“地理信息系統(tǒng)工程設計”課程的教學改革研究

郭慶勝，馮代鵬，杜清運

（武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079）

地理信息產(chǎn)業(yè)作為國家重點支持的高新技術產(chǎn)業(yè)被寫進“十二五”規(guī)劃。地理信息系統(tǒng)專業(yè)的人才需求量逐步增加，未來若干年內(nèi)，尤其是系統(tǒng)開發(fā)設計方面的人才緊缺，“地理信息系統(tǒng)工程設計”作為地理信息系統(tǒng)專業(yè)的一門核心課程，對學生學習地理信息系統(tǒng)工程設計和對GIS設計與開發(fā)人員素質的提高起到至關重要的作用。面對新的機遇和挑戰(zhàn)，建立課程的新教學理念和模式是確立當今教研命題的現(xiàn)實需要。

1 本課程在地理信息系統(tǒng)人才培養(yǎng)中的地位

“地理信息系統(tǒng)工程設計”是地理信息系統(tǒng)專業(yè)的核心課程，涉及軟件設計、系統(tǒng)設計、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結構、地理信息系統(tǒng)原理等知識［1］。知識的儲備量要求很高，如高級語言程序設計、數(shù)據(jù)庫原理、軟件工程導論、項目經(jīng)營與管理、地理信息系統(tǒng)原理等都是其先導性課程。該課程不僅要求學生掌握一定的專業(yè)理論知識，還要掌握一定程度的計算機基礎以及軟件設計方面的知識。該課程所涉及的應用領域很廣，如GIS設計涉及到國土、林業(yè)、交通、礦產(chǎn)等多個部門；同時系統(tǒng)應用的載體也包括互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)或者單機，例如WebGIS以及電子地圖系統(tǒng)等。

GIS設計與開發(fā)具有很強的實踐性［2］，純粹的理論知識學習，學生不容易牢固掌握，理解消化知識內(nèi)容也比較慢。只有在實踐中去學習知識，對知識的掌握會牢固而且深刻。學生也只有通過親自實踐才能更好地體會和理解GIS設計與開發(fā)的原則，同時具備一定的GIS應用系統(tǒng)設計能力和程序代碼編寫水平［3］。本課程是對學生專業(yè)整體素質的培養(yǎng)和訓練，需要完成基于特定工程的系統(tǒng)設計，實驗成果是學生綜合能力的體現(xiàn)和大成。

2 既有教學模式的缺陷

2.1 教學模式單一

雖然教學手段已從黑板加粉筆向多媒體轉變，但其教學實質還是課堂教學應試教育，是填鴨式、灌輸式，沒有改變傳統(tǒng)的教師教、學生學的模式，學生沒有機會發(fā)揮自己的主動性，互動環(huán)節(jié)少，不能充分調動學生的學習興趣。教師布置的實驗作業(yè)，基本上是統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一結果，抹殺了學生的創(chuàng)造性。

2.2 培養(yǎng)目標有待提高

在教學的過程中，有意識地將學生培養(yǎng)成了單純的二次開發(fā)、軟件操作方向上的人才，而很少針對某一具體應用領域。大部分學生只知道軟件基本操作，或者有一定的軟件二次開發(fā)能力，但是對于某一應用目標的實現(xiàn)或某個專題信息提取的認知能力較低，不僅缺乏相應的專業(yè)知識，而且缺乏整體構思能力。

2.3 動手能力弱，系統(tǒng)思維能力欠缺

GIS技術已經(jīng)滲透到社會生活的方方面面，但是GIS專業(yè)畢業(yè)生認為工作很難找，而企事業(yè)單位認為GIS專業(yè)人才不足。這主要是由于企事業(yè)單位希望GIS專業(yè)的學生具備必須的專業(yè)動手能力，上崗即可勝任工作，而學校教育往往缺乏這項功能，造成學生走出校園后無法勝任工作，如何讓單位期望和培養(yǎng)的學生達成一致，是教改中應解決的問題。

3 基于市場需求導向的人才培養(yǎng)創(chuàng)新研究

3.1 教學內(nèi)容的改革

課程內(nèi)容的設置是課程教學中舉足輕重的環(huán)節(jié)，由于“地理信息系統(tǒng)工程設計”課程是核心專業(yè)課程之一，先導性和鋪墊課程多，因此在教學內(nèi)容方面應當遵守的原則是：避免教學內(nèi)容的重復出現(xiàn)，遵循知識學習的循序漸進，注意利用既有知識，這樣不僅能建立牢固的知識體系而且有助學生對新知識的接受。把GIS工程建設當作一個系統(tǒng)工程，從設計、管理、質量評價等多個方面進行講解（見表1）。

表1 “地理信息系統(tǒng)工程設計”課堂教學內(nèi)容安排

教材內(nèi)容的時效性對于課程的學習也顯得尤為重要。GIS技術更新速度快，教材上的知識已經(jīng)不能滿足學生對于新事物的需求，教材內(nèi)容相對老化。而教材的改版修訂也需要較長時間，因此授課時不能囿于教材，而要有所超越，教材是固定的，知識是發(fā)展的。教師在教學中應當補充有關內(nèi)容，引導學生充分利用網(wǎng)絡及現(xiàn)有各種獲取信息的渠道掌握新知識。目前，較成熟的教材主要有：《地理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)》、《地理信息系統(tǒng)軟件工程的原理與方法》《GIS設計與實現(xiàn)》以及《地理信息系統(tǒng)工程設計與管理》等［4］。各版本教材各有特點，我校以《地理信息系統(tǒng)工程設計與管理》為主，兼顧其他，并注意補充和更新。

3.2 教學方式的改革

傳統(tǒng)的教學方法學生很難身臨其境地體會到一種方法的實現(xiàn)過程或者在現(xiàn)實中是如何去表現(xiàn)以及怎樣應用。雖然多媒體教學圖文并茂、動靜結合、直觀性強，可提高學生的學習興趣，提高教學效果［6］，但是多媒體教學只是老師播放幻燈片或者音像文件、演示實驗或者操作，主體仍然是老師，學生參與很少。有時甚至缺少一種反饋，學生能否跟上老師的“節(jié)奏”仍是問題。可見這種方式應該改革?；ㄏ蚣t等提出，在理論基礎知識教學方面以老師為主體，在實驗教學方面以學生為主體，教師以平等的姿態(tài)，以參與者的身份一起參與實踐活動［7］。這種教學方式只在實驗課環(huán)節(jié)讓學生起主導作用，老師負責引導、協(xié)助。而對于“GIS工程設計”課程而言，理論與實踐是并重的，可以在基礎知識的學習階段就讓學生起一定程度的主導作用。

3.2.1 基于任務驅動式的分組式教學

分組式教學是將學生分為若干小組，每組人數(shù)可以根據(jù)班級人數(shù)和任務大小適當調整，每個小組完成一個小任務。旨在培養(yǎng)學生的團隊協(xié)助精神，促進小組成員之間相互學習，充分發(fā)揮自己的強項，協(xié)同完成某一項任務。“GIS工程設計”課程所涉及的實習部分，主要是采用這種教學方法，特別是在空間數(shù)據(jù)獲取階段，即可讓每個學生熟悉地圖的數(shù)字化方法，也可以讓學生掌握空間數(shù)據(jù)集成的技巧。

3.2.2 增強學生自主性的啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學是以學生為主體，老師起輔導作用，給予學生方向上的指引或提供行業(yè)內(nèi)的最新資訊，同時將這些最新資訊與課本內(nèi)容相結合，啟發(fā)學生去思考問題以及提出問題，并解決所提出的問題。同時給學生推薦好的網(wǎng)站和書籍，讓學生尋求解決問題的方法，激發(fā)自主學習的能力。例如Esri中 國 社 區(qū)（http://bbs.esrichina－bj.cn/ESRI/）、MSDN（http://msdn.microsoft.com/zh－cn/）以 及Esri Developer Network（http://edn.esri.com/），這些網(wǎng)站可以給學生提供自學的渠道。課外書籍是課程內(nèi)容的延伸，例如地理信息系統(tǒng)軟件基礎知識方面，可以推薦學生閱讀GIS軟件操作方面的書籍并學習軟件的詳細操作。

3.2.3 重在能力培養(yǎng)的應用式教學

GIS應用型人才是針對市場需求而言的。市場需要4個層次的GIS專業(yè)人員，即從GIS操作員→GIS程序員（維護工程師）→GIS網(wǎng)絡工程師→GIS系統(tǒng)分析員的4層金字塔型人才結構［10］。應用式教學可以從這幾方面來對學生進行指導定位。通過對GIS市場進行調研，與企業(yè)專家共同分析職業(yè)工作過程，確定相應崗位的典型工作任務，選取教學內(nèi)容［9］。

鼓勵并組織部分學生以小組的形式參加全國性的GIS大賽或者學院舉辦的GIS大賽，在大賽中學習和實踐。目前，全國性的GIS大賽主要有北京超圖軟件股份有限公司組織的“SuperMap杯全國高校GIS大賽”和ESRI中國（北京）有限公司舉辦的“ESRI杯中國大學生GIS軟件開發(fā)大賽”及武漢中地數(shù)碼有限公司舉辦的“中地數(shù)碼杯全國高校學生MAPGIS二次開發(fā)大賽”。應用式教學還在于鼓勵學生在課程學習的同時考取一個與GIS有關的證書，熟練掌握主流的GIS軟件，學會編程之后運用組件式的GIS開發(fā)平臺去進行二次開發(fā)。學校積極聯(lián)絡安排學生參與生產(chǎn)實踐，與校外企業(yè)聯(lián)合組織教學實踐，邀請企業(yè)的技術開發(fā)人員現(xiàn)場給學生講課或者答疑。每年暑假期間盡量安排學生到相關單位實習，結合畢業(yè)論文指導學生積極參與教師科研項目，培養(yǎng)學生的興趣，激發(fā)學生的競爭意識，提高學生綜合素質和創(chuàng)新能力。

3.2.4 注重理論和實踐結合的案例教學

傳統(tǒng)情況下，教學遵循課本，實驗圍繞課堂。教學注重知識的傳授，實驗大多是課堂理論的驗證，或既有軟件的熟悉，缺乏創(chuàng)新和拓展。宋瑋等人提出了在教學中創(chuàng)造條件引入實際案例，將復雜抽象的概念用具體生動的案例進行詮釋，能夠提高學生的學習興趣，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，事實證明事半功倍［4］，可見案例應用是關鍵。應用案例教學就必須選擇好的案例。精選出的案例應當是典型的、有代表性的，最能揭示所學理論的案例，這樣才能取得良好的教學效果［8］?！暗乩硇畔⑾到y(tǒng)工程設計”課程是以GIS工程項目的設計、建設和管理為中心，理論與實踐的結合程度高，只有通過典型的GIS工程案例教學才能讓學生更好地掌握GIS工程的核心內(nèi)容。

3.2.5 充分利用網(wǎng)絡的延伸式教學

信息技術的飛速發(fā)展為現(xiàn)代教育教學提供了廣闊的空間，通過校園教學資源共享平臺，將電子教案、參考資料、教學大綱、網(wǎng)絡課件等教學材料提供到該平臺，讓老師和學生分享。另外，可以設置一部分網(wǎng)絡在線教學課程，通過遠程網(wǎng)絡視頻進行教學，一方面豐富課堂教學的途徑，有效利用網(wǎng)絡資源，開闊學生的視野；另一方面可以讓學生對某一難點或感興趣的地方進行反復視頻聽講，增加學習的有效性。再次，可以根據(jù)教學和科研的需要，構建網(wǎng)絡演示和測試系統(tǒng)，給學生提供模擬考試和疑難解答平臺，有效利用課余時間加強學習和師生間的學術交流。網(wǎng)絡在線教學的另一個優(yōu)點是能夠及時更新目前的GIS新理論和技術，補充教材更新慢的缺點。網(wǎng)絡化教學模式不僅有效集中了資源，更突破了傳統(tǒng)教學在空間和時間上的局限性，是今后教育教學的趨勢。

4 結束語

“地理信息系統(tǒng)工程設計”是地理信息系統(tǒng)專業(yè)的核心課程之一。這門課程知識面要求廣，實踐性強，要在教學方法上不斷探索，不僅要注重理論學習，更要加強實踐鍛煉，還要選擇好的教材來促進理論教學，選擇好的案例來加強實踐鍛煉，并運用適當?shù)慕虒W方法來培養(yǎng)學生，才能有針對性地培養(yǎng)出具有一定特色的GIS人才。

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