3D GIS技术在土地专业教学的探索

　　一、土地资源管理教学与3D GIS

　　1.土地资源管理与课堂教学

　　土地资源管理是以经济学、法学、管理学、土地资源学为基础，以公共管理理论为核心，以信息技术、规划等为手段的多学科紧密联系的综合性学科。土地资源管理专业也以培养掌握国土资源知识及现代规划管理理论与方法，受过“3S”等现代空间信息技术训练的复合式应用型专门人才为目标。目前土地资源管理专业的课堂教学与其自身“综合性”的特征差距明显，主要体现在以下方面：

　　（1）课堂教学系统性不足。土地资源管理是一门综合性的学科，但目前的课堂教学由于教学条件、课程学时等诸多因素的影响很难体现课程间的系统性，特别是现代信息技术与土地管理学核心理论的联系。学生不能理解课程间紧密的联系性，学习过程中普遍存在盲目性，更难“学以致用”。

　　（2）课堂教学与实际脱节。目前的课堂教学以保证知识的完整性为首要目标。学生在被强制接受知识点后，很难完全理解，更难活学活用。例如，土地资源管理中的测量学、遥感原理与应用、GPS原理与应用、不动产评估等专业性、实践性强的课程，学生第一次都很难接受基础理论和方法。课堂教学难以体现“教、学、实践”一体化，有时甚至严重脱节。

　　（3）课堂教学内容滞后。信息时代知识更新的速度远远超过教材的更新。即使最新的教材包括了当前时代的优秀理论和技术，教师在课堂教学时也很难讲授这些内容，更难生动形象地教学。学生经常只是模糊地接受了这个概念，很难达到教学效果。

　　2.3D GIS技术的教学优势

　　3D GIS是从数据结构到空间查询再到建模分析建立在三维数据模型基础上的地理信息系统。3D GIS技术包括了计算机图形技术、三维可视化技术、虚拟现实技术、空间分析等多项技术。它突出的“浸没感、交互性、构想性” 特点受到了教育工作者的广泛关注。3D GIS技术在课堂教学的优势主要表现在以下三个方面：

　　（1）提供仿真环境。利用3D GIS技术使学生全身心地投入三维虚拟现实教学环境，引导学生正确认知，拓宽认知。通过3D GIS技术不仅可以再现真实存在的环境，也可以按需求构建和分析未存在的环境，为生动教学、交互式学习、理论联系实际提供了技术保证。

　　（2）提供信息服务的平台。课堂教学不是快餐，不能教完即扔，学会即忘。多样的教学素材需要管理，陈旧的内容需要更新，重点的知识需要巩固，学科理论的系统性更需我们不断发现和完善。3D GIS作为空间信息的平台，恰好为我们提供了这样的服务，尤其满足地球学科相关专业空间信息教学管理的需求。

　　（3）提供综合性的辅助手段。3D GIS作为一个综合性的研究领域，它是多项现代高新技术的综合。虚拟现实技术使得我们为学生提供知识的浸没感；三维空间交互技术使得我们能轻松加强课堂互动；三维可视技术使得我们更容易引导学生思考，激发学习兴趣。

　　因此，3D GIS技术是解决土地资源管理专业课堂教学1.1节若干问题的有效手段。3D GIS技术作为信息领域研究的热点，或一种崭新的教学手段都值得我们重点关注和研究。

　　二、基于3D GIS的教学系统建设

　　与传统的多媒体教学手段不同，基于3D GIS技术的课堂教学不只需要一个简单的PowerPoint或播放器环境，而必须以一个完整的基于3D GIS的教学系统为基础。本文下面以面向土地资源管理专业基于3D GIS的教学系统建设和应用探讨基于3D GIS技术的课堂教学。

　　1.系统建设原则

　　（1）合理规划，分步实施。土地资源管理专业既涉及核心的管理学理论，又包含诸多现代技术理论。土地资源管理专业教学资源的共享性、课程间紧密的联系性要求基于3D GIS教学系统的设计不能只针对某一门课程，应面向土地资源管理专业教学大纲所有课程合理、统筹地规划，否则将会造成重复建设或巨大教学资源的浪费。系统宜分为基础应用模块与专业教学模块。基础应用模块即提供国土空间信息浏览、查询、管理、基本分析的功能，专业教学模块则基于应用模块在教学资源共享的原则下按各课程特点用于课堂教学和学生实验或课后练习。同时，为节约系统开发费用、缩短开发周期，宜采取分解目标、分期实施的策略建设系统。

　　（2）选择重点，注重实践。土地资源管理专业是一门理论性、实践性强的综合学科。基于3D GIS技术的课堂教学只是土地资源管理专业课堂教学的一种有效手段。它只能解决一部分问题，更需要现有多种教学手段的有效配合。基于3D GIS的课堂教学更适宜实验、综合设计、技术性课程的教学。因此，面向土地资源管理专业的3D GIS教学系统建设应有针对性，采取集中资源优先建设实验性、技术性课程。通过“开发―试验―修正―试验”的模式，保证教学系统的实用性，避免过分强调形象和仿真而忽略教学实用。

　　（3）面向网络，突出互动。3D GIS技术的交互性主要体现在用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。例如，学生通过三维漫游而体会到土地的自然属性。而结合网络服务的3D GIS技术更能使教与学的环节自然统一。通过网络服务，教师可以及时解答学生学习过程的疑难，3D GIS教学系统更成为教师获取教学反馈的重要渠道；通过网络服务，3D GIS教学系统不再局限于课堂教学，更是学生课后训练，知识巩固的工具。 　　2.系统设计与开发

　　面向土地资源管理专业的3D GIS教学系统，即以若干典型土地区域为研究区域，集成并整合土地基础地理（如矢量图、历史影像、DEM等）、自然属性信息（如土壤质地、厚度、盐渍化等）、经济社会资料（如基准地价、土地利用规划等）等教学资源，通过三维建模和教学仿真工具开发，建成基于仿真真实环境的教学平台。

　　根据上述内容，教学平台宜采用三层C/S结构体系，即数据层、逻辑层和应用层。其中数据层主要用来存储各类教学资源，如基础地理数据、土地专题数据、三维仿真模型等；逻辑层主要针对土地教学平台业务逻辑进行实现，如土地教学资源的存取、交换与管理；应用层实现土地教学平台的教学具体应用，主要包括数据浏览、数据查询、数据管理、常用工具、专题教学模块，等等。

　　3D GIS平台的选择是3D GIS教学系统建设的基础。目前比较著名、常用的3D GIS平台有Google Earth（谷歌公司）、Virtual Earth（微软公司）、Skyline Globe（Skyline 公司）、ArcGIS 3D（ESRI公司）、SuperMap（超图公司）。基于3D GIS效果和推广性，本文推荐使用Skyline、Google Earth或Virtual Earth平台。

　　三、基于3D GIS的土地教学与试验

　　本文以基准地价系数修正法的教学为例，利用试验系统中地价评估教学模块，探讨基于3D GIS的教学平台进行面向土地专业的课堂教学。

　　首先，课堂教导学生根据系统中基准地价级别图确定基准地价。例如，某宗地属于住宅三级地，查表得其基准地价为1430元/平方米。

　　其次，课堂教导学生如何确定宗地修正系数。第一步，通过系统定位待评估宗地位置，了解评估对象基本属性，通过空间场景模拟使学生思考确定宗地修正因素；第二步，教导学生基于以上思考仔细填写评估报告中核心数据表模板，正确给予勘察结论。借助系统本例中主要修正因素确定如下：①区域地籍。通过查询模块中的位置查询获取宗地属性。本例中宗地所在区域位于某市南山区，紧邻该市主干路红旗路，宗地内有一栋7层南北朝向砖瓦结构楼房。②产业集聚状况。通过常用工具模块中水平距离测量工具量算得到待估宗地距该市新世纪广场商业中心3700米，距离农贸市场、医院 400米，距离学校、幼儿园1500米。③基础设施条件。通过信息浏览模块中飞行漫游和全视图工具，确定该区域基础设施情况达到红线外七通（即通路、通电、通讯、通上水、通下水、通燃气、通热力）。④交通条件。通过信息浏览和测量模块，确定评估对象距红旗路西侧60米，周边有多路公交线路，得到结论此地段交通便捷。⑤环境条件。分析环保数据确定该地区车流量大，有一定噪音及废气污染，环境条件一般。

　　最后，教导学生计算修正后的价格。

　　通过课后教学互动，我们发现基于3D GIS的三维教学系统能让学生对土地专业的课程产生了浓厚的兴趣；善于提出问题，思考问题，且联系相关课程不再拘泥于一门；而学生更普遍反映在课堂上有了生产实践的体会。

　　面向土地专业的基于3D GIS的三维教学系统建设与试验表明：土地资源管理专业的教学与“3D GIS”技术相结合，同时综合传统的教学手段和方法，既能利用“3D GIS”的可视化、数据管理和空间分析功能进行土地空间场景仿真，又可充分共享、管理、挖掘土地教学资源进行课堂教学、课程实验和实习，实现优势互补。

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