GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革初探

黎 華，張曉盼，龔 珍

(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革初探

黎 華，張曉盼，龔 珍

(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

Java語言的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)促使其在GIS專業(yè)教學(xué)中起到越來越重要的作用。本文分析了GIS專業(yè)教學(xué)中Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)存在的問題，結(jié)合武漢理工大學(xué)GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)課程的改革實(shí)踐，提出了總體的改革思路，并從教學(xué)、實(shí)踐、考核等幾個(gè)方面提出了具體的改革要求和內(nèi)容。該門課程的教學(xué)改革能推動(dòng)GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決GIS專業(yè)問題的能力。同時(shí)，該教學(xué)改革模式對(duì)兄弟院校的GIS專業(yè)程序設(shè)計(jì)語言方面的教學(xué)實(shí)踐能起到相應(yīng)的借鑒作用。

GIS專業(yè)；Java程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

隨著社會(huì)上對(duì)于空間信息處理、應(yīng)用、開發(fā)的人才需求越來越旺盛，開設(shè)地理信息系統(tǒng)(GIS)專業(yè)的高校和科研機(jī)構(gòu)也越來越多，GIS教育已成為當(dāng)前及今后地理信息系統(tǒng)人才培養(yǎng)的根本和地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力[1]。地理信息系統(tǒng)是一種交叉性的學(xué)科，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是GIS專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)[2]。從本質(zhì)上說，地理信息系統(tǒng)本身就是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，軟硬件系統(tǒng)在GIS中也是必不可少的。在地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中，現(xiàn)在通用的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)有時(shí)不能完全滿足需求，在這種情況下，必須基于地理信息系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以完善和提升地理信息系統(tǒng)在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用寬度和廣度。因此，在地理信息系統(tǒng)專業(yè)的教學(xué)過程中，程序設(shè)計(jì)語言的教學(xué)安排是必不可少的[3]。

現(xiàn)今的程序設(shè)計(jì)語言也是多種多樣，如C、Pascal、C++、Visual Basic、C#、Java等。每種程序設(shè)計(jì)語言都有它自身的優(yōu)勢(shì)和適用的領(lǐng)域范圍。但是進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代后，Java語言與網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合使得它異軍突起，尤其是云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，使其更具備了顯著的優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。Java程序設(shè)計(jì)課程是很多高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的骨干課程之一，而且在教育部計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的白皮書中，Java程序設(shè)計(jì)被列為核心課程[4]，由此可見Java課程在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的重要作用。它對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力的提高和就業(yè)能力的提升都具有重要的推動(dòng)作用。而且，現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)的前沿方向是云GIS和移動(dòng)GIS，而這些正是Java語言的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。Java語言的跨平臺(tái)、動(dòng)態(tài)Web、Internet計(jì)算等特性使得它能夠在WebGIS的開發(fā)和應(yīng)用方面大放異彩。

本文擬分析地理信息系統(tǒng)專業(yè)中Java程序設(shè)計(jì)課程的現(xiàn)狀及存在的問題，并基于存在的問題提出Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革思路和方向，最后探討課程教學(xué)改革的具體內(nèi)容。

1 教學(xué)的現(xiàn)狀及問題

由于Java語言在地理信息系統(tǒng)專業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，現(xiàn)在很多高校的地理信息系統(tǒng)專業(yè)都開設(shè)了Java程序設(shè)計(jì)或與Java相關(guān)的課程，但或多或少存在相應(yīng)的問題。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[5-8]和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該門課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 跟風(fēng)開設(shè)。很多地理信息系統(tǒng)專業(yè)在進(jìn)行本專業(yè)的培養(yǎng)方案制定的時(shí)候，經(jīng)過考察兄弟院校、科研院所同樣專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)，發(fā)現(xiàn)開設(shè)了Java程序設(shè)計(jì)這門課程，再加上Java語言又稱之為“基于網(wǎng)絡(luò)的語言”，以及Java語言的跨平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，覺得也應(yīng)該開設(shè)Java程序設(shè)計(jì)的課程。有些可能沒有細(xì)細(xì)體會(huì)地理信息系統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，因此導(dǎo)致開設(shè)的Java程序設(shè)計(jì)課程與整體培養(yǎng)方案的融合度不高，Java課程與其他課程的關(guān)聯(lián)性認(rèn)識(shí)不到位。這樣在制定課程教學(xué)大綱時(shí)，教學(xué)內(nèi)容的安排就會(huì)過于盲目，以至于雖然開設(shè)了Java課程，但是實(shí)際效果可能并不理想，導(dǎo)致Java課程顯得很孤單，與GIS專業(yè)的其他教學(xué)課程起不到應(yīng)有的承上啟下作用。

(2) 師資力量匱乏。Java語言是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要任課教師有較強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)要求教師能將Java語言和地理信息系統(tǒng)的概念融會(huì)貫通，能基于Java語言解決地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)問題。因此，對(duì)任課教師的要求是相對(duì)較高的。計(jì)算機(jī)學(xué)院的教師對(duì)Java語言可能很熟悉，但是缺乏將其應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的實(shí)踐鍛煉。而地理信息系統(tǒng)的教師雖然深刻理解地理信息系統(tǒng)的內(nèi)涵和應(yīng)用開發(fā)模式，但是以前應(yīng)用更多的是微軟的程序開發(fā)語言，如C++、C#等，真正轉(zhuǎn)變到Java語言方面還有一段路要走，還需要更多的實(shí)踐鍛煉來指導(dǎo)Java在GIS專業(yè)的教學(xué)。

(3) Java授課內(nèi)容太多，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)時(shí)間的矛盾。Java語言是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，同時(shí)又是一種“面向網(wǎng)絡(luò)”的語言，因此它的知識(shí)點(diǎn)非常多，涉及面也非常廣泛。在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，如此多的Java內(nèi)容，如何取舍就是需要解決的問題?；A(chǔ)語法知識(shí)內(nèi)容多了，結(jié)合GIS的Java語言內(nèi)容勢(shì)必就少了。與GIS相關(guān)的Java內(nèi)容擴(kuò)展多了，基本語法知識(shí)就鞏固不了，這些內(nèi)容就成了無源之水。因此，必須根據(jù)整個(gè)培養(yǎng)方案來合理安排好Java的具體教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)學(xué)時(shí)。

(4) 教師講解和學(xué)生理解的差距。很多學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)剛開始是畏懼的，帶著這種心理上Java語言的課程，對(duì)學(xué)生課程的理解和知識(shí)點(diǎn)的掌握是有影響的。教師若單純從自身角度去講解課程，不注重從學(xué)生角度來看待問題，學(xué)生則很難真正理解和掌握這些知識(shí)點(diǎn)。因此，如何達(dá)到教師講解和學(xué)生理解的平衡，也是Java語言在GIS專業(yè)教學(xué)中所要解決的問題。

2 教學(xué)改革的思路和方法

2.1 改革思路

正因?yàn)镚IS專業(yè)中Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，所以有必要對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革。以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，以服務(wù)社會(huì)和實(shí)現(xiàn)就業(yè)為目標(biāo)，制定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容；以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力為出發(fā)點(diǎn)，改革實(shí)踐方法和制定相應(yīng)的實(shí)踐內(nèi)容；以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)為推手，制定綜合的課程考核方法；為社會(huì)輸送一流的專業(yè)人才。

2.2 改革方法

2.2.1 課程教學(xué)內(nèi)容的改革

在具體進(jìn)行改革之前，要分析是否需要在GIS專業(yè)開設(shè)Java程序設(shè)計(jì)課程。經(jīng)過調(diào)查分析，現(xiàn)在的市場(chǎng)需求對(duì)GIS專業(yè)的畢業(yè)生是有Java技能要求的。武漢理工大學(xué)GIS專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中明確要求“精通設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試地理信息系統(tǒng)的工具和軟硬件技術(shù)，能夠解決資源開發(fā)與災(zāi)害治理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)與管理等領(lǐng)域的實(shí)際問題”，Java語言基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)，使得它在WebGIS開發(fā)方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，可以滿足或協(xié)助完成GIS專業(yè)的此培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

武漢理工大學(xué)GIS專業(yè)的教學(xué)過程中已經(jīng)開設(shè)了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(C語言)、GIS程序設(shè)計(jì)語言(C#)課程，這些課程對(duì)Java語言的學(xué)習(xí)非常有幫助，而且對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容的組織和安排有借鑒作用，能推動(dòng)Java程序設(shè)計(jì)更深層次內(nèi)容的學(xué)習(xí)。圖1是該校GIS專業(yè)的教學(xué)進(jìn)度圖(部分)，從圖中可以看出，Java程序設(shè)計(jì)的教學(xué)安排是以GIS程序設(shè)計(jì)語言(C#)課程為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)而推廣到具體的工程實(shí)踐(礦山GIS、資源環(huán)境信息系統(tǒng))中去的，形成了一個(gè)較完整的課程體系。通過這種體系架構(gòu)的教學(xué)，學(xué)生能掌握程序設(shè)計(jì)的思想和方法，能基于軟件工程的實(shí)踐去解決GIS專業(yè)的具體行業(yè)領(lǐng)域問題；而且對(duì)Java語言的深入學(xué)習(xí)，更能拓寬GIS專業(yè)的應(yīng)用廣度，將GIS的應(yīng)用推廣到云GIS和移動(dòng)GIS的應(yīng)用角度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為學(xué)生今后的工作和繼續(xù)深造提供更加明確的方向。

圖1 GIS專業(yè)的教學(xué)進(jìn)度(部分)

Java程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容多而龐雜，因此，在制定具體教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候，需要有所側(cè)重點(diǎn)。表1是該校GIS專業(yè)的具體教學(xué)內(nèi)容的安排。在基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)中，考慮到GIS專業(yè)前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(C語言)和GIS程序設(shè)計(jì)語言(C#)課程，因此基本語法、面向?qū)ο筮@些基本的內(nèi)容可以簡(jiǎn)單回顧甚至不講，只是需要讓學(xué)生明白Java程序設(shè)計(jì)語法方面與前述課程所不同的地方即可。應(yīng)重點(diǎn)講述Java的工作原理、環(huán)境搭建和集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的使用，讓學(xué)生能基于IDE進(jìn)行Java程序的開發(fā)，并基于具體的開發(fā)過程理解Java的工作原理。在高級(jí)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)中，所有內(nèi)容就很重要了，尤其是涉及與WebGIS相關(guān)的內(nèi)容(如Java Applet、數(shù)據(jù)庫(kù)編程、Servlet等)，因?yàn)檫@些內(nèi)容是Java程序在構(gòu)建WebGIS的核心技術(shù)，學(xué)生必須掌握這些知識(shí)點(diǎn)，才能利用Java程序設(shè)計(jì)進(jìn)行WebGIS系統(tǒng)的開發(fā)。

表1 GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)然，在具體教學(xué)過程中，可以將一個(gè)案例貫穿于整個(gè)課程教學(xué)中。采用一個(gè)小型的地圖系統(tǒng)來構(gòu)建該案例，該地圖系統(tǒng)中有河流、道路、建筑、興趣點(diǎn)。教師在講解過程中，需盡量考慮學(xué)生的理解程度，以學(xué)生熟悉的GIS專業(yè)中的概念和例子(河流、道路、建筑、興趣點(diǎn)等)來講解知識(shí)點(diǎn)，而且將這些概念和例子貫穿于教學(xué)始終，使學(xué)生更容易理解和接受。實(shí)踐證明[9]，采用統(tǒng)一案例教學(xué)方法，能激發(fā)學(xué)生對(duì)問題的整體解決方案的探索，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)問題的綜合運(yùn)用。

2.2.2 實(shí)踐教學(xué)的改革

理論與實(shí)踐的結(jié)合永遠(yuǎn)是課程教學(xué)的主旋律，尤其是程序設(shè)計(jì)語言，學(xué)生若僅僅是聽課、看代碼，而不去動(dòng)手寫代碼，永遠(yuǎn)都不可能真正掌握程序設(shè)計(jì)語言。Java語言更是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[10]，在GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，也必然要大量地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的歷練，學(xué)生要多讀、多改、多寫代碼，在實(shí)踐中成長(zhǎng)。

實(shí)踐總體分為驗(yàn)證性實(shí)踐和綜合性實(shí)踐。驗(yàn)證性實(shí)踐結(jié)合教學(xué)內(nèi)容中的地圖系統(tǒng)來設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容，如基于IDE集成開發(fā)環(huán)境的Console的小地圖系統(tǒng)的信息顯示、基于AWT圖形工具包的地圖系統(tǒng)的繪制、基于Servlet的地圖系統(tǒng)的網(wǎng)上發(fā)布、基于Applet的地圖系統(tǒng)的插件等。綜合性實(shí)踐以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目實(shí)踐的形式，采用分組的方式完成指定的項(xiàng)目實(shí)踐。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐形式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，強(qiáng)化學(xué)生利用Java語言解決實(shí)際工程的能力，真正體會(huì)如何將Java程序設(shè)計(jì)應(yīng)用到具體實(shí)踐中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。當(dāng)然，在以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐活動(dòng)中，教師要進(jìn)行實(shí)時(shí)的指導(dǎo)、合理的分工和嚴(yán)格的質(zhì)量管控，保證每個(gè)學(xué)生都能在項(xiàng)目實(shí)踐中提升自身的編程能力和解決問題的能力。

實(shí)踐教學(xué)對(duì)教師的要求比較高，教師必須要掌握J(rèn)ava語言的具體實(shí)踐，同時(shí)也要具備將Java程序設(shè)計(jì)應(yīng)用到GIS專業(yè)問題的實(shí)踐能力。筆者所在院校選派GIS專業(yè)教師到校外參加Java培訓(xùn)并實(shí)踐，培養(yǎng)能勝任在GIS專業(yè)進(jìn)行Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)的老師，保證其能適應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)的培養(yǎng)。

2.2.3 考核方式的改革

如何正確、公平、客觀地評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，也是每門課程必然要經(jīng)歷的階段。傳統(tǒng)的課程考核方式是筆試成績(jī)加上平時(shí)考核與實(shí)踐成績(jī)的綜合，這種考核方式有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)踐性很強(qiáng)的課程考核中，并不一定能真正考查出學(xué)生利用Java程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題的能力。具體來說，考核應(yīng)包括4個(gè)方面的內(nèi)容：一是平時(shí)的作業(yè)和考勤，主要考查學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)情況；二是平時(shí)的實(shí)踐，包括驗(yàn)證性實(shí)踐的成績(jī)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐中的成績(jī)，主要考查學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力；三是期末的筆試，主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度；四是上機(jī)考試，主要考查學(xué)生實(shí)踐編程能力和獨(dú)立自主解決問題的能力。這種全方位、立體式的考查方式，能綜合全面地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的把握程度和實(shí)踐動(dòng)手能力，能保證學(xué)生在課程的每個(gè)環(huán)節(jié)都必須認(rèn)真對(duì)待，才能考出比較好的成績(jī)，才能學(xué)有所成。

3 結(jié) 語

經(jīng)過考察和調(diào)研，本文分析了GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題，主要包括跟風(fēng)開設(shè)、師資力量匱乏、Java授課教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時(shí)間的矛盾、教師講解和學(xué)生理解的差距等問題；結(jié)合武漢理工大學(xué)GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)課程的改革實(shí)踐，提出了相應(yīng)的改革思路，并基于這些問題提出了具體改革措施，主要從教學(xué)、實(shí)踐、考核等幾個(gè)方面進(jìn)行了具體的論述。實(shí)踐表明，該門課程的改革對(duì)學(xué)生掌握J(rèn)ava程序設(shè)計(jì)起到了積極的作用，提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)GIS專業(yè)的整個(gè)體系架構(gòu)起到了相應(yīng)的支撐作用；同時(shí)，希望該教學(xué)改革模式對(duì)兄弟院校的GIS專業(yè)的程序設(shè)計(jì)語言方面的教學(xué)實(shí)踐能起到一定的借鑒作用。

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Teaching Reform of Java Programming in GIS Major

LI Hua，ZHANG Xiaopan，GONG Zhen

(Wuhan University of Technology,Wuhan 430070，China)

Java language plays an important role in GIS education due to its unique advantages. The problems of Java Programming in GIS teaching are analyzed, combined with Java programming reform practice in GIS major of Wuhan University of Technology. The overall reform idea is proposed, and the specific reform requirements and contents about teaching, practice, assessment are presented. The course teaching reform can promote the Java programming learning of GIS major, and improve students’ ability about practice and solving the problems of GIS major. Meanwhile, other colleges can learn from this teaching reform model and promote their programming teaching of GIS major.

GIS major; Java programming; teaching reform; teaching practice

黎華，張曉盼，龔珍.GIS專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革初探[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(4)：145-148.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0140.

2016-05-03

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(41301588)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41571514)；武漢理工大學(xué)教研項(xiàng)目(W2015105)

黎 華(1978—)，男，副教授，主要從事地理信息系統(tǒng)的教學(xué)與科研工作。E-mail：leon@whut.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)04-0145-04