卓越工程師能力考核探討與分析
——以“GIS原理課程設(shè)計(jì)”為例

艾明耀，潘 勵(lì)，張 豐，孫朝輝，劉 敏，胡慶武

(武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

卓越工程師能力考核探討與分析
——以“GIS原理課程設(shè)計(jì)”為例

艾明耀，潘 勵(lì)，張 豐，孫朝輝，劉 敏，胡慶武

(武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

實(shí)踐教學(xué)是理工科學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。本文探討了“GIS原理課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程的考核方式，對(duì)武漢大學(xué)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特色進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了一套面向卓越GIS工程師能力培養(yǎng)的考核模式，并對(duì)考核方式進(jìn)行了分析。本文提出的考核模式改進(jìn)了課程設(shè)計(jì)的考核形式，對(duì)相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)模式革新有一定的參考意義。

考核模式；課程設(shè)計(jì)；GIS原理；能力培養(yǎng)

一、引 言

2010年6月教育部啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)，旨在培養(yǎng)造就一大批面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

2012年2月，武漢大學(xué)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(以下簡(jiǎn)稱遙感專業(yè))入選國(guó)家“卓越計(jì)劃”。武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院作為該計(jì)劃的實(shí)施單位，確立了遙感專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)：面向國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，培養(yǎng)掌握遙感科學(xué)基本理論、方法和技術(shù)，具備良好的人文素養(yǎng)，具有空間信息獲取、處理、分析和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，擁有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、知識(shí)更新與自我完善能力、良好溝通與組織管理能力和國(guó)際視野的遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

在遙感專業(yè)的課程中，“地理信息系統(tǒng)原理”(以下簡(jiǎn)稱“GIS原理”)課程內(nèi)容基本涵蓋了遙感專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)宗旨內(nèi)的空間信息獲取、處理、分析和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，對(duì)學(xué)生建立起空間信息獲取—處理—分析—應(yīng)用的框架和理念具有重要基礎(chǔ)作用。其對(duì)應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)“地理信息系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)”(以下簡(jiǎn)稱“GIS原理課程設(shè)計(jì)”)則培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于空間數(shù)據(jù)和信息獲取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理、分析、應(yīng)用的能力，從而使學(xué)生具備初步的工程實(shí)踐能力和問(wèn)題分析能力。

針對(duì)卓越GIS工程師的要求，本文首先對(duì)“GIS原理課程設(shè)計(jì)”這一基礎(chǔ)而重要的綜合性專業(yè)實(shí)踐課程的考核方式進(jìn)行探討，然后介紹了所設(shè)計(jì)的培養(yǎng)學(xué)生GIS數(shù)據(jù)獲取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理、表達(dá)和分析能力的考核方式，并對(duì)學(xué)生考核的結(jié)果進(jìn)行了分析。

二、“GIS原理課程設(shè)計(jì)”考核方式探討

眾多高校教師對(duì)“GIS原理課程設(shè)計(jì)”的考核方式進(jìn)行了研究，作了大量的探討，給出了良好的建議。一些教師對(duì)于這一實(shí)踐課程的考核方式作了方向性的描述，部分教師還給出了可供參考的考核方式。如黨安榮等采用練習(xí)作業(yè)和課程考核相結(jié)合的方式[1]，鄧美容等將成績(jī)分為階段性考核和總評(píng)匯報(bào)兩部分[2]，周麗娜等通過(guò)實(shí)習(xí)報(bào)告來(lái)考察學(xué)生的實(shí)踐成果[3]，肖洪等則通過(guò)PPT答辯的方式對(duì)學(xué)生考核[4]，羅紅霞等考察了GIS專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)的方式對(duì)GIS原理課程設(shè)計(jì)考核方式制定的參考意義[5]。更多的教師則提出考核方式應(yīng)多樣化，將教師擬題、學(xué)生自選、企業(yè)兼職教師考核多種出題方式結(jié)合，采用練習(xí)作業(yè)、口試、課堂討論、答辯等多種考察方式[6-9]。龔俊等認(rèn)為應(yīng)建立科學(xué)明確的考核方式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，以便全面地體現(xiàn)學(xué)生掌握知識(shí)的水平、能力強(qiáng)弱和素質(zhì)的高低[10]；張飛則提出“基于能力的考核體系構(gòu)建”，設(shè)計(jì)一種能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)效果的考核，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性實(shí)踐能力[11]。

由于不同學(xué)校的專業(yè)背景和相關(guān)學(xué)科的構(gòu)成不一樣，GIS原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容不盡相同，因而考核內(nèi)容和考核方式亦有所區(qū)別。這些探索和研究為深入設(shè)計(jì)這一實(shí)踐課程的考核內(nèi)容和考核方式提供了參考依據(jù)和思考的方向。對(duì)于具體的可操作的考核方式還需高校教師集思廣益，探索符合自身專業(yè)結(jié)構(gòu)的考核模式。

武漢大學(xué)遙感專業(yè)的“GIS原理課程設(shè)計(jì)”是為配合“GIS原理”這一理論課程而開(kāi)設(shè)的，其目的是培養(yǎng)學(xué)生GIS的實(shí)際動(dòng)手能力，訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際空間問(wèn)題的思維能力。實(shí)習(xí)要求學(xué)生對(duì)地理信息系統(tǒng)的基本概念、地圖制作、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)的錄入及編輯、空間數(shù)據(jù)的預(yù)處理、空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)二三維顯示等基本理論和操作方法理解和掌握。

當(dāng)前遙感專業(yè)“GIS原理課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)形式為集中上機(jī)實(shí)習(xí)和操作，內(nèi)容則由軟件基礎(chǔ)知識(shí)、空間數(shù)據(jù)的錄入及編輯、空間數(shù)據(jù)預(yù)處理、空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)顯示與地圖編制、課程考核7個(gè)單元組成，共14個(gè)學(xué)時(shí)，每學(xué)時(shí)4個(gè)課時(shí)。課程設(shè)計(jì)的主要軟件平臺(tái)為Geoway和ArcGIS。

在實(shí)踐過(guò)程中，指導(dǎo)教師講解每部分的實(shí)踐操作內(nèi)容，告知學(xué)生各單元在實(shí)際工作的作用，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各單元內(nèi)容的興趣，使學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)和實(shí)踐內(nèi)容有更明確的理解。每個(gè)單元均有步驟詳細(xì)的實(shí)習(xí)指導(dǎo)書供學(xué)生參考和實(shí)踐，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題可以隨時(shí)與同學(xué)或老師進(jìn)行交流，同時(shí)部分同學(xué)可以針對(duì)每個(gè)單元或某一具體問(wèn)題向全班同學(xué)講述學(xué)習(xí)中的體會(huì)、收獲和心得。對(duì)于講述的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是一次學(xué)習(xí)內(nèi)容的總結(jié)和自身能力的提升；對(duì)于傾聽(tīng)的同學(xué)來(lái)說(shuō)，這是一次交流和思考的機(jī)會(huì)，梳理自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)體會(huì)。

近幾年來(lái)，遙感專業(yè)“GIS原理課程設(shè)計(jì)”考核的內(nèi)容和要求不盡相同，一直在改革和發(fā)展中，主要針對(duì)前述6個(gè)專題的部分內(nèi)容或多個(gè)專題內(nèi)容另行給出數(shù)據(jù)，檢查學(xué)生數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，并給出考核成績(jī)，重點(diǎn)在于空間數(shù)據(jù)采集和表達(dá)?？己瞬糠终?～3個(gè)學(xué)時(shí)。

當(dāng)前課程設(shè)計(jì)形式多樣，內(nèi)容飽滿充實(shí)，覆蓋了GIS原理課程的內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)。課程設(shè)計(jì)不僅僅提供對(duì)GIS理論課程內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證的試驗(yàn)，還需要學(xué)生主動(dòng)思考空間信息處理的過(guò)程，把握空間信息流轉(zhuǎn)的過(guò)程。而從考核內(nèi)容來(lái)看，考核并沒(méi)有完全達(dá)到實(shí)際的效果，內(nèi)容不足以評(píng)判學(xué)生學(xué)習(xí)的全面成果，還需借助實(shí)習(xí)報(bào)告來(lái)輔助評(píng)定學(xué)生學(xué)習(xí)的收獲。從實(shí)際教學(xué)和學(xué)習(xí)效果來(lái)看，此考核方式并不能完全考查學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，且體現(xiàn)不出學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中習(xí)得的理論知識(shí)和技能水平。

三、卓越GIS工程師能力考核方式設(shè)計(jì)

為了全面考查學(xué)生所習(xí)得的理論和實(shí)踐操作知識(shí)，本文提出了一套面向工程實(shí)踐能力的考核方式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，考查學(xué)生對(duì)空間數(shù)據(jù)獲取、編輯、處理、建庫(kù)、地圖制圖、空間分析、三維可視化等基本理論的掌握程度和實(shí)踐操作水平，見(jiàn)表1。

表1 考核模式結(jié)構(gòu)

1.數(shù)據(jù)采集與準(zhǔn)備

考核數(shù)據(jù)采用課程設(shè)計(jì)中“空間數(shù)據(jù)的錄入”單元中通過(guò)Geoway軟件矢量化的6個(gè)千米格網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)采集完整、正確，本部分實(shí)際是對(duì)地圖識(shí)圖、用圖、Geoway軟件操作、地圖制圖等能力的考察。

2.空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

考查學(xué)生建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，考核重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)存放的規(guī)范。

3.數(shù)據(jù)編輯

考查學(xué)生對(duì)ArcGIS中數(shù)據(jù)幾何編輯、拓?fù)錂z查和編輯等數(shù)據(jù)處理能力。

4.地圖制圖

要求學(xué)生配置空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)圖層顯示的屬性(包括符號(hào)、顏色、線型、線寬等)，整體考慮地圖各圖層制圖效果。學(xué)生可參看百度、Google、搜狗等網(wǎng)絡(luò)地圖制作美觀的地圖。

5.TIN與DEM

要求學(xué)生生成當(dāng)前區(qū)域的DEM和TIN，且DEM的分辨率為5 m，此部分主要考查學(xué)生對(duì)于矢量柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析，以及三維分析的能力。

6.三維可視化

要求學(xué)生利用ArcScene建立區(qū)域三維虛擬場(chǎng)景，包括三維地形、房屋和植被等地物類型的三維展示，以考核學(xué)生對(duì)已有數(shù)據(jù)的拓展表達(dá)能力。

7.空間分析

要求學(xué)生根據(jù)實(shí)習(xí)內(nèi)容、矢量化數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)特性，自擬分析主題，通過(guò)ArcGIS的空間分析功能得出結(jié)論。此部分為綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)題，充分展現(xiàn)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，鍛煉其空間思維和實(shí)踐能力。

考核方式開(kāi)放自主，學(xué)生可以自由討論，查閱資料。學(xué)生自主把握考核進(jìn)程，僅需在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自主完成考核要求。

這一考核模式將學(xué)生實(shí)踐的中間成果數(shù)據(jù)用于考核，數(shù)據(jù)處理過(guò)程層層遞進(jìn)；學(xué)生可以體會(huì)到數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)化，可將所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和實(shí)踐操作技能完整地結(jié)合起來(lái)，將GIS的構(gòu)成角色全部串聯(lián)，因此全面地考察了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，并給予學(xué)生充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)、展示自身能力的空間。

四、考核結(jié)果分析

考核模式設(shè)計(jì)需要學(xué)生實(shí)踐來(lái)反饋其效果。針對(duì)2013年遙感專業(yè)62名同學(xué)的考核結(jié)果，本文從學(xué)生成績(jī)分析、實(shí)習(xí)報(bào)告中的體會(huì)兩個(gè)方面對(duì)該考核模式進(jìn)行了分析。

1.學(xué)生成績(jī)分析

在本文進(jìn)行的試驗(yàn)中，考核評(píng)分過(guò)程總體偏嚴(yán)，有70%的同學(xué)考核成績(jī)優(yōu)秀(80～100分)，此外60～69分2人，70～79分18人?？己顺煽?jī)總體呈現(xiàn)正態(tài)分布，正態(tài)分布中心在80～84分區(qū)間，成績(jī)分布較為合理。由此說(shuō)明大多數(shù)同學(xué)完成了考核內(nèi)容，達(dá)到了考核要求，未能達(dá)到全優(yōu)的主要因素為數(shù)據(jù)編輯不夠細(xì)致，以及空間分析過(guò)程和結(jié)果描述不夠清晰。62名同學(xué)各部分得分結(jié)果分布如圖1所示。

圖1 考核成績(jī)分布圖

由圖1可知，絕大多數(shù)同學(xué)能夠采集完整的數(shù)據(jù)，因而得分主要在18分左右，只有一人得分為12分，空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和建庫(kù)部分失分的來(lái)源為數(shù)據(jù)坐標(biāo)系錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)存放雜亂等細(xì)節(jié)因素；大部分同學(xué)在地圖制圖方面著力不多，但也完成了基本要求。上文已經(jīng)提及部分同學(xué)在數(shù)據(jù)編輯部分一些細(xì)節(jié)沒(méi)有注意，導(dǎo)致不必要的失分；部分同學(xué)在DEM＆TIN部分未能按照要求輸出正確格式的符合分辨率的TIF文件，導(dǎo)致丟失了3分。三維地形可視化考察點(diǎn)主要在于數(shù)據(jù)的加載、渲染和高程維夸大顯示，部分同學(xué)數(shù)據(jù)路徑不正確導(dǎo)致扣分，部分同學(xué)地形圖與高程數(shù)據(jù)不疊合導(dǎo)致失分?？臻g分析的成績(jī)說(shuō)明大部分同學(xué)能夠在短時(shí)間內(nèi)能針對(duì)自己編輯的數(shù)據(jù)提煉實(shí)際問(wèn)題、提出解決思路和方案?？傮w而言，各部分得分情況在預(yù)期內(nèi)，在評(píng)分偏嚴(yán)的前提下分布仍較為合理。本文設(shè)計(jì)的考核模式達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.實(shí)習(xí)報(bào)告體會(huì)

幾乎所有學(xué)生在實(shí)習(xí)報(bào)告中談到了實(shí)習(xí)中收獲了很多，不僅對(duì)GIS相關(guān)原理的理解更加深入，而且掌握了兩種GIS軟件的操作和使用，習(xí)得了GIS實(shí)戰(zhàn)技能。少部分同學(xué)談到了考核對(duì)于課程設(shè)計(jì)的意義：對(duì)課程設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)的知識(shí)和能力進(jìn)行了全面的考察，同時(shí)也提升了GIS軟件的操作能力和GIS數(shù)據(jù)的處理能力。

縱觀考核模式和學(xué)生表現(xiàn)，本文提出的考核方式將實(shí)習(xí)考核與實(shí)習(xí)總結(jié)相統(tǒng)一，以考促學(xué)。考核內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)流的方式將GIS的各個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合為一體，將課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)內(nèi)容和要求完整地展現(xiàn)給學(xué)生?？己藘?nèi)容不僅有基礎(chǔ)軟件操作和GIS數(shù)據(jù)處理，也包含了設(shè)計(jì)創(chuàng)新型的自主空間分析。在這一模式和流程中，學(xué)生獨(dú)立分析地理空間問(wèn)題，尋找解決方案和思路，并動(dòng)手解決問(wèn)題。此實(shí)踐過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、創(chuàng)新思考的能力，同時(shí)對(duì)于提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量也頗有裨益。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的GIS原理課程設(shè)計(jì)考核方式在武漢大學(xué)遙感專業(yè)得到了驗(yàn)證，由于本專業(yè)的課程體系與其他學(xué)校的相同專業(yè)并不一致，因而，本文設(shè)計(jì)的考核方式并不能完全適用于其他學(xué)?；?qū)I(yè)。本文提出的考核方式目的是培養(yǎng)面向GIS數(shù)據(jù)和軟件、分析等方面應(yīng)用能力的卓越工程師人才，且結(jié)合了遙感專業(yè)的專業(yè)特色，因而具有一定的參考意義。當(dāng)前的考核模式還需進(jìn)一步完善，從深度和廣度上進(jìn)一步擴(kuò)展，細(xì)致編排內(nèi)容，以適應(yīng)GIS學(xué)科的發(fā)展，真正面向卓越GIS工程師的培養(yǎng)。

致謝:感謝北京吉威時(shí)代軟件技術(shù)有限公司和Esri(中國(guó))信息技術(shù)有限公司為本校提供的軟件和數(shù)據(jù)支持。

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Discussion and Analysis for Assessment of Excellent Engineers’Ability——In Case of the GIS Curriculum Design

AI Mingyao，PAN Li，ZHANG Feng，SUN Chaohui，LIU Min，HU Qingwu

G64

B

0494-0911(2014)11-0123-04

2014-05-15

國(guó)家教育部2012年度“本科教學(xué)工程”項(xiàng)目

艾明耀(1988—)，男，湖北天門人，碩士，主要從事實(shí)踐教學(xué)工作。

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