周 琪

（1.中国地质大学 信息工程学院，湖北 武汉 430074）

《三维地理信息系统》课程的组合教学方法

周 琪1

（1.中国地质大学 信息工程学院，湖北 武汉 430074）

针对现有教学过程中，大部分教师仍然是以“满堂灌”、“填鸭式”的教学方式为主，背离了“以学生为中心”的课堂教学初衷，导致学生的学习热情和学习兴趣不高的问题，探索了将多种教学方法组合运用教学方式，并以《三维地理信息系统》课程为例进行了实践。

多种教学法；课程教学；地理信息系统

在现有的教学过程中，大部分教师仍然是以“满堂灌”、“填鸭式”等讲授方式为主，其弊端主要有[1-6]：

1）教师讲授过多，两节课下来，常常是教师讲得口干舌燥，学生听得昏昏欲睡。讲授方式不适合过于复杂、具体的知识，尤其是需要实践操作和解决实际问题的内容。

2）教学模式单一，讲授内容枯燥，课堂气氛沉闷，互动性差，学生只是被动接受知识。授课老师不能对学生的学习给予及时的反馈，导致学生的学习热情不高。

3）知识传授以大量的机械记忆为主，导致学生缺乏创造性思维，同时也会很容易忘记所讲授的内容。

显然，单一地讲授教学方式与教学改革所要求的全面进行素质教学，不断提高学生的自我认识能力和创新能力相差甚远[2]。究其原因，是背离了以学生为中心的课堂教学初衷。

笔者结合现有的研究， 以《三维地理信息系统》课程的教学实践为例，探索了如何在教学活动中组合运用多种教学方法，来提高学生的学习热情和兴趣。

1 《三维地理信息系统》课程内容简介

三维地理信息系统（3DGIS）是传统GIS的延伸和扩展，其内容包括三维数据的获取、组织、管理、操作、分析与应用[7]。与传统的GIS相比，3DGIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受。我校的《三维地理信息系统》课程是一门测绘类专业的选修课，共32课时，在大三下学期开设。

2 多种教学方法的组合运用

笔者将《三维地理信息系统》课程中所使用的教学方法归纳为8类，分别是“多媒体式”、“设问激发式”、“任务驱动式”、“实践式”、“讨论式”、“实验引导式”、“自主学习-汇报式”和“科研式”等。

1）“多媒体式”教学。多媒体教学是利用文字、实物、图像、声音等多种媒体向学生传递信息，使学生获得知识的一种教学手段[8]。在《三维地理信息系统》课程的教学中，除了使用传统的黑板板书、PPT文字和图片等来展示所要讲授的内容，还新添了PPT动画、杂志、手机等新的媒体手段。例如，下载动画视频等资源，用于讲授三维虚拟校园、SketchUp建模方法、三维空间分析方法和智慧城市等知识；通过2004年第9期的《博物》杂志给学生介绍3D照片的制作原理与方法；基于手机、IPad等电子产品媒介向学生展示三维模型的数据质量、增强现实等内容。不仅丰富了教学内容，还活跃了课堂气氛，拉近了教师与学生之间的距离。

2）“设问激发式”教学。在教学活动中，教师可巧妙地设置问题，让学生通过思考自己发现并解决问题。教师“设问”有两大好处：①可避免因老师一味地“演讲”而导致学生注意力不集中、思想开小差的情况；②可以让学生通过思考问题，加深对授课内容的理解。在《三维地理信息系统》课程的教学中，笔者每隔10~15 min给学生抛出1~2个问题。这些问题可以吸引学生的兴趣、启发即将讲授的内容，如通过提出魔兽争霸、虚拟人生等游戏中的问题引出基于网络的三维虚拟环境；也可以回顾之前讲授的知识难点，如给出多种三维模型数据的图片，让学生回答这些模型数据可能的获取手段及其区别。

在“设问”时应尽量避免那些“老生常谈”、“学生熟知”的问题，如“什么是地理信息系统”、“什么是空间分析”等。这些问题不仅无助于调动学生学习的兴趣，还可能引起他们的逆反心理。

3）“任务驱动式”教学。它是一种将具体的任务交给学生自己去完成的教学方法。学生在收集资料、设计方案、实施方案、完成任务中学习、理解和掌握知识[9]。《三维地理信息系统》课程中的一个课外作业题目是“校园三维建模竞赛”。具体要求是：①学生以自由组合的方式，3~4人形成一组，制作校园的三维景观模型（每个组只负责校园区域的一块，且各组的建模区域互不重叠，如图1所示）；②以三维动画或效果图的方式渲染、展示成果；③全体学生对各组所展示的成果进行评分，平均分即为各组的最后成绩，并对排名前三的小组进行适当的“奖励”。

图 1 学生自行分组的校园建模区域图

通过这种“任务驱动”、“竞赛”的教学方式，可以让学生的学习兴趣和热情得到大大提高。

4）“实践式”教学。它是指教师对知识进行讲解后，让学生动手实践，将所学的知识提升为能力的一种教学方法。《三维地理信息系统》的课程教学中共安排了2次实践课，每次4课时。

第一次实践课是让学生熟悉和使用3DMAX建模软件的基本功能。笔者自制案例教程，让学生根据相关步骤操作和使用3DMAX软件，熟悉该软件中常用的基本建模、修改模型、添加材质、灯光设置、动画设置等方法。

第二次实践课的内容是OpenGL程序设计，笔者课前先在Nehe网站上下载了4~5个简单的OpenGL程序案例；上课时让学生以自学方式，基于这些案例完成教师课前所设计的趣味性练习，如通过读写、显示一个三维模型文本文件，回答“这个模型是什么动物”等问题。“实践式”教学有助于加深学生对知识的理解，培养学生的动手操作能力。

5）“讨论式”教学。让学生与学生及学生与老师通过共同探讨、交流来获取某些问题的解决方法或建立某些观念。它可有不同的形式，如针对一个主题让学生多方讨论；以辩论方式从不同观点进行讨论。在《三维地理信息系统》课程的教学中，笔者在课堂上首先抛出“智慧城市”这个名词，再让学生以发散思维的方式来讨论，如回答“你觉得什么是智慧城市”或者“怎么的城市是智慧城市”等问题；然后，让学生课后自行查阅资料，并在下一讲中继续讨论。“讨论式”教学有助于“开启学生的大脑”，培养学生的创新性思维能力。

6）“实验引导式”教学。它是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法[10]。在《三维地理信息系统》课程的教学中，笔者为了让学生理解帧数/帧率等概念，以及“为什么高的帧率可以得到更流畅的动画”等问题，课前利用3DMAX软件对同一个场景模型，通过设置不同的帧率，渲染制作了多段视频动画；上课时再让学生观察不同帧率下动画的差别和变化，从中理解和帧率、绘制效率有关的知识。笔者还通过演示2个不同的用于模拟雨、雪等粒子系统的程序，来介绍三维动态可视化的加速和优化方法。

7）“科研式”教学。在课堂教学中，应适当增加所讲授内容的最新研究成果、应用范围和发展方向，有利于帮助学生开阔视野、启迪思想、激发兴趣。这就要求教师在日常的备课和科研时多关注国内外的最新研究进展、及时跟踪最新的文献，以及在文献阅读的过程中琢磨如何将最新的研究成果与课本的知识点相结合，并及时、准确地更新已有的PPT课件。例如，笔者将2011年发表在Journal of Transport Geography期刊上的一篇关于三维空间最短路径搜索方法的文章[11]用于《三维地理信息系统》课程中“三维空间分析”之“网络分析”的案例进行重点讲授。

“科研式”教学不仅可以让学生了解本专业领域的最新研究进展与成果，还能激发学生探索科学问题的兴趣。

8）“自主学习-汇报式”教学。它是由学生个体或以小组形式通过第二课堂自学获得与教学内容有关，但课堂上未呈现过的知识，向全体学生进行讲解、汇报的一种教学方法；是西方课堂教学中普遍使用的一种教学方法，常被称为Presentation[12]。该教学方法被用于《三维地理信息系统》课程的期末考核，具体要求是：3~4个学生为1组，课后自学与3DGIS有关的知识或话题，以汇报方式与全体学生分享和交流。

从汇报的过程来看，学生对这种考核方式充满极大热情，他们不仅制作出精美漂亮的PPT,还呈现出活泼、生动、多样化的汇报形式。并且，在每个小组汇报之后，其他学生都踊跃提出问题进行讨论、交流。

从汇报的内容来看，各小组不尽相同，涉及诸如基于图像的建模、利用3DMAX软件建模学生宿舍、裸眼3D、增强现实、虚拟现实、3D打印技术、3DGIS在都市圈的应用等许多丰富有趣的内容。

所有小组汇报完之后，教师再对学生的汇报内容进行归纳和总结。这种教学方法不仅让学生加深了对知识的理解，还让教师丰富了知识。

3 结 语

组合教学方法在教学实践中的运用，能够充分反映以学生为中心的教学理念。通过上述不同方法穿插教学，能够在课堂上调动学生的学习积极性，保持学生对专业学习的热情。除此之外，通过该方法，能够有效提高学生的动手能力，这在专业学习中显得尤为重要。组合教学方法的运用，也拉近了师生之间的距离，教师不再是高高在上的“夫子”，而是共同发现问题、解决问题的“朋友”。学生们在学习过程中发现的问题，能够及时反馈给教师，这成为促进课堂教学改革的主要推动力，实现教学相长。

通过对教学信息的书面反馈，学生对本课程的内容安排、教学形式、教学效果等普遍反映较好。授课内容和授课方式的好评率分别为96.1%和94.2%（见表1）。此外，有的学生在评语中写道“三年了，我第一次看见某某同学对课程这么上心！所以，他们会成功的”；还有的学生写道“我们宿舍的一位经常玩游戏不知道兴趣何在的兄弟，听完你的课后，自己主动学起了3DMax。” 笔者认为更重要的是，运用以上各种教学方法的思路可用于其他课程的教学活动中，不仅有益于学生，也有益于教师。

表 1 问卷调查的统计结果表

[1] 李倩. 关于高校教学方法改革的思考[J].网友世界,2013(6):75-76

[2] 黄积虹. 论互动式教学方法在高校课堂教学中的运用[J].思想战线, 2011(37):361-365

[3] 庞红卫. 试论教学方法的组合[J]. 中国教育学刊,2000(5):31-33

[4] 尹建国. 实践性教学方法及其在传统法学课堂中的运用[J].法学杂志,2013(1):21-27

[5] 秦奕青,赵刚. 程序设计课程创新教学方法研究[J].计算机教学,2013(5):76-79

[6] 李晖，吴红艳，谭春喜. 以学生为中心、多种教学方法应用的医学教学模式改革[J]. 西北医学教学，2007(15):8-17

[7] 朱庆, 林晖. 数码城市地理信息系统[M].武汉：武汉大学出版社, 2004

[8] 赵桂满. 多媒体教学与学习兴趣培养[J]. 计算机光盘软件与应用, 2012(23):163-164

[9] 吴朋松.多种教学方法的运用[EB/OL]. http://www.fjedu.net.cn/trainingcentre/viewClassAnswer.html?answerId=249277,2013-05-24

[10] 肖晓，白永忠，刘莉. 论高校旅游实验项目的开放与创新[J].当代职业教育,2012(8):22-24

[11] Dao T J C. Traveling in the Three-dimensional City:Applications in Route Planning, Accessibility Assessment,Location Analysis and Beyond[J]. Journal of Transport Geography, 2011(19):405-421

[12] 文燕. Presentation教学法在高职英语教学中的应用探讨[J].广西教学, 2012(5):130-131

Combination of Various Teaching Methods of3D GISCourse

byZHOU Qi

This paper explored a combination of various teaching methods, and applied them to the3D GIScourse for practice.

various teaching methods,course teaching, GIS

P208

B

1672-4623（2014）02-0167-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.060

2013-05-28。

项目来源：中国博士后科学基金资助项目（2012M521496）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（CUG120831）。

周琪,讲师,研究方向为地图学与地理信息系统。