地理信息程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)課程組教學(xué)改革實(shí)踐

馮永玖　高峰　李陽(yáng)東　楊曉明

【摘 要】海洋技術(shù)是開(kāi)發(fā)與利用海洋資源和能源、拓展人類生存空間的技術(shù)。地理信息系統(tǒng)理論與開(kāi)發(fā)課程是上海海洋大學(xué)的海洋技術(shù)專業(yè)教育中的核心部分，培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)地表和海洋的空間認(rèn)知、地理數(shù)據(jù)處理、空間分析與專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的能力。本文著重探討了5門GIS課程組的內(nèi)容、教材建設(shè)和教育教學(xué)改革實(shí)踐方案。通過(guò)教學(xué)改革是學(xué)生得到綜合性、全方位的鍛煉，實(shí)現(xiàn)學(xué)生GIS編程的提高和升華。

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng)；程序設(shè)計(jì)；課程組；教學(xué)改革；創(chuàng)新實(shí)踐

0 引言

海洋技術(shù)是開(kāi)發(fā)與利用海洋資源和能源、拓展人類生存空間的技術(shù)。海洋開(kāi)發(fā)大范圍的、精確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)支撐，要獲得這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行海底勘探、取樣、分析和水下施工等。完成這些任務(wù)需要一系列海洋技術(shù)的支撐，包括深海勘察、探測(cè)、深潛、化學(xué)、生物、遙感、聲學(xué)、測(cè)繪等技術(shù)。因此，我國(guó)高等學(xué)校中海洋技術(shù)專業(yè)涵蓋的范圍較廣，主要培養(yǎng)具備海洋科學(xué)的基本知識(shí)及海洋高新技術(shù)開(kāi)發(fā)研究的能力，能從事海洋高科技、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋工程及相關(guān)學(xué)科專業(yè)工作的高級(jí)專門人才，但是不同的高效高校有其不同的側(cè)重點(diǎn)。

上海海洋大學(xué)海洋技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)具備海洋科學(xué)基本理論知識(shí)，掌握海洋遙感地理信息、海洋測(cè)繪、水聲學(xué)探測(cè)等基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，能在海洋信息、遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS），或海洋測(cè)繪、海洋工程勘測(cè)領(lǐng)域，具備從事海洋勘測(cè)、工程測(cè)量、海洋信息技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用及相關(guān)科學(xué)研究與管理基本能力的高素質(zhì)復(fù)合人才。

1 GIS開(kāi)發(fā)課程組成

上海海洋大學(xué)海洋技術(shù)專業(yè)側(cè)重，地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感、測(cè)繪和聲學(xué)。GIS課程組涉及地理信息系統(tǒng)理論、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的課程，是我校海洋技術(shù)專業(yè)教育中最核心的部分之一，培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)地表和海洋的空間認(rèn)知、地理數(shù)據(jù)處理、空間分析與專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的能力。

本課程組包括《地理信息系統(tǒng)》、《可視化程序設(shè)計(jì)》、《GIS開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》、《WebGIS原理與開(kāi)發(fā)》和《GIS綜合應(yīng)用實(shí)習(xí)》5門理論與實(shí)踐課程（表1），其中《地理信息系統(tǒng)》是GIS開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)理論課程，《可視化程序設(shè)計(jì)》是程序開(kāi)發(fā)的中階編程課程，其余課程為GIS開(kāi)發(fā)的實(shí)踐與綜合應(yīng)用課程。所有課程均得到上海市教育高地重點(diǎn)課程建設(shè)立項(xiàng)資助，2015年《GIS開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》獲上海市教委重點(diǎn)建設(shè)課程資助。

1.1 地理信息系統(tǒng)

“地理信息系統(tǒng)”是為海洋技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容主要包括地理信息系統(tǒng)的基本概念和原理、地理空間數(shù)據(jù)概念、空間地理數(shù)據(jù)獲取及空間參考、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立、空間分析、數(shù)字地形模型與地形分析、空間插值、空間建模與空間決策支持，以及空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和可視化等。講授過(guò)程注重理論與實(shí)踐結(jié)合，使學(xué)生深刻理解并牢固掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念與技能，并為其后續(xù)學(xué)習(xí)和研究指引正確方向、打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 可視化程序設(shè)計(jì)

“可視化程序設(shè)計(jì)”課程是為洋技術(shù)類的專業(yè)教育必修課程，是本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。該課程主要講授三部分內(nèi)容：（1）介紹基于C#語(yǔ)言的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)模式，（2）介紹Windows 系統(tǒng)下可視化程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，（3）介紹基于VS.NET的可視化程序設(shè)計(jì)的一般方法。本課程的主要目的，在于使學(xué)生掌握Windows操作系統(tǒng)下可視化程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生可視化程序設(shè)計(jì)的能力，為后續(xù)課程以及從事海洋技術(shù)相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

1.3 GIS開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

“GIS開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”是為海洋技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)核心課程。在海洋技術(shù)專業(yè)本科生的學(xué)習(xí)中，該課程起著激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生初步養(yǎng)成運(yùn)用現(xiàn)有商業(yè)GIS工具及利用組件式GIS工具，開(kāi)發(fā)滿足特定要求、具有一定功能的軟件來(lái)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的相關(guān)技能。通過(guò)本課程的教與學(xué)，使學(xué)生掌握GIS的一般功能和應(yīng)用領(lǐng)域、基本具備利用現(xiàn)有商業(yè)GIS工具來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，掌握自定義GIS軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程、熟悉主流開(kāi)發(fā)環(huán)境、掌握用戶定制GIS的基本編程技能技巧，增強(qiáng)該專業(yè)學(xué)生應(yīng)用GIS來(lái)解決海洋領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)拓寬該專業(yè)學(xué)生今后從事海洋工作的領(lǐng)域。

1.4 WebGIS原理與應(yīng)用

“WebGIS原理與應(yīng)用”是為海洋技術(shù)的專業(yè)方向選修課，在海洋技術(shù)專業(yè)本科生的學(xué)習(xí)中，起著激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生初步養(yǎng)成運(yùn)用WebGIS技術(shù)和方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力的作用。通過(guò)WebGIS課程的教學(xué)，使學(xué)生正確掌握WebGIS的基本原理、方法及WebGIS的關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，并能綜合運(yùn)用于對(duì)海洋管理、開(kāi)發(fā)等實(shí)際問(wèn)題的分析，初步具有解決一般WebGIS應(yīng)用的分析和構(gòu)建能力。

1.5 GIS綜合應(yīng)用實(shí)習(xí)

“GIS綜合應(yīng)用實(shí)習(xí)”以課堂所講授的地理信息系統(tǒng)的原理、方法為指導(dǎo)，結(jié)合GIS通用平臺(tái)（ArcGIS Desktop）的具體操作和應(yīng)用，加深對(duì)GIS 原理、方法的理解，更全面了解GIS在各領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)兩周的應(yīng)用實(shí)習(xí)能夠利用ArcGIS Desktop完成一定任務(wù)。使同學(xué)進(jìn)一步了解地理信息系統(tǒng)工具功能和作用，初步具有應(yīng)用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)解決實(shí)際工作的能力。為同學(xué)今后從事海洋科學(xué)和技術(shù)有關(guān)領(lǐng)域的工作、研究、深造打下良好的基礎(chǔ)。

2 教材和教學(xué)資料建設(shè)

2.1 教材選用

本課程組采用的教材為高等教育 “十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材、美國(guó)“Introduction to Geographic Information Systems”（科學(xué)出版社出版）、以及院校985的相關(guān)教材，這些教材在其他院校地理信息系統(tǒng)專業(yè)中使用較廣，使得我們與國(guó)內(nèi)更高級(jí)別的院校和國(guó)際相關(guān)院校接軌，有效地適應(yīng)海洋技術(shù)專業(yè)的國(guó)際化需求。

2.2 自編講義和資料

本課程組涉及的課程均為實(shí)踐性較強(qiáng)、需要進(jìn)行上機(jī)操作的課程，同時(shí)目前有關(guān)GIS操作的書籍對(duì)于海洋知識(shí)的兼顧顯得不夠，因此我們自編了部分講義，包括可視化編程、GIS單機(jī)開(kāi)發(fā)和WebGIS網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的教師教學(xué)程序，以及相關(guān)的資料，均交由學(xué)校印刷供學(xué)生參考使用。

3 教育教學(xué)教改與研究

在2013年之前，我校GIS開(kāi)發(fā)類課程使用不同的程序語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)。例如，《可視化程序設(shè)計(jì)》使用Visual C++語(yǔ)言和平臺(tái)，這是微軟在全球范圍應(yīng)用非常廣的平臺(tái)。學(xué)生在大一期間雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)《C++程序設(shè)計(jì)》，但是主要以講授語(yǔ)法為主，不涉及可視化程序設(shè)計(jì)，缺乏GIS開(kāi)發(fā)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

此外，早期GIS單機(jī)開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言是Visual Basic（VB）語(yǔ)言，所以后續(xù)GIS單機(jī)程序設(shè)計(jì)均采用VB.NET。這造成了前期基礎(chǔ)課程使用的程序語(yǔ)言與后續(xù)GIS開(kāi)發(fā)課程并不一致，學(xué)生在語(yǔ)言轉(zhuǎn)換上需要花費(fèi)很多課時(shí)，并且最終的掌握程度并不理想。近4年，基于ArcGIS的單機(jī)開(kāi)發(fā)在首選語(yǔ)言已經(jīng)定為C#，原VB.NET則成為第二建議語(yǔ)言。因此，為了夯實(shí)海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生的語(yǔ)言基礎(chǔ)，并且為今后更高難度的GIS開(kāi)發(fā)課程打下基礎(chǔ)，有必要對(duì)課程組進(jìn)行教學(xué)改革，統(tǒng)一教學(xué)所采用的程序語(yǔ)言、建立多元化的教學(xué)模式、統(tǒng)一考核的方式和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)課程之間的承繼和無(wú)縫銜接，最終培養(yǎng)學(xué)生在GIS開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)處理方面的扎實(shí)能力。

本項(xiàng)目主要將貫穿于海洋技術(shù)專業(yè)2-4年級(jí)的GIS開(kāi)發(fā)類課程組，進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，增強(qiáng)其連貫性，實(shí)現(xiàn)該類課程組之（下轉(zhuǎn)第19頁(yè)）（上接第40頁(yè)）間的承繼與遞進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生對(duì)GIS開(kāi)發(fā)的掌握能力，實(shí)現(xiàn)相關(guān)學(xué)生GIS開(kāi)發(fā)能力的突破。實(shí)施的措施包括：（a）通過(guò)課程組內(nèi)的教學(xué)研討實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)協(xié)調(diào)及整體性；（b）對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行統(tǒng)一，獨(dú)立主機(jī)程序?yàn)镃#、基于網(wǎng)絡(luò)的GIS程序?yàn)镴avaScript；（c）對(duì)學(xué)生對(duì)GIS開(kāi)發(fā)的掌握程度進(jìn)行適時(shí)調(diào)研，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的教學(xué)；（d）統(tǒng)一課程的考核方式，包括程序設(shè)計(jì)部分和報(bào)告部分；（e）通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），實(shí)現(xiàn)大學(xué)生GIS開(kāi)發(fā)能力的升華培養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)課程組的總體設(shè)計(jì)、教師研討，實(shí)現(xiàn)各階段GIS開(kāi)發(fā)類課程的承繼性和整體性；通過(guò)建立一支從年富力強(qiáng)到經(jīng)驗(yàn)豐富的教師團(tuán)隊(duì)，保證課程組教學(xué)、實(shí)踐與應(yīng)用的順利開(kāi)展。

通過(guò)課程組內(nèi)的教學(xué)研討，建立了GIS開(kāi)發(fā)類課程之間的有機(jī)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)協(xié)調(diào)；統(tǒng)一了單機(jī)類GIS開(kāi)發(fā)課程的基礎(chǔ)語(yǔ)言（C#語(yǔ)言），實(shí)現(xiàn)各階段課程的承繼性和整體性。針對(duì)學(xué)生對(duì)GIS開(kāi)發(fā)的掌握程度，進(jìn)行適時(shí)調(diào)研和分析，從而調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的教學(xué)；統(tǒng)一課程的考核方式，包括程序設(shè)計(jì)和報(bào)告。學(xué)生有效地掌握了從基礎(chǔ)到高階的GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)，在后續(xù)綜合實(shí)習(xí)、大學(xué)生創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)一步開(kāi)展綜合性、全方位的鍛煉，實(shí)現(xiàn)學(xué)生GIS編程的提高和升華。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]