GIS專(zhuān)業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)改革探討

陳優(yōu)良，徐昌榮，陳淑婷

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州341000）

GIS專(zhuān)業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)改革探討

陳優(yōu)良，徐昌榮，陳淑婷

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州341000）

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程在GIS專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系中具有十分重要的地位。針對(duì)該課程在教學(xué)和實(shí)踐中存在的問(wèn)題，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了改革探討，以期能更好地實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)效果。

GIS；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

地理信息系統(tǒng)（GIS）有時(shí)又稱(chēng)為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)[1]。它主要涉及地理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖制圖學(xué)、測(cè)量與遙感科學(xué)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，是以計(jì)算機(jī)為主要工具的工程技術(shù)性科學(xué)[2]。計(jì)算機(jī)類(lèi)課程在地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中具有極其重要的地位[3]，而其中面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)作為 GIS專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，以其高效而又實(shí)用的特性--既可以進(jìn)行過(guò)程化程序設(shè)計(jì)，又可進(jìn)行面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)[4]，因而在整個(gè)教學(xué)體系中占據(jù)十分重要的地位。本文根據(jù)筆者多年在GIS專(zhuān)業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程中的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)實(shí)踐等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討，以期進(jìn)一步提高面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 GIS專(zhuān)業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程存在的問(wèn)題

GIS是一個(gè)新興邊緣學(xué)科，在我國(guó)出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，起步于80年代，到90年代初才開(kāi)始得到發(fā)展，但本身發(fā)展也不是很成熟，且現(xiàn)實(shí)性很強(qiáng)[2，5]。作為GIS軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)語(yǔ)言，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)存在著一些問(wèn)題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容比較陳舊

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容主要包括類(lèi)型系統(tǒng)、控制臺(tái)輸入輸出、運(yùn)算符與表達(dá)式、程序流控制、類(lèi)、方法、屬性、數(shù)組與索引器、結(jié)構(gòu)和枚舉、異常處理等。在講授過(guò)程中，教師把重心放在講授一些語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句規(guī)則上，再輔以一些例題上機(jī)加以演示說(shuō)明，沒(méi)有講授如何從客觀事物中抽象出知識(shí)，忽略了知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，造成學(xué)生學(xué)了東西不知道如何使用，不會(huì)用面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件[6]。學(xué)生在學(xué)習(xí)完這門(mén)課程之后，程序設(shè)計(jì)能力沒(méi)有顯著提高，有的學(xué)生連面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想都沒(méi)有掌握。另外，在教學(xué)內(nèi)容處理上，主要以教材為主，未補(bǔ)充教材外新的內(nèi)容（尤其是沒(méi)有結(jié)合GIS軟件開(kāi)發(fā)的內(nèi)容）。

1.2 教學(xué)方法單一

目前，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)主要是采用常規(guī)的順序式、灌輸式的教學(xué)方法。它側(cè)重于對(duì)面向?qū)ο笙嚓P(guān)術(shù)語(yǔ)及概念的灌輸，不能很好地與面向?qū)ο缶幊痰乃枷脒M(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，是以概念理解和記憶為主要手段的繼承式學(xué)習(xí)，學(xué)生僅僅在很淺的層次上學(xué)習(xí)了一種編程的方法及一些簡(jiǎn)單語(yǔ)法規(guī)范；課堂教學(xué)主要以教師講授為主，在教學(xué)過(guò)程中與學(xué)生之間的互動(dòng)幾乎沒(méi)有，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性；片面強(qiáng)調(diào)教學(xué)進(jìn)度與信息量等外在的東西，忽視對(duì)學(xué)生分析與解決問(wèn)題能力的引導(dǎo)，學(xué)生抽象問(wèn)題能力較差。

1.3 教學(xué)手段缺乏多樣性

目前，高等院校面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的授課大多采用PPT投影方式的多媒體教學(xué)方式，這種教學(xué)方式能促進(jìn)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)也能加大教學(xué)信息量、保證教學(xué)進(jìn)度。但是，在教學(xué)過(guò)程中常?！耙哉n件為中心，教師充當(dāng)播音員甚至放映員”，這種“照屏宣科”是現(xiàn)代版的“照本宣科”。由于教學(xué)課件已經(jīng)準(zhǔn)備好，教師在課程教學(xué)中基本上采用常規(guī)的順序式、灌輸式的教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中與學(xué)生之間難以形成互動(dòng)，因而大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

1.4 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視不夠

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)課程，但目前的實(shí)踐課教學(xué)存在很多弊端。一是上機(jī)實(shí)驗(yàn)的目的不明確，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容不清楚。沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求，只是把書(shū)上的例題或課后習(xí)題輸入計(jì)算機(jī)試一下，根本沒(méi)有真正理解程序設(shè)計(jì)的核心在于設(shè)計(jì)，更談不上掌握面向?qū)ο笏枷肓?。因此，雖然大多數(shù)學(xué)生通過(guò)教學(xué)已經(jīng)知道了面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)越性，但是在解答作業(yè)和解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)還是無(wú)從下手。二是大部分實(shí)驗(yàn)仍然在采取封閉式的教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)前由老師集中詳細(xì)講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和步驟，甚至操作示范，學(xué)生只能在規(guī)定的時(shí)間“依葫蘆畫(huà)瓢”，不需主動(dòng)思維和創(chuàng)新，這種抱著走的模式限制了學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性，老師對(duì)學(xué)生的作用是“授之以魚(yú)”。

2 教學(xué)改革具體實(shí)施

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)內(nèi)容上，我們一方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容加以精選，突出面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)用技術(shù)，包括類(lèi)、對(duì)象、封裝、繼承、多態(tài)和接口，突出算法而不是語(yǔ)法，講授面向?qū)ο骔indows的編程技巧，介紹面向?qū)ο蟮木幊汤碚撝R(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生從客觀事物中抽象出類(lèi)的能力；另一方面根據(jù)GIS軟件開(kāi)發(fā)的要求，結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù)引入GIS軟件開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，例如編寫(xiě)點(diǎn)類(lèi)、線類(lèi)、面類(lèi)等；三是借助一些參考書(shū)目積極引入本課程的最新技術(shù)和成果（新概念、新技術(shù)、新方法），例如泛型、迭代器、匿名方法、Lambda表達(dá)式、查詢表達(dá)式等[7]，將這些內(nèi)容重新組合成三個(gè)模塊：基礎(chǔ)要求模塊、選學(xué)模塊、選修模塊，從而形成新的課程體系，深化面向?qū)ο蟮暮诵乃枷搿Ｍㄟ^(guò)這種教學(xué)內(nèi)容的改革，使學(xué)生真正掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的本質(zhì)，使學(xué)生的思維模式逐步從面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)向面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方式上來(lái)。

2.2 教學(xué)方法改革

教學(xué)方法的改革是活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要手段。教育家皮亞杰認(rèn)為：教學(xué)以學(xué)生為中心，利用情景、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素，使學(xué)生成為知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者。教師是教學(xué)過(guò)程的組織者、指導(dǎo)者，而不是主動(dòng)實(shí)施的知識(shí)灌輸者[8]。但這些理論如何貫徹到具體的教學(xué)活動(dòng)中，又如何根據(jù)所授課程和授課內(nèi)容的特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)，確定科學(xué)合理的教學(xué)方法，值得認(rèn)真研究。在教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)知識(shí)內(nèi)容和性質(zhì)，選擇不同的方法，有以下幾種：

1)采用案例教學(xué)法，使學(xué)生在模仿中掌握對(duì)抽象概念的感觀認(rèn)識(shí)。打破以教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，以精選出的案例為中心帶動(dòng)教學(xué)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是應(yīng)用性很強(qiáng)的一門(mén)課程，它既有理論又有實(shí)踐，既講方法又講動(dòng)手能力。在教學(xué)中打破課本原有以知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)體系為順序組織課堂教學(xué)的方式，改用從現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單的案例入手通過(guò)讓學(xué)生觀看、模仿，在實(shí)際操作中去探究和領(lǐng)悟這些概念并適時(shí)地加以歸納總結(jié)，讓學(xué)生在輕松愉快的氣氛中接受新知識(shí)。

2）采用啟發(fā)式教學(xué)法，加強(qiáng)學(xué)生思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在授課中開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從重知識(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向重智能目標(biāo)。當(dāng)代美國(guó)心理學(xué)家?jiàn)W蘇伯爾認(rèn)為學(xué)生從事新的有意義的學(xué)習(xí)時(shí)必須有適于新知識(shí)的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)[9]，學(xué)生的學(xué)習(xí)就是一個(gè)同化自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程。因此課堂教學(xué)中在講授新的知識(shí)時(shí)，宜采用啟發(fā)誘導(dǎo)的方法，回顧以前學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)置新的疑問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中自然而然、不知不覺(jué)地接受新的知識(shí)，吸收新的思想，降低學(xué)習(xí)的難度。

3）采用生動(dòng)形象的比喻教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以生動(dòng)形象的比喻闡釋抽象的概念。教學(xué)語(yǔ)言是教師充分消化教材后，在課堂上向?qū)W生進(jìn)行知識(shí)的口頭傳授，根據(jù)學(xué)生抽象思維弱于形象思維這一特點(diǎn)，教師應(yīng)使用通俗易懂的語(yǔ)言，使抽象的概念形象化，幫助學(xué)生建立想象表象。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中的許多概念對(duì)于初學(xué)者而言，顯得抽象而深?yuàn)W。作為任課老師如果能在講課中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用形象、生動(dòng)的比喻，常常會(huì)使許多看似深?yuàn)W的概念變得淺顯而易于理解。

4）采用問(wèn)題討論教學(xué)法，活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。教師在課堂上圍繞所講的內(nèi)容或者結(jié)合當(dāng)前的一些熱點(diǎn)，給同學(xué)們提出問(wèn)題，讓同學(xué)們思考、討論，提出自己的觀點(diǎn)，發(fā)表不同的看法。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境（即社會(huì)文化背景）下，借助他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)方式獲得的[8]。為此，在理論教學(xué)過(guò)程中可以采取問(wèn)題討論的教學(xué)方法，在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出“任務(wù)”，針對(duì)所提出的問(wèn)題，分析解決問(wèn)題的思想和方法，啟發(fā)學(xué)生完成任務(wù)的求解思路和方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.3 教學(xué)手段改革

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，注重板書(shū)、多媒體教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。單純的“黑板+粉筆”的教學(xué)模式顯然不能適應(yīng)可操作性極強(qiáng)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)，還應(yīng)結(jié)合多媒體教學(xué)。多媒體教學(xué)所傳遞的多樣性、交互性、集成性的教學(xué)信息能充分刺激學(xué)習(xí)者的各種感官，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在課堂上獲得面向?qū)ο蟮母行哉J(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的操作意識(shí)，從而有效提高課堂的教學(xué)效果[10]。網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)是在校園網(wǎng)的支持下構(gòu)建的現(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境，它為學(xué)生提供了一個(gè)理想的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)瀏覽多媒體電子課件、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，對(duì)不易理解的章節(jié)可以反復(fù)學(xué)習(xí)，還可通過(guò)E-mail、BBS等方式和教師或其他同學(xué)進(jìn)行同步或異步交流，以解決學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效果。網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和個(gè)性的發(fā)展，有利于師生教學(xué)交流與學(xué)生協(xié)同學(xué)習(xí)，是對(duì)課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。

在具體的課堂教學(xué)過(guò)程中，把概念定義、圖解類(lèi)說(shuō)明等用多媒體課件講解，這樣知識(shí)表示更形象、描述信息量大，而且節(jié)約了板書(shū)時(shí)間。而知識(shí)的推理過(guò)程用板書(shū)方法，老師邊寫(xiě)邊講，使學(xué)生思維和老師書(shū)寫(xiě)同步。所有代碼都在真實(shí)的開(kāi)發(fā)環(huán)境上開(kāi)發(fā)，便于交互式教學(xué)方法的運(yùn)用，通過(guò)教師的引導(dǎo)，在師生交互過(guò)程中完成編碼工作，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。另外，程序的執(zhí)行過(guò)程與結(jié)果，可以制成flash動(dòng)畫(huà)，上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上。

2.4 實(shí)踐教學(xué)改革

GIS是面向應(yīng)用的技術(shù)學(xué)科，學(xué)生要學(xué)好理論，更要有較好的實(shí)干和動(dòng)手能力[2]。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合。通過(guò)同步上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深入領(lǐng)會(huì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的功能和作用，理解程序的編譯、運(yùn)行機(jī)理，加深對(duì)面向?qū)ο蟊举|(zhì)的認(rèn)識(shí)。在實(shí)踐內(nèi)容的安排上，應(yīng)多選取綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，少選取驗(yàn)證性內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要有針對(duì)性，可以有意布置一些與 GIS有關(guān)的中小型程序讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)，理論與實(shí)際相結(jié)合，從而較快提高學(xué)生的編程能力。在實(shí)踐教學(xué)的方法上，要打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，只有老師講授，沒(méi)有學(xué)生自己討論與思考的模式。具體說(shuō)來(lái)，將以老師為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即實(shí)現(xiàn)師生角色的轉(zhuǎn)變。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由老師確定大方向上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的基本要求，由學(xué)生自己預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，給學(xué)生提供較大的思維空間，老師則引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)地進(jìn)行分析推理，而不是單純地用理論去解析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣一來(lái)，大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們的思路開(kāi)闊、興趣倍增，把被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，從而充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。

3 結(jié)語(yǔ)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)作為GIS軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，在GIS專(zhuān)業(yè)課程中舉足輕重。本文主要從面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及實(shí)踐教學(xué)等方面探討了教改措施。這些措施可使學(xué)生強(qiáng)化對(duì)面向?qū)ο蟾拍畹睦斫?，?shù)立面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思維，學(xué)會(huì)采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)分析問(wèn)題及解決問(wèn)題，為下一步學(xué)習(xí)GIS軟件開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Study on the Object-oriented Programming Teaching Reformation of GIS Professionals

CHEN Youliang,XU Changrong,CHEN Shuting
(School of Architectural and Surveying Engineering,Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou,341000 China)

Object-oriented programming courses in GIS professionals teaching system has very important position. For the problems in object-oriented programming teaching and practice,combined withyears of teaching experience, discusses the reforms from the teaching content,teaching methods,teaching means,as well as practical aspects of teaching,w ith a view to better achieve the teaching objectives of this course, and improve the teaching effect.

GIS;object-oriented programming;teaching reform;practical teaching

2009-11-23

項(xiàng)目來(lái)源：江西理工大學(xué)“本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”資助項(xiàng)目（09222)；江西省高校省級(jí)教改資助項(xiàng)目（JXJG-08-6-8)。

P208

B

1672-4623(2010)01-0151-03

陳優(yōu)良，講師，主要從事地理信息系統(tǒng)教學(xué)與科研工作。