、遥感和地图学于一体的边缘学科,是“用于回答地理学问题的艺术、科学、工程和技术”的统称[1]。它首先是一个信息系统,只是数据管理的难度高于一般系统;它既是一门多学科交叉学科,还是一门技术性很强的学科,虽外观表现为计算机软硬件,内涵却是数据的流动;兼具工具、资源和学科三大属性,它有以空间操作和分析专业提供空间问题答案的工具属性,以整合多源数据与资源体现资源性,而学科属性则是指其相对独特的研究对象和技术体系,并正在逐步地发展为关于地理空间信息处理的专门技术、服务和科学等。地理信息系统原理课程是地理信息科学、测绘科学与技术、遥感科学与技术及相关专业的入门课程,也是学生的第一门专业主干核心课程,担负学科导论的作用。故课程具有理论性、技术性、实践性、综合性、先导性,它是确定教学目标、教学内容和教学方式的前提。

2实验教学要求

2.1总体教学目标

作为入门基础课程,旨在通过本课程的学习,让学生树立正确的空间认知观,了解数据采集规范,掌握数据输入、处理技术,熟悉基本空间分析和建模分析方法,明确GIS技术与专业应用的结合手段,提高解决实际问题的能力,学会平台软件的使用。具体教学内容可划分为基本理论、系统技术和应用方法三大模块。基本理论包括基本概念、信息传播理论、空间定位基础、空间分析理论及学科发展等,技术系统涵盖系统配置、数据结构、输入输出系统、空间数据管理、用户界面和支撑软件操作等,应用方法涉及专题分析模型、系统设计、各类技术手段及实际问题与技术的结合方法等,它们以知识的逻辑结构,形成相对固定的教学顺序。而伴随着地理信息科学的推广,将有更多创新的理论、思路、技术和实用模型被充实进来。课程教学目标可分为了解、理解、掌握三个层次,而课程学习中需深入理解和掌握的内容较多。概念多而严密,须加以深刻理解,并区分与日常生活和相关学科概念的内涵异同;其理论是学科的支撑,是地理信息科学的基石,恰恰是陌生的;技术系统———功能实现,杂乱、抽象、技术性强;应用方法,缺少思路,难以捉摸,难与具体决策结合;即使于了解层面,也需了然于胸,否则影响后续教学。既要求宏观体系的把握,又要细节的理会。综上所述,本课程教学具有任务重、类型多样、涉猎面广、知识点丰富、知识体系庞杂等特点,构成大一统的内容体系。教学过程表现出内容“虚”,理解难,基础内容多,要求学生基础全面、学习能力强,成为了教学的难点。化解以上问题,常辅以阅读材料、使用相关教学法和实验等手段。

2.2实验设置问题

有学者通过社会需求、教与学三个方面的分析,对理工科的教学方法进行研究,提出引导高校理工科学生“应用创新”的授课方法和手段,从而将教学落实到“实处”,成为有影响的教改思想。也有学者提出立体化教学方法、问题教学法等,皆为多手段并用,让学生充分参与,亲自动手。而随着地理信息科学的出现,有研究者提出针对地理信息科学方法论的教学机制,建立了地理信息本体论、科学方法、技术方法及创新机制与策略的教学体系,同样强调创新。前述方法中最突出的要求就是理论与实践结合。在教学过程中设立课程实验,这已是通行的方法。实验所用软件有MapInfo、ArcView、ArcGIS等等,它们虽有所差异,但都是成熟的支撑平台,均能满足课程需要。但现有实验存在针对软件功能而设置的问题[2-3],如设立初识软件、数字化、数据库管理、数据操作、空间分析、制图等实验,重心是软件操作和功能实现,其实是一种验证实验,虽然对理解教学内容似乎起到一定作用,但往往目的并不突出,与理论教学和知识体系结合不紧密,并非针对课程,无法达到以实验巩固、化解知识的目标,突显教学目标和实验设计的矛盾。因此实验设置的目标就必须针对课程内容、教学目标和实验存在的问题展开,以此探讨设计原则。

3实验设计的原则

3.1一般原则

这是所有实验设置必须遵守的共同原则。首先是科学可行性原则。原理、方法、材料和结果要满足科学性,符合客观规律,不违背基本知识、基本原理,逻辑正确。做到实验目的明确、原理正确、手段恰当。其次是对照性原则。通过对照实验的设计消除无关变量影响,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果的影响。再次是可重复性原则。实验都必须能够重复,这是可靠性的标志,也就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验,避免偶然性,提高试验可靠程度,要求控制实验条件、实验变量下重复实验,消除无关条件的干扰。还有就是最经济原则。不论什么实验,都有它的最优选择方案,这包括在资源的使用及时间的损耗上,可用产出和投入的比值来衡量,不可超越所拥有的实验条件。此外还有随机性原则。即研究样本可以从总体中任意抽取[4]。而平衡原则、弹性原则也是需要遵循的。

3.2专有原则

除通用原则外,结合课程特点还应该有需要遵守的专门原则。理论性原则。这是针对课程全新晦涩的理论和易混的概念,要求实验服务于理论,实验结论落实于理论、原理,而非别处,以实验加深对理论的理解。操作性原则。服务于技术操作功能,突出系统的基本功能和应用功能,便于学生对知识体系的把握。应用性原则。服务于应用,与方法结合,锻炼学生解决实际问题的能力。融合性原则。基于边缘交叉的学科性质,适当扩充,顾及其他,让学生扩大知识面。总之要服务于教学目标。实验内容设置应包含训练、综合、分析和验证多类别。具体的实验设计涉及实验目的、实验内容、方案设计等,宜展开后续研究。

4总结

课程内容决定教学目标和方式,科学合理地设置实验能提升效能,而设置依赖于设计原则。一个切实可行的原则,能巩固所学,拓展知识,提升能力,为达成教学目标起事半功倍的作用。这些原则进一步提升为设计的总体目标———就是以实验辅助教学,不让实验喧宾夺主,不让实验流于形式,不以软件操作冲淡教学目标。

作者:王兆华 单位:苏州科技大学环境科学与工程学院