0 引言

地理科学是一门研究地球表层自然现象和人文现象以及二者之间相互作用关系和时空分异规律的科学[1].3S(GIS、GPS、RS)技术的迅猛发展对地理科学产生了巨大冲击，使其研究方法和手段呈现出信息化、技术化和现代化的特征，技术革命推动了理论革命，从而促进了地理科学的新发展[2].从3S集成角度看，RS和GPS向GIS提供或更新区域及空间定位信息，GIS负责系统综合集成，提取有用的信息，为决策提供科学依据.地理科学是普通高等学校本科专业目录(2012版)中设置的地理科学类的4个专业之一.地理科学教育的主要目标不再是掌握和占有地理知识，而是培养地理观念和地理信息的收集、筛选与应用分析能力[3].鉴于地理科学的新发展，全国高校的地理科学专业目前均已开设GIS课程.对地理科学专业的GIS课程教学，以往主要进行的是课程体系构建[4-5]、教学模式[3]、教学方法[6]、教学改革[7-8]、实践教学[9-10]等的方面研究.全面地揭示GIS课程教学方面存在问题的原因，并研究其应对策略，对提高和改善高师院校地理科学专业的GIS课程教学质量具有重要的现实意义.

一般来说,随机森林在不考虑其他影响条件下树的数目越多,分类效果越好。我们首先在树的个数为200时计算行为分类准确率随树的深度变化。如图4所示。

1 高师地理科学专业对GIS课程的需求

作为师范类本科专业，地理科学专业培养具有扎实的地理科学基础知识与研究方法,掌握地理教育技能、基础教育改革理念和现代地理教育技术，能够在中学和中等教育机构从事地理教学研究的教师以及能在环境、旅游、土地等相关管理机构工作的地理人才[11].现代地理科学专业要求培养学生能独立获取空间数据，具有较好的空间思维能力，具备理论联系实际，运用所学知识和软件工具解决实际问题的能力[12].

一般来说，GIS课程以空间数据为基础来组织(采集、存储、管理、处理、分析、建模、显示等)，阐述运用信息科学与系统科学的理论和方法解决不同领域复杂的规划和管理方面的问题.国家颁布的《普通高中地理课程标准(修订稿)》中已经提出了对GIS方面的教学要求，地理科学专业的毕业生主要集中在中学地理教师和考取硕士研究生这两种去向[6].现代地理科学专业的特点、GIS在空间数据(特别是处理、分析、建模和表达)方面的独特优势、高中地理课程标准对GIS的教学要求、地理科学专业毕业生的主要去向等因素决定了GIS课程在地理科学专业课程结构中扮演着重要的角色.

2 高师院校地理科学专业GIS课程教学存在问题的原因分析

2.1 GIS的学科交叉性、综合性、抽象复杂性、发展迅速等决定了GIS课程难度大

学科交叉性和综合性决定了GIS课程内容不仅涉及地理学知识，更需要计算机技术、空间信息技术和数学等方面知识的支撑.空间数据结构、空间数据处理、空间数据库和空间分析的原理与方法均具有相当程度的复杂性.GIS在数据获取方式、软件版本更新、产品更新换代、GIS模式推陈出新等方面的迅速发展是GIS课程内容更新快、难以把握的原因所在.另外，强应用性使得GIS课程不仅要有理论讲授，还要有上机操作，培养学生的动手能力.GIS强大的空间分析功能需要一定数学模型的支撑，空间分析能力的实现需要一定的地理建模和二次开发能力.总之，抽象、复杂、知识点多、综合性强、难度大是GIS课程教学存在问题的根本原因.

2.2 GIS课程的一些先修基础课程在地理科学专业的课程设置中缺失

GIS学科性质决定了GIS课程的难度，但不同专业应基于专业需要和学生状况对GIS课程采取不同的标准和要求.当前，国内出版的GIS课程教材可谓琳琅满目，大致分为概论型[15-17]、原理型[18-19]、应用型[19-20]、分析型[21]、实验教程型[22]等.考虑到教学目标，地理科学专业的GIS课程选择概论型教材为宜.国内出版的教材中，黄杏元版《地理信息系统概论》、张康聪版《地理信息系统导论》、陈述彭版《地理信息系统导论》为概论、导论型教材中的佼佼者，且多被高校和科研院所选为GIS课程教材.相对前者，张康聪版教材在GIS理论讲述方面稍显欠缺，陈述彭版教材难度过大，推荐选用黄杏元版《地理信息系统概论》(第三版).GIS课程内容较多，黄杏元版教材的知识点比较丰富，建议课程总学时不低于72学时(其中实验学时控制在24学时以上).课堂教学中应根据专业需要和授课对象情况对教材内容有所取舍和补充，做到重点、难点突出，切忌眉毛胡子一把抓.一般来说，GIS的基础理论和基本方法作为了解或理解的内容，如GIS的概念、组成、功能、发展以及空间数据的获取、组织、管理、处理、分析的方法；各种类型、各种格式的地理数据需要深入理解和熟练操作与运算，如矢量数据(带拓扑、不带拓扑；等值线、TIN；shapefile、Coverage、Geodatabase；图形编辑、属性编辑；格式转换、几何变换)、栅格数据(grid、tif、jpg、bsq、bip、bil；局部运算、邻域运算、分区运算、距离量算)、表格数据(xls、xlsx、csv、txt、dbf)等；需要熟练操作专业软件进行地图设计、制作专题地图、数据建库等；借助GIS软件，熟练应用GIS空间分析方法(如缓冲分析、叠加分析、DEM分析、网络分析)解决地学领域的问题.

部分高师院校因经费紧张，或者缺乏GIS软硬件设备，或者设备数量太少，从质和量上难以满足GIS课程实验教学的需要(未开办地理信息科学专业的高校，该问题尤为突出).高师院校(特别是偏远地区)从事GIS教学的部分教师属于半路出家型，缺乏全面系统的GIS专业教育经历和相关的实践经验，很难得心应手地应对GIS课程教学中的复杂情况[14].很多GIS课程教师以对GIS专业学生的要求来要求地理科学专业的学生，未能根据授课对象的差异合理安排GIS课程的教学内容.GIS课程的理论性与应用实践性均较强，部分GIS课程教师或者对实验教学重视不够，或者实验教学内容与理论教学内容脱节，导致理论内容与实验内容无法相互印证，GIS课程教学目标难以达成.

2.3 教学资源不足，教学目标不明确，理论与实践脱节

借助被确定为全国第一个再生能源示范区和“2022年冬奥会”举办的东风，张家口全面布局氢能产业，打造包括可再生能源制氢、氢燃料电池生产、氢燃料电池汽车应用于一体的全国首个全产业链氢能源生产应用基地。截至目前，张家口可再生能源装机容量达1203万千瓦，2020年将达2000万千瓦，年发电400亿千瓦时以上。

2.4 学生学习积极性不高、主动性差

部分高师院校为了保证生源，地理科学专业采用文理兼收的招生方式，且最终招到的学生以文科考生居多，学生的理科基础较差[8].GIS课程要求学生具有较强的抽象思维能力，具有比较广泛的知识面.然而，地理科学专业一般在第二学年末或第三学年初开设GIS课程，此时学生仅知晓数学、计算机方面的一些基础知识点，数据结构、数据库、遥感、程序设计等知识知之甚少，导致学生学习GIS课程非常吃力(理论、公式难理解、方法深奥、软件操作困难等).GIS课程要求学生具有较强的学习主动性，但惯于应试教育的学生面对GIS课程时往往灰心丧气，加之学生自身专业为地理科学，缺乏对掌握GIS理论和技术重要性的认识，从而丧失了学习积极性，甚至产生厌学情绪.

3 高师院校地理科学专业GIS课程教学问题的应对策略

3.1 加强对GIS课程重要性的认识，优化专业人才培养方案

某工程地块占地面积约37756.61m2，目前主要为拆迁用地。项目由9栋13个单元22～23层高层建筑及1～4层底商及一栋独立商业组成。地下室均为2层。1#～7#楼突出外墙的线条及构件较多，结构复杂，采用何种外墙涂料至关重要。

3.2 选择合适的教材，合理安排教学内容

在教育部高等教育司审定的我国高等院校地理科学专业培养目标的指导下，高师院校在制订地理科学专业培养方案时，重视与中学地理内容相关专业课程的开设，但轻视地理信息方面课程的开设.在地理信息方面一般只开设地图学、遥感概论、GIS概论课程，且学时通常不足[7,13].在数学方面，部分高校只开设高等数学，有的高校虽以选修课形式开设线性代数和概率统计，但通常学时较少，要求不高，且开设时间不够合理.在计算机科学方面，一般只开设计算机文化基础或常用办公软件技能，程序设计、数据库的知识一般不涉及或者要求很低，数据结构、算法分析和软件工程方面的课程在培养方案中基本不涉及.地理科学专业的课程结构是GIS课程教学目标很难实现的重要原因.

地理信息技术的发展是地理学进入21世纪高科技时代的入场券，作为地理科学专业重要技术手段的GIS可提高学生管理、处理地理数据和分析、解决地理问题的能力[6].应加强GIS课程对地理科学专业人才培养重要性的认识并体现在人才培养方案的课程设置中.首先，对GIS课程在地理科学专业中的地位进行重新定位，厘清GIS课程和相关课程的关系，建立以GIS课程为核心的课程相关图，确保GIS课程和相关主要课程的学时数要求.其次，厘清GIS课程的先修课程，确定先修课程的开设时间和先后顺序，确定先修课程的“必修”“选修”性质，确定哪些先修课程必须体现在人才培养方案中，哪些先修课程需以“公共选修”的方式完成.再次，加强专业人才培养方案教育，把以GIS课程为核心的课程相关图发放给地理科学专业的每个学生，学生应熟悉相关图的内容并以之作为选修自选课程的依据.

3.3 综合运用多种教学和评价方式，调动学生的学习主动性

在教学方式上，摒弃教师“满堂灌”的填鸭式教学，把教师课堂讲授、软件演示和学生分组讨论、课程实验、课后作业等紧密结合起来.在理论教学中，重点突破要点和难点内容，重点讲解那些面向应用的、要想解决应用问题必须理解、消化的理论内容，把非重点、描述性内容(如发展史、发展趋势等)留为课后作业，由学生自行查阅资料完成，培养学生主动获取知识的能力.对于原理性很强但很重要，理解不透会产生错误结果的理论内容，可以先设计示例用软件演示，然后再针对出现的问题深入讲解原理的方式来开展教学，从而达到吸引学生注意力、激发学生学习兴趣的目的.在实验教学中，注重实验内容与理论课上讲授内容的衔接，合理安排实验学时数，明确每次实验的具体要求(如实验原理、学会什么、完成什么、实验结果评价等).对于综合型实验，通过设置问题情境，给出实验原理，由学生自己设置实验方案，自行上机操作完成实验，杜绝以往存在的学生跟着教师按实验步骤操作，学生其实并不理解实验原理，不清楚为什么这样做，甚至连自己做的是什么都不明确的情况发生.在教学过程中，根据课程内容性质，注重开展启发式教学和案例式教学，使学生学会举一反三，培养学生分析问题和解决问题的能力.根据学生具体情况，注重因材施教，鼓励和组织那些学有余力的学生，申请校级GIS科研课题，参加相关的全国GIS技能大赛(如ESRI、超图、中地等公司举办的比赛)，参与教师的相关科研课题等.在考核和评价方式上，改变传统的以理论考试结果为主，过于注重理论考试分数的方式，探索建立把理论考试、上机实验、课后作业、分组讨论、申请课题、参加大赛、参与项目等均纳入课程考核的综合评价指标体系.

4 结束语

造成高师地理科学专业GIS课程教学问题的原因是多维度的，很难一蹴而就根治这些问题，必须多方着力从多个角度对这些问题予以审视，从而逐步缓解并解决之.首先，高师院校应加强对GIS课程的重视，通过引进GIS专业人才、在职进修、专业培训、遣派出国学习等途径提升GIS方面师资队伍的水平，通过增加配置相关GIS课程所需的软硬件设备，确保实验教学顺利开展.其次，培养合格的人才离不开合理的课程设置，GIS课程教师应参与制订地理科学专业人才培养方案，熟悉和把握培养方案中相关课程的内容，加强与相关课程任课教师的沟通与交流，对相关课程的授课重点、学生的掌握程度等进行了解和把握，从而在GIS课程教学中能够因势利导.再次，作为任课教师，对地理科学专业的GIS课程教学的复杂性应保持清醒的认识.确保对课程要求、学生知识背景、教学内容、教学方法等把握到位，在此基础上，探索教学模式改革和考核评价方式改革，重点是把学生的学习兴趣激发出来，变被动学习为主动学习.最后，互联网上的GIS学习资源非常丰富，可根据课程进展，有针对性地推荐给学生阅读和下载使用，这有利于拓宽学生的知识面，开阔学生的专业视野，从而促进地理科学专业的GIS课程教学.

将通过试验仪器测得的振型与理论计算软件得出的振型进行比较，振型比较如图10所示。由图10可知，1阶振型图是边缘2个对称点之间的弯曲振动，3阶振型图是中间部分的垂直上下弯曲振动，4阶振型图与5阶振型图是飞轮边缘的弯曲振动，6阶振型图是飞轮内部的扭转振动。

参 考 文 献

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