地理信息系统原理课程线上线下混合教学模式研究

摘要：文章详细阐述地理信息系统原理课程设计的三个主要模块：基础理论模块、实训实验模块、综合应用模块，从课前准备、课中组织、课后总结三个方面剖析线上线下混合教学模式的构建，旨在加深学生对GIS概念的理解，增强实际操作技能，并促进批判性思维的发展，为地理信息系统专业课程的教学改革提供可供参考的实践范例。

关键词：地理信息系统原理课程；线上线下混合教学模式；教学资源

地理信息系统原理是一门综合性较强的课程，知识点多，具有学科与技术的统一性、发展与内容更新的快速性、多学科集成（地理学、地图学、测绘学、遥感科学、计算机科学、数据库和信息科学等）、渗透性较强、空间抽象性强、研究对象的空间尺度变化大、应用范围广等特点。随着教育技术的发展，线上线下混合教学模式成为提高教学质量的有效途径。此教学模式结合了传统课堂教学的互动性和网络教学的灵活性，能为学生提供更加个性化和多元化的学习体验，不仅能帮助学生通过线上资源自主学习理论知识，还能通过线下课程实践操作技能。

一、地理信息系统原理课程线上线下混合式教学模块设计

（一）基础理论模块

地理信息系统原理课程（以下简称课程）的线上线下混合教学模式设计中，基础理论模块占据核心地位，旨在为学生提供GIS（地理信息系统）领域的基础知识和理论框架。在GIS内容设置上，基础理论模块聚焦GIS的基本定义、历史发展以及在现代社会中的应用领域，如城市规划、环境管理和灾害响应等。教师通过深入解析GIS系统的组成，如空间数据模型、数据库管理系统、空间分析工具和用户界面，为学生构建了一个全面的GIS知识体系。教师需要强调空间数据的重要性和多样性，包括栅格数据和矢量数据的区别、空间数据采集方法的使用，以及空间数据在GIS分析中的应用。

在GIS数据原理应用上，基础理论模块在教学方法上采用线上多媒体讲座、虚拟实验室和交互式讨论板等形式，结合实际案例分析，提高学生对理论知识的理解和应用能力。例如，教师通过分析城市扩张的栅格数据或研究基于矢量数据的洪水模拟，学生能直观地理解空间数据在解决真实问题中的应用，同时涉及GIS软件的基本操作和功能，如ArcGIS（开源地理信息系统）或QGIS（制图和空间分析软件）的界面布局、基本工具和操作技巧，使学生能在理论学习的基础上，初步掌握GIS软件的实际应用技能。

（二）实训实验模块

实训实验模块旨在加强学生的实际操作能力和实际问题解决能力，集中于GIS软件应用、空间数据处理和分析、地理信息系统的实际项目开发。软件应用部分着重于GIS软件的深入操作训练，课程内容包括地图制作、空间数据编辑及分析、地理数据库管理。

在地图制作部分，学生将学习在GIS软件中创建和管理空间数据，进行地图设计和输出，以及运用各种空间分析工具，如缓冲区分析、叠加分析、网络分析，解决具体的地理空间问题。

在空间数据处理与分析部分，课程强调空间数据的处理技巧和分析方法，课程内容覆盖空间数据的获取、清洗、整理和转换等。学生将学习如何处理不同格式和来源的空间数据，包括卫星遥感数据、GPS数据，以及公共和私有数据源的数据。同时，学生还将学习运用统计和空间分析方法，如空间统计分析、地理加权回归、热点分析等，揭示数据中的空间模式和趋势。

在地理数据库管理部分，课程强调综合运用所学知识解决实际问题。学生将参与真实或模拟的GIS项目，如城市规划、环境监测、灾害管理等。在项目中，学生需要运用GIS软件和空间分析技术收集、处理、分析数据，并据此制订解决方案。此外，学生还将学习项目管理的技能，如需求分析、项目规划、团队协作、成果呈现等，在真实或接近真实的环境中应用GIS技能。

（三）综合应用模块

综合应用模块旨在帮助学生将从基础理论模块和实训实验模块中获得的知识与技能应用到实际的、综合性的项目中，强调培养学生项目开发与管理能力、跨学科知识应用与问题解决能力、数据分析与处理能力。

项目开发与管理部分重点在于培养学生的项目开发能力。学生将学习如何从头开始规划和实施一个GIS项目，包括需求分析、资源规划、时间管理、团队协作，以及项目交付，从而理解项目生命周期的各个阶段，并掌握如何在每个阶段有效运用GIS技术和方法。

跨学科应用部分着重GIS在不同领域的应用，如城市规划、环境科学、公共卫生、灾害管理等。通过分析具体的案例，学生将学习如何将GIS技术与其他学科知识相结合，解决复杂的现实问题。

数据分析与解读部分关注数据分析技能的提高。学生将学习如何收集、处理、分析复杂的空间数据，并从中提取有价值的信息，包括运用高级统计方法、空间数据挖掘技术，以及可视化技巧。学生需要掌握如何解读分析结果，并能将这些结果转化为明智的决策。

二、地理信息系统原理课程线上线下混合教学模式的构建

（一）课前环节：整合混合式教学资源，做好学习环境准备

在课前环节，教师要收集和编排适用于GIS学科的教学材料，包括线上讲座视频、互动式教学软件、数字化阅读材料、实时数据分析工具。线上讲座视频通常包含GIS的基础理论、空间数据模型、地理信息系统分析技术等主题，以及行业专家的特邀讲座；互动式教学软件包括模拟GIS项目的应用程序，使学生能在虚拟环境中实践地图制作和空间分析；数字化阅读材料涵盖GIS基础教科书、最新研究论文，以及行业报告，为学生提供理论知识和最新行业动态；实时数据分析工具则指GIS软件中的数据处理和分析功能，如ArcGIS或QGIS中的空间分析工具和数据可视化插件，学生可以通过这些工具处理真实世界的空间数据。

（二）课中环节：融合混合式教学方法，进行实时反馈调整

在课中环节，教师需结合线上自主学习和线下互动式教学进行课程设计。在基础理论模块中，教师可以让学生通过线上平台自学GIS的核心概念，如空间数据模型（栅格和矢量）、地理坐标系统、地图投影原理，以及对GIS历史和当前行业应用（如遥感和GPS技术）的介绍。在线下课堂中，教师可以让学生通过小组讨论和案例研究，如分析土地利用变更或城市规划案例，加深对理论知识的理解。在实训实验模块中，教师可以让学生先在线上观看GIS软件操作视频，涉及数据输入、编辑、分析和可视化等方面，然后在实验室中使用GIS软件（如ArcGIS或QGIS）进行实际操作，处理实时空间数据，执行缓冲区分析、网络分析等任务。综合应用模块需要结合理论和实践，教师可以通过在线学习资料介绍复杂GIS项目的管理和实施过程，然后要求学生在线下实验室环境中开展综合性GIS项目，如环境影响评估或城市规划设计，应用空间分析方法和数据可视化技术，进行空间数据挖掘和地理信息系统建模。

此外，教师需对各个模块的融合混合式教学方法进行实时反馈调整。教师可以利用多种评估工具、技术及时了解学生的学习进度和对知识的理解程度，并根据需要对教学内容或教学方法进行调整。在基础理论模块中，反馈主要通过在线测验和课堂问答实现，测验可能包括多项选择题和简答题，用于评估学生对GIS基础知识的理解程度；课堂问答则是检验学生对理论概念的掌握情况，并根据反馈调整后续的教学重点。在实训实验模块中，实时反馈可以通过监控学生在实验室中的操作过程得以实现，教师通过观察学生操作GIS软件的能力，提供即时指导和建议。在综合应用模块中，反馈可以通过项目进度报告和小组展示得以实现。学生在完成项目的各个阶段时，需要提交进度报告，教师基于这些报告提供反馈，指出项目管理、空间数据分析、结果解释方面的优点和改进空间，培养学生的批判性思维。

（三）课后环节：设计全过程考核模式，提供持续学习支持

在课后环节，教师可以以多元化评估方法为特点，设计全过程考核模式，包括线上测验、课堂表现、实验报告、项目作品和自我反思报告。线上测验聚焦GIS基础理论的掌握，如空间数据类型、地理坐标系统和地图制作原理，以及GIS软件操作的基本知识；课堂表现考核侧重学生在小组讨论、案例分析中的参与度和贡献情况；实验报告评估学生在实训实验模块中的操作技能和数据分析能力，如在ArcGIS或QGIS中进行的缓冲区分析、网络分析和空间插值等；项目作品考核涉及综合应用模块中的综合性GIS项目，评价标准包括项目规划的合理性、数据处理的准确性、分析结果的深度、最终呈现的质量；自我反思报告则要求学生对自己的学习过程和成果进行评价，反思学习方法和实践操作中的不足。

课后环节还特别强调持续学习支持，这可以通过线上资源库、论坛讨论和定期在线研讨会得以实现。线上资源库提供包括高级GIS教程、最新行业报告和研究论文在内的丰富资料，供学生自主探索和深入学习；论坛讨论鼓励学生就GIS相关问题进行交流和探讨，促进同伴间的学习互助；定期在线研讨会则邀请行业专家和学者就当前GIS技术的发展趋势、应用案例进行分享，开阔学生的视野，激发学生对GIS领域的学习兴趣。

本研究通过综合分析和实践探索，展示了如何将理论学习与实践操作结合起来，为GIS教育提供了一种创新的教学策略。课程采用线上线下混合教学模式，通过精心设计的三个模块——基础理论模块、实训实验模块和综合应用模块，有效融合了线上自主学习与线下互动式教学，确保了学生能在多样化的学习环境中全面掌握GIS的关键概念和应用技能。课中环节的实时反馈和调整机制进一步增强了教学的灵活性与针对性，而课后的全过程考核模式、持续学习支持确保了学生能在课程结束后继续进步和发展。

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基金项目：重庆师范大学基金项目“森林垂直分层叶面积指数激光雷达遥感反演及验证”，项目编号：22XLB029。

（作者单位：重庆师范大学地理与旅游学院/地理信息系统应用研究重庆市高校重点实验室）