地理信息系統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運(yùn)

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

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地理信息系統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運(yùn)

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

分析了目前地理信息系統(tǒng)(GIS)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)及存在問題，并在充分考慮實(shí)驗(yàn)課程的關(guān)系、內(nèi)容銜接及課程發(fā)展等問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)GIS人才培養(yǎng)需求及專業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)本專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整。以武漢大學(xué)GIS專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程為例，研究了實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該研究成果被應(yīng)用到2013 GIS專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)工作中。

地理信息系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)課程；優(yōu)化設(shè)計(jì)；體系化

一、引 言

地理信息系統(tǒng)(GIS) 是一門技術(shù)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)在該課程的教學(xué)中起著重要的作用[1]。GIS具有理工結(jié)合的特點(diǎn)，注重以數(shù)學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的思維，以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能，以地理學(xué)培養(yǎng)專業(yè)理論基礎(chǔ)，以GIS培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)及技能。學(xué)習(xí)GIS需要學(xué)生掌握從空間數(shù)據(jù)獲取、加工、處理、存儲(chǔ)、更新到開發(fā)和應(yīng)用全過程的知識(shí)和技能[2]，必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)課程，保證對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)、測(cè)繪遙感專業(yè)和地理專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)。

GIS課程教學(xué)具有多學(xué)科集成、滲透性強(qiáng)、理論性與應(yīng)用性并重、發(fā)展速度快、內(nèi)容更新快等特點(diǎn)[3]。它與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，在課程安排上強(qiáng)調(diào)教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，以及課程開設(shè)的順序與銜接問題，且需加強(qiáng)計(jì)算機(jī)教學(xué)[4]。

現(xiàn)有的GIS專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)目和內(nèi)容都比較多，某些實(shí)驗(yàn)課程之間存在內(nèi)容陳舊、內(nèi)容設(shè)計(jì)重疊、內(nèi)容銜接不上、技術(shù)方法陳舊且不一致等問題，尤其是新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容采用的技術(shù)方法提出了新的更高要求。因此，本文通過研究GIS專業(yè)的理工并舉的專業(yè)特點(diǎn)及專業(yè)人才培養(yǎng)模式，對(duì)GIS專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的體系化設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，初步形成完整統(tǒng)一的新技術(shù)方法支持下的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容體系架構(gòu)，并設(shè)計(jì)各實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容及技術(shù)方法，為GIS專業(yè)系列實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容建設(shè)提供思路。

二、GIS實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)及現(xiàn)存問題分析

1.GIS實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容及特點(diǎn)

目前武漢大學(xué)本科生實(shí)驗(yàn)課程主要有GIS原理與應(yīng)用、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、GIS圖形算法基礎(chǔ)、GIS軟件開發(fā)技術(shù)、GIS工程設(shè)計(jì)、數(shù)字地圖制圖原理、GIS課程設(shè)計(jì)等。它們分別從程序設(shè)計(jì)、算法、軟件工程、工程管理、制圖學(xué)等方面為GIS的學(xué)習(xí)提供思路和方法。實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容及時(shí)間安排見表1。

目前實(shí)驗(yàn)課程的體系及內(nèi)容設(shè)置是按照現(xiàn)行GIS專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的，基本滿足了學(xué)生理論知識(shí)的實(shí)踐、專業(yè)思維的培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)的掌握等要求。

2.現(xiàn)存問題及分析

上述實(shí)驗(yàn)課程都有各自不同的側(cè)重點(diǎn)，都是GIS學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，涵蓋了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、制圖學(xué)等領(lǐng)域，對(duì)GIS的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作都有很好的指導(dǎo)意義。但這些實(shí)驗(yàn)課程存在內(nèi)容部分重疊、課程銜接不夠緊密等問題，具體包括以下內(nèi)容：

1) 實(shí)驗(yàn)課程安排缺乏系統(tǒng)性。實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)一門課程的實(shí)習(xí)結(jié)果可滿足多門課程的實(shí)習(xí)要求，學(xué)生對(duì)GIS知識(shí)的整體性和體系化了解并沒有達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。在實(shí)驗(yàn)課程中，沒有強(qiáng)化各思想方法在GIS中的應(yīng)用，與GIS聯(lián)系不緊密，實(shí)驗(yàn)課程的作用未充分發(fā)揮。

2) 部分實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)習(xí)要求沒有納入新技術(shù)的學(xué)習(xí)。GIS與計(jì)算機(jī)、測(cè)繪、遙感、地圖學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科聯(lián)系緊密，這些學(xué)科領(lǐng)域的思想和技術(shù)都發(fā)展迅速，GIS應(yīng)用的深度和廣度也在不斷擴(kuò)大[6-7]，但有的實(shí)驗(yàn)課程還未增加新技術(shù)的學(xué)習(xí)，有的則是過分注重理論思想，采用的仍是老的開發(fā)技術(shù)。

表1 GIS實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容與時(shí)間安排[5]

3) 實(shí)驗(yàn)課程的完整性需要進(jìn)一步加強(qiáng)。部分理論課程缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如空間數(shù)據(jù)庫課程，GIS對(duì)數(shù)據(jù)的依賴性很大，目前的實(shí)驗(yàn)課程缺乏有關(guān)地理空間數(shù)據(jù)獲取、加工、處理、存儲(chǔ)等內(nèi)容。同時(shí)，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)的學(xué)科技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，需要同步新增實(shí)驗(yàn)課程來深入學(xué)習(xí)。

為了改善上述問題，需要對(duì)目前的實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行優(yōu)化，充分考慮實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的順序、新技術(shù)學(xué)習(xí)和空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，使學(xué)生從各實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中深刻理解GIS的含義。

三、GIS實(shí)驗(yàn)課程體系的優(yōu)化

對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行優(yōu)化，首先要明確GIS專業(yè)課程的體系安排。實(shí)驗(yàn)課程從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難易程度上分為基礎(chǔ)、提高、創(chuàng)新3類[8]?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握該課程基本的理論、技術(shù)和方法，能完成基本的軟件操作、程序設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)等；提高性實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)并實(shí)踐所學(xué)課程，能更熟練地操作軟件，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔的程序、算法，挑戰(zhàn)更有難度的課程內(nèi)容等；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，讓學(xué)生在對(duì)所學(xué)課程知識(shí)融會(huì)貫通的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并靈活實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)實(shí)驗(yàn)課程按實(shí)驗(yàn)層次和涉及內(nèi)容又可分為課程單元實(shí)驗(yàn)課、綜合實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課3類[9]。單元實(shí)驗(yàn)課與課堂教學(xué)穿插進(jìn)行，能讓學(xué)生及時(shí)將課堂所學(xué)進(jìn)行實(shí)踐，加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)、技術(shù)的理解；綜合實(shí)驗(yàn)課是在課堂教學(xué)結(jié)束、學(xué)生對(duì)整個(gè)課程內(nèi)容有一個(gè)整體把握之后進(jìn)行的小型集中實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生從宏觀上了解實(shí)驗(yàn)流程、掌握相關(guān)技術(shù)；課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課是大型的集中實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，或分組或獨(dú)立進(jìn)行，讓學(xué)生在解決實(shí)際課題的過程加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生或獨(dú)立或協(xié)同合作解決實(shí)際問題的能力。

對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，要注意課程的實(shí)驗(yàn)方法、銜接等問題，避免重復(fù)；課程內(nèi)容需進(jìn)行從基礎(chǔ)、提高到創(chuàng)新的彈性設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同能力的學(xué)生學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)調(diào)整具體包括以下內(nèi)容：

1) 對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)課程中，強(qiáng)化各課程的思想方法在GIS中的具體應(yīng)用，將理論與實(shí)際結(jié)合，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的價(jià)值。加強(qiáng)各課程小組的溝通聯(lián)系，使其更加明確各課程內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，在選擇實(shí)施技術(shù)時(shí)要基于不同課程盡可能統(tǒng)一、技術(shù)的先進(jìn)性和適宜性、良好的開發(fā)思想等基本原則，對(duì)使用的軟件、采用的語言、提交的成果等都要進(jìn)行深入的討論并統(tǒng)一規(guī)劃，使各實(shí)驗(yàn)課程相互獨(dú)立又緊密聯(lián)系[10]，形成統(tǒng)一的整體。

2) 對(duì)實(shí)驗(yàn)課程納入新技術(shù)的學(xué)習(xí)。在教授基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，GIS課程設(shè)計(jì)要與時(shí)俱進(jìn)，讓學(xué)生了解到當(dāng)前GIS的主流技術(shù)與發(fā)展前景，激發(fā)學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性。

3) 對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行新增、順序調(diào)整等優(yōu)化。在對(duì)GIS的發(fā)展歷程深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的反饋，建設(shè)性地新增部分實(shí)驗(yàn)課程，加強(qiáng)對(duì)GIS人才能力的培養(yǎng)，并從整體上對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的順序進(jìn)行調(diào)整，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握知識(shí)和技能。

對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行順序調(diào)整，按從易到難，從局部到整體的思路，優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)課程體系見表2。

表2 優(yōu)化的GIS實(shí)驗(yàn)課程體系

與原有的實(shí)驗(yàn)課程安排相比，優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)課程體系從整體上考慮了各課程的側(cè)重點(diǎn)，更強(qiáng)調(diào)課程之間的獨(dú)立性與銜接性。軟件應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)課程強(qiáng)調(diào)軟件內(nèi)容與對(duì)應(yīng)理論課程內(nèi)容的銜接和軟件技術(shù)的現(xiàn)勢(shì)性。設(shè)計(jì)開發(fā)類的實(shí)驗(yàn)課程更加強(qiáng)調(diào)技術(shù)方法的統(tǒng)一性，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課圍繞GIS專業(yè)所學(xué)技術(shù)方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一基于C、C++、C#等開發(fā)語言和ArcGIS Engine等GIS控件，采用面向?qū)ο蟮仍O(shè)計(jì)方法，針對(duì)GIS模型算法、GIS軟件、GIS工程等進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。另外，隨著GIS技術(shù)及應(yīng)用的快速發(fā)展，教學(xué)實(shí)踐課程根據(jù)培養(yǎng)需要增加了移動(dòng)GIS系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，并新增了空間數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)GIS的實(shí)驗(yàn)課程等。

四、結(jié)束語

GIS專業(yè)定位于培養(yǎng)理工結(jié)合的復(fù)合型人才，使學(xué)生具備理科的科學(xué)思維和工科的實(shí)踐技能。學(xué)習(xí)地理學(xué)相關(guān)的知識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，學(xué)習(xí)GIS技術(shù)是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。因此，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)課程是有效提高學(xué)生實(shí)踐技能的重要途徑。本文在分析現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程體系的特點(diǎn)及存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS專業(yè)培養(yǎng)特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使GIS實(shí)驗(yàn)課程更加體系化和體現(xiàn)課程內(nèi)容的現(xiàn)勢(shì)性，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的新要求和社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的新需求。隨著GIS專業(yè)及其理論課程體系的發(fā)展變化，實(shí)驗(yàn)課程體系和內(nèi)容也將隨之進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和更新，筆者也將不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以構(gòu)建更科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)課程體系，服務(wù)于GIS專業(yè)人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

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Optimization Design of Experimental Curriculum of GIS

CAI Zhongliang，LI Xiaohuan，XIE Caiyun，DU Qingyun

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10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0229

2014-05-14

蔡忠亮(1971—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娮拥貓D理論與方法、地理信息服務(wù)、GIS軟件開發(fā)方法、數(shù)字航道等。E-mail：zhongliangcai@gmail.com

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