完整版GIS的教育毕业设计.docx

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完整版GIS的教育毕业设计

学科代码：

070503

贵州师范大学（本科）

毕业论文

题目：

GIS的教育

学院：

地理与环境科学学院

专业：

地理信息系统

年级：

2006级

作者：

陈阿妹

指导教师：

兰华（讲师）

完成日期：

2010年5月1日

GIS教与学的思考

陈阿妹

中文摘要：

国内外地理信息系统（GIS）应用前景越来越广阔，我国GIS教育的发展也很快，但GIS教学质量的提高比预期的要慢。

为此，通过问卷调查的方法对大学GIS专业的教学做了初步探讨，同时以MapGIS作为教学平台，在贵州省独山第二中学做了一次教学实践。

经过调查实践研究发现了教学方面的诸多问题，特别是基础教育和操作应用方面，在对各方面的问题进行思考后提出相应改善建议。

关键字：

GIS（地理信息系统）；高校GIS教学；MapGIS；中学地理教学；中学GIS教学

Abstract：

Domesticandinternationalgeographicinformationsystem（GIS）applicationprospectofmoreextensivedevelopmentofeducationinourcountrysoonGIS,butGIStoimprovethequalityofteachingslowerthanexpected.Tothisend,thesurveymethodbytheUniversityofGISprofessionalteachingdiscussed,bothasateachingplatformMapGIS,Dushan,GuizhouProvince,thesecondmiddleschooltodoateachingpractice.Afterinvestigationfoundthattheteachingpractice,manyproblems,especiallyinbasiceducationandoperationalapplications,inthereflectionofallaspectsoftheproposedafterthecorrespondingrecommendationsforimprovement.

KeyWords：

GISTeachingCollegeGISMapGISGeographyteachingTeachingMiddleSchoolGIS

引言

地理信息系统（GIS）的实用性正以前所未有的速度扩展，在GIS意识普遍增强的情况下，我国GIS技术及应用的发展也很快。

但相对来说，GIS教育尚未受到足够的重视，现有的教学师资和软硬件等实验条件也不能满足需要。

目前在我国GIS行业里很少有人对GIS教育给予关注，更少有人对GIS实践教学进行研究。

目前有关GIS的教育教学主要在大学阶段进行，2003年,我国有100余所大专院校设立了GIS相关专业,而目前我国大陆地区这个数字上升为500多所,其中大约有200所建立了GIS实验室。

但是在中小学阶段的教学中很少涉及GIS方面的内容，形成了GIS教育教学的盲区。

2003年国家教育部颁布的新一轮高中课程改革方案中历史性地将GIS纳入高中地理课程【1】，是地理教学改革的需要，也是国家社会、经济发展的需要。

1998年赖进贵探讨GIS在中小学地理教育中的应用与发展潜力，提出GIS在中小学地理教育中的功能包括资料来源、可视化工具、资料整合工具等。

2003年余俊青探讨GIS融入高中地理教学问题，提出高中GIS教学的首要任务是空间观点的培养，GIS教学范例的开发需要团队合作，指出地理教师的GIS操作能力、专业软件的昂贵和教学资源的短缺是开展GIS教学的重要制约因素。

2004年时玫君对台湾高中GIS社团学生学习满意度的调查，得出总体满意的结论，但在GIS教育推广上受多种因素影响而存在差异，最大的困难是软硬件的不足【2】。

为了分析高校GIS专业教育存在的问题和GIS应用于基础地理教育所面临的挑战，本人做了实证调查和实验研究，运用问卷、访谈、个案研究、等方式，对研究对象进行调查，并收集有关资料，获取信息，为研究提供事实依据，针对本人所在地方中学（独山二中）的实际情况，结合指导教师的意见，运用MapGIS制订出一套教学实验方案，比较实验前后差异，以评价各种不同教学模式的实施效果。

从而为GIS教学在地理课程建设中更为合理地定位打下基础。

1．GIS教育的现状及比较

地理信息系统（GIS）是新型的地学研究工具，GIS课程对高校地理系及其他相关专业的所有教学层次都是必要的。

随着GIS学科的发展和完善，GIS教育自8O年代在国内出现，经过三十年时间的迅速发展，目前已有100多所高校建立了GIS专业，每年有几千名本科生、研究生毕业【3】，为我国GIS的发展奠定了基础，应该说我国的GIS教育取得了相当大的发展，也培养了一大批GIS人才，但他们充实到教师队伍的并不多，更多的人才是在从事理论研究、系统建置和技术开发。

1．1国外GIS教育比较

国外GIS发展较早，因此其GIS教育体系也相对完善，如加拿大作为GIS的发源地，认识到GIS的未来在很大程度上取决于成功的培训和教育，在大学里许多专业已增加了GIS课程，在一些研究所之类的机构还开设了一个高级GIS文凭课程，主要传授GIS应用和管理方面的技术经验，特别值得注意的是他们培养了一大批掌握GIS技术的中学教师，这就使GIS象遥感教育一样，作为组成“新地理文化”的一个主要因素在中小学很受欢迎【4】。

1．2中国GIS教育现状

我国目前的GIS教育可谓“蓬勃兴起”，往往一个导师所带的学生可能比欧美一个大学全校招收的GIS研究生还多。

与国外所坚持的“少而精”的原则相反，我们似乎一味地关注数量，也就是说我们对教学质量重视不够[4]。

目前各高校地理科学专业讲授GIS课程的深度和重点各不相同，综合性大学及重点师范院校开设的相关课程较多，也比较规范，其实验条件也能得到保证，如武汉大学、南京大学分别建有国家级重点实验室，浙江大学和南京师范大学也有省级GIS重点实验室。

虽然这些实验室主要用于科研开发，但在它们的带动下，用于教学的实验条件也相对先进，比如武大重点实验室就向其校内用户免费赠送他们自己开发的GeoStar软件；北大也是用自己开发的软件CityStar做实验。

这些学校除了讲授GIS的基本原理之外，还开设了土地信息系统、环境管理信息系统等方向的专业应用型GIS课程；此外，他们比较注重学生的二次开发能力的培养。

他们面临的问题主要是如何提高教学质量、资源优化配置等“软问题”。

可是地方性院校的形势可不太好，主要存在以下三个方面的问题：

一是课程设置不合理，不加强软件操作和使用的教学、不讲原理和过程、不要求学生做二次开发。

二是实验条件不够完善，买得起硬件不一定买得起软件，有了软硬件还不一定有足够的基础数据可用，而硬件、软件与数据对于构建一个地理信息系统的成本来说应该是1：

10：

100这么一种比例关系【5】。

虽然空间数据的共享已行之有年，但共享还不能及于地方性院校，即便是有偿共享也因为体制等原因而很难操作。

而美国之所以GIS技术那么发达，一个重要原因就是绝大多数空间数据是唾手可得的。

当然了，纯粹用于教学也不需要太多的数据，只是数据输入与处理本来就是GIS的内容，也是学生实习应有的题中之义，但如果能很便利地获取本地数据，无疑能极大地方便教学，也能更好地提高学生学习的积极性和主动性；三是师资力量不够，GIS专业教师数量不多并且很少愿意下到地方性院校从教。

我国港台地区的GIS教育虽然比大陆的起步早不了多少，但由于经济发展水平及GIS技术和计算机技术的发展的带动，目前其GIS教育水平要领先于大陆。

如台湾大学地理环境与资源学系的所有必修课程的内容均放在互联网上，学生在可通过校园网络进行交互式学习；香港浸会大学地理系的部分课程及其相关实习也可通过网络进行。

而且台湾大学还在寒暑假定期举办高中地理老师GIS研习班或是GIS软件培训班，通过这种“推广教育训练计划”培养中学教师以应付中学增加GIS内容的师资需要。

他们从中学就开始培养学生的地理信息技术的能力，这表明我们的师范院校在这方面也应该大有可为。

2．我国高校GIS教育探讨

针对目前高校GIS教育存在的问题，结合本人所在高校的实际情况，在课程理论的指导下，运用问卷、访谈、个案研究等方式，做了实证调查研究。

通过调查我们发现，课程设置不合理，师资力量不足，教学体系不成熟的问题尤为突出。

2．1地理信息系统专业的课程设置问题

目前大部分高校的课程设置有很大的问题。

众所周知，对于GIS专业的学生而言，编程能力是必要的，大量的实验课是提高学生动手能力的必要保障。

而在很多高校，实验课课时较少，教学也流于形式，实验课的时间很多安排到了大三，在大一大二学生对专业知识相当渴求的时候却要面对大量枯燥的基础课和按部就班的理论课，这无疑消耗了学生大量的耐心和专业兴趣。

很多学生上大学两年了还没有操作过专业GIS软件，不知道自己上过的课有什么用，对专业的了解十分茫然。

到了大三，大部分学生激情已不在，即使这个时候有动手实践的课程也达不到很好的效果。

造成很多学生在走出校门的时候两手空空，一无所长，这也从侧面反映了高校GIS学生的教育状况。

在调查中，大部分的学生对GIS课程的设置不满意，其中有%60认为该增加，40%的老师建议增加系统开发方面的课程。

另外有%80的学生认为双语教学意义不大。

在与老师的访谈中，我们了解到目前许多高校在专业课程体系设置中，往往是以单独的课程作为基本组织单元，其中存在的缺点是课程繁多、内容交叉重叠明显、进度协调与组织存在一定困难，为教学过程组织带来了一定问题。

调查中课程问题最突出的是课程的衔接。

GIS课程是一门融合计算机、测绘、遥感、地图学、地理学、信息学等多门学科的前沿学科，因此在开设这门课程之前，学生必须具备一定的专业基础，这其中尤以计算机、数学和地图学最为重要【6】。

2．2GIS教育师资力量相对薄弱

一方面，GIS专业教师数量不多并且很少愿意下到地方性院校从教；另一方面，GIS这门学科较其他学科有一个特点：

学以致用。

这里的用指的是应用，即目前大众认为学GIS就只有在测绘、城市规划、水利、土木、环境保护、土地利用与规划等众多领域里应用才有其意义，而很少涉及到教育这方面。

这就造成GIS培养出的人才中大多是应用层，教育层人才极度缺乏。

那么很多从事GIS应用的人就会来上理论课，有些东西他会，但是他就是不会表述，所谓的有腹才没口才。

如此，教学受教师个人的基础背景与从事的研究工作制约关系太大，这种现象，是到了改变的时候了。

2．3教学方法和内容形式需要改进

虽然很多高校都有多媒体教室和设备，但是也许受传统教学的影响，在上课时真正用多媒体上课的教师很少，即使教师用了多媒体，但由于部分老师不及时更新，学生换届之后仍然沿用过去的课件，跟教材和知识的更新对不上号，以至于基础理论教和学的步调不一致，也就达不到教学效果。

目前，计算机已很普遍了，几乎每个学生都有自己的电脑，教师是否可以把项目分成很多块，安排学生自己下去完成，并当做考核的内容，这样就可以避免学生的水平长期停留在理论上，锻炼他们独立操作的能力，提高他们的积极性和兴趣。

虽然GIS教育的创新还涉及到国家的教育方针、政策与体制以及相关产业发展的政策、法律与规范等大的环境与条件，但是，我们应该一直以创新的心态去教学。

GIS学科涉及的理论很多，这就要求教师要有较高的素质与技巧。

一些重点、难点要给学生讲清楚，一些容易、次要的东西，要提纲挈领，甚至让学生自学。

要培养学生的创造性思维能力以及利用GIS与专业知识解决实际问题的能力。

动手与实践能力是GIS教学的关键环节，要有足够的时间让学生动手做，一个GIS本科生，起码要熟练掌握一门计算机语言，能够开发简单的GIS应用模块，能够掌握2种以上的常见GIS软件，并至少具有一种二次开发的能力。

尽最大可能让学生参与相关的科学研究与实用GIS工程项目的开发。

根据GIS学科应用性强的特点，对GIS人才不仅要考核其对知识的掌握程度，还要从工程设计、工程分析、可行性论证、工程造价估算等方面进行测试，努力做到考试答案不是唯一的，而是多种多样的，是自已设计、归纳的，从而营造出开放式结论的教育环境，有利于创新能力的培养。

多样性的考试方法在不同课程上的应用会有所侧重。

2.4基础差，实践性不强，可操作性差

在对GIS专业学生的调查中，只有20%的学生跟老师做过项目，%60的学生因为不熟悉操作所以不敢做，%20的学生对做项目没兴趣。

出现这种情况其中一个原因就是学生没有意识到GIS的重要性，不够了解GIS，这是学生的自身原因。

在操作这一块，学生的主动性比较差，老师在操作指导这一块放的心思比较少。

实习课课时比重小，综合性、实战性的应用实践训练少，是当前高校的普遍问题。

地方高校表现更为突出。

陈玉慧报道，各高校GIS专业的课程设置不尽相同。

但带有实习的课程（包括选修课程）一般不超过4门，尤其是地方高等院校。

生产实习在重点高校能保持8周，在地方高校往往遭到忽略【7】。

分析原因可能是GIS专业对软硬件的条件要求较高。

许多专业实习，如地理信息系统、数字摄影测量学、地图制图、遥感图像处理、地理数据分析与建模、地理信息系统设计等等。

这些实习或多或少都涉及到实习软件问题，目前的软件众多，国外有ArcGIS、ERDAS、AutoCADMAP、MicroStation、ENVI、IDRISI、Maplnfo等等，国内主要有MapGIS、Supermap、Geostar、Supresoft等，任何学校受实习场地、经费的影响，不可能购置全部软件。

地方高校尤其如此，由于经费紧张，学生的实习时间和场地都不能得到保证。

3．我国中学GIS的教学

3.1中学GIS的教学必要性

对GIS这一新型技术的普及与宣传应该是我国中学地理教育的迫切任务。

我国教育部2003年制订的《普通高中地理课程标准（实验）》已对此提出了明确要求【8】。

GIS是目前计算机辅助中学地理教育中能很好体现地理专业特色的计算机技术，GIS进入中学地理教育领域能使中学地理教育紧跟地理学科的发展步伐，运用先进的地理信息分析、处理、空间数据管理等技术，使中学地理教育能适应信息时代的要求。

《中学地理课程标准（讨论稿）》（以下简称“课程标准;）指出:

“地理学科作为基础教育不可或缺的一个组成部分，应为学生的综合素质提供独到的知识、技能、智慧的营养。

”在《普通高中地理课程标准》中也注重信息技术在高中地理课程中的应用，充分考虑信息技术对地理教学的影响，要求营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。

GIS辅助中学地理教育有三个层次的含义:

首先，GIS辅助中学地理教育可以带来中学地理教育理念的更新。

我们在现代教育理念下研究中学地理教育不能仅仅满足于使用计算机技术上的多媒体课，而是要研究如何使学生更有效地掌握先进的地理理论和方法。

以往我们可以看到一些所谓的现代地理课堂教学就是大量的图片和视频的罗列和堆积，学生热热闹闹地学完了一节课，但在脑海里除了图片就没有其他，这绝不是我们希望看到的，GIS进入中学地理课堂就可以防止这类情况发生。

GIS通过对地图的二次创造，使教学地图的使用达到少而精，通过对空间数据的分析和对地理现象的模拟，使学生能够更好地学会用地理的眼光看待事物，达到中学地理教育目的。

其次，GIS辅助中学地理教育可以使中学地理教师自身的知识体系不断更新，能够时刻关注地理学的发展。

作为教师，由于长期接触变化不大的教材，观念和思维方法都容易陷入僵化的框架中而不知，成为狭隘意义上的学科教育专家，除了课本上的知识，其他知之甚少。

地理学科的开放虽然使中学地理教师也具有开放的知识体系，但没有很好的媒介，地理知识的更新也是比较缓慢的，GIS进入中学地理教育则可以使这种情况得以改观。

地理教师可以通过GIS的强大功能对地理学的前沿研究领域进行涉猎，成为研究型的现代地理教师。

最后，GIS辅助中学地理教育可以使学生在基础教育阶段就接触到先进的技术，领略到高科技的魅力，在日常生活中运用简单的GIS技术了解查询地理信息，使GIS技术不再是专业技术人员的专利，成为类似计算机办公软件一样，成为未来建设者必备的地理知识和技术。

总之，在社会和教育者共同的努力下，GIS辅助中学地理教育将会成为基础地理教育重要的教育手段，GIS在教育中的应用必然会越来越深入.GIS教学纳入中学理教学内容是一个不可阻挡的趋势，GIS引人中学地理是地理教学改革的需要，也是国家社会、经济发展的需要。

GIS引入中学地理具有很大的挑战性，作为新时代的地理教师，推动GIS在中学地理中的应用责无旁贷【9】。

3.2GIS辅助中学地理教育的实验探究——以独山二中为例

为了进一步探讨中学GIS教育的现状，本人以我国基础教育新的地理课程标准和新地理教材为依据，在与指导老师深入研究相关课题和讨论的基础上，以贵州省独山二中为教学依托基地，把最新的地理教育理念应用到实践教学中。

同时，对中学地理教学资源库的建设与维护进行了深入的探讨，比较了现阶段GIS软件平台，选用MapGIS作为实践教学软件。

尝试性地运用MapGIS软件平台，实现了新课标中要求的地图操作、空间分析、绘图等功能，为改变传统的地理教学模式，培养学生的空间观念、自主学习能力以及协作精神，做了有益的尝试和探讨。

3．2．1实验背景

《中学地理课程标准（讨论稿）》（以下简称“课程标准;）指出:

“地理学科作为基础教育不可或缺的一个组成部分，应为学生的综合素质提供独到的知识、技能、智慧的营养。

”“开发基于现代信息技术的地理教学信息平台，为培养学生自主学习意识和创新能力营造良好的教学环境。

”地理“课程标准”的这一理念，其中包含，地理教学内容应及时反映现代信息技术在地理学中的应用，特别是“3S”技术在地理学科领域的融合;从中学地理“课程标准”可以看出，GIS辅助中学地理教育，要能够与学生的发展结合，与教育的现代化结合，与社会的需求结合。

中学地理教学与GIS的结合会使传统的地理课堂焕发生机，在教育改革的大潮中稳步前进.另一方面，提倡加强现代信息技术与地理教学的整合，使教学信息化，教材多媒化，资源全球化，以及情境虚拟化、学习个性化、学习自主化，并使这些优势在地理学习过程中得到充分发挥。

学生方面的背学这方面，他们接触到的就是多媒体课件，更新更独特的制作方法他们没见过。

中学生对电脑的作用基本上就停留在运用QQ聊天，浏览网站，玩游戏等娱乐性的功能，他们对软件的操作没有意识。

在计算机辅助地理教

选MAPGIS的原因：

采用面向“服务”的设计思想，中文界面友好，在英语功底薄弱的中学较为实用。

3．2．2实验对象:

一是独山县第二中学初中八年级；.二是独山县第二中学高中一年级

3．2．3实验方法及过程:

根据学生的知识水平，本实验借助MAPGIS，在初中八年级运用MAPGIS上一节地理课（四大地理区域）如图；在高中一年级讲解MAPGIS的理论知识，并实现新课标中要求的地图操作、空间分析、绘图等功能。

考虑到初中生学习地理的兴趣表现出稳定性差和可塑性强的倾向，他们更容易接受以感性材料为主和富含情感色彩的地理内容，本人借助MAPGIS为平台，导入课本上第五章第一节的图片，并用点文件和线文件附上相关信息，再结合ppt，主要以丰富的图片为主。

先用PPT展示四大区域的景观，引入课程。

完毕后，打开MAPGIS。

图3—1.四大区域面文件在MapGIS中的显示

先将四大区域的面文件打开，用不同颜色显示不同区域，选中相应区域后区颜色会不停闪烁，让区域更明显，容易吸引学生的视觉，而且属性框会列出区域的相关属性，使课本中的消息一目了然。

逐个提问，并显示区域名称。

特别说明，为了简捷和简便所以没有勾出南沙群岛。

待学生回答完毕后，所有区域呈现出来。

图3—3.四大区域点文件在MapGIS中的显示

图3—3.四大区域线文件在MapGIS中的显示

当选中线时，线的颜色会发生变化并闪烁，有利于学生一眼就看到区域的界限。

简洁明了

高中生对地理的兴趣倾向于稳定，其兴趣程度取决于对地理课程价值的认知。

他们喜欢思辨性和理智性的地理内容。

在初中生GIS的教学实验中，是以GIS作为教学软件来探讨，而在高中就可以真正涉及GIS的相关内容。

也是以MAPGIS为平台，选取了当地（独山县）的地图、遥感图、卫星影像图作为素材，让学生在地图上通过缩放和移动工具查找出自己所熟悉的地方，通过讲解各地物的颜色，让学生找出植被、建筑、水体等目标地物，并简单解释原理。

进行操作演示。

由于找不到数据，所以遥感图是从网上下的，通过图像分析转换成MSI格式就可用了，因此无法对相关属性进行分析，只能通过老师的讲解，所以，展现给学生的GIS知识还不够全面，这是本实验的一个遗憾之处。

首先展示遥感图，毕竟他们很少接触这样的图，使得他们去思考“这是什么图？

有什么用途？

图上的东西都是什么？

”这样就为接下来讲解原理作了铺垫。

地图是每个人都熟悉的，但中学生往往看到的地图是纸质的，而用MAPGIS展示地图，一方减少了挂图的繁琐，另一方面它比挂图更清晰更直观，查找更方便。

3．2．4实验结果:

八年级的学生对GIS的教学效果表现出了极大的兴趣。

高一年级的学生更关注GIS的知识与应用。

另外，也给地理教师一个启发，他们第一次知道地理教学也可以这么上。

毕竟这是高科技，所以很多学生报以了很大的兴趣和关注，他们都表示，愿意用着这样的技术学习地理，那样的地理教学才更有地位和价值。

3．2．5实验班学生对GIS辅助地理教学的认知度和评价

通过实验后的课堂教学反馈、交流和问卷调查表明，实验班的学生对GIS表现了极大的兴趣，学生认为GIS辅助地理教学减少了对学习地理的恐惧，提高了他们学习地理的兴趣。

许多学生认为GIS进入中学地理课堂能加深对地图的分析和理解，降低学习地理的难度，提高认识地图的能力，尤其运用GIS进行多幅相关地图的叠加分析时，能够在较短的时间内从地图上获取自己需要的信息，比教学挂图、投影片、电子白板等效果显著。

地理课得到了学生的认同。

同时，在计算机操作方面有一定基础的学生能够参与教师的教学设计过程，学习使用GIS软件，师生共同制作地图，以图片的格式在其他多媒体教学软件使用，效果明显。

在计算机教室进行地理教学过程中，教师实际操控了GIS软件的运行，学生利用GIS进行地图浏览、数据读取、地图量算等，有计算机基础的学生还利用软件中的数据制作专题地图，收获很大。

实际操作了MAPGIS的学生认为，除了多窗口显示受到局限外，MAPGIS还是很容易入手的，毕竟它是中文版的。

实验结果是实验班的学生在读图、填图方面的能力明显优于对照班的学生，他们多数能够准确地在地图上找到自己需要的信息，因此在简单的综合题测试中，实验班的学生准确率明显高于对照班的学生。

3．2．6实验结论

本实验研究得出以下结论:

GIS辅助中学地理教育的是具有理论依据和实践可行性和操作性的。

在初中教育阶段，由于学生的年龄限制和能力限制，GIS辅助地理教育主要表现在教师实际运用GIS制作地图运用到多媒体课件中。

在课件制作中，GIS体现了它强大的地图制作和分析功能，使学生和教师共同见证了GIS的能力，有能力的学生通过实际操作MAPGIS，了解了MAPGIS在地理科学中的技术支撑作用，了解了在中学地理教学中，MAPGIS可以作为地图输入、输出、管理的软件辅助教学。

MAPGIS虽然没有商用GIS诸多功能，但是它是中文版的，易操作的制图工具，强大的数据库和空间分析能力，为地理教师教学提供了应用空