地方高校GIS專業(yè)開發(fā)類課程教學改革與實踐

王磊，程鋼，景海濤，葛小三，殷楠

（河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作）

一 引言

近年來測繪地理信息產業(yè)作為新型業(yè)態(tài)迅猛發(fā)展，從北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)到國產高分衛(wèi)星，再到飛入尋常百姓家的位置服務（LBS），無不展示出測繪地理信息行業(yè)的勃勃生機和無限活力，成為了科技變革和產業(yè)革命的重要戰(zhàn)場。在新時代背景下，傳統(tǒng)程序設計課程教育已經不能適應新時代信息社會所需的創(chuàng)新型、復合型、應用型人才的培養(yǎng)需求[1]，GIS專業(yè)學生需要具備更強的程序設計和開發(fā)能力[2-4]，掌握運用現代編程思想、語言，對空間數據進行智能化處理與分析的技術與方法。然而，當前GIS專業(yè)畢業(yè)生尤其是地方高校GIS專業(yè)學生程序設計與開發(fā)能力與用人單位的要求還有較大差距[5]。

河南理工大學地理信息科學專業(yè)是河南省第一批一流本科專業(yè)建設點。教學改革之前存在開發(fā)類課程體系不連貫、基礎開發(fā)課程與專業(yè)知識聯系不緊密、實踐課程缺乏“兩性一度”、課程考核方式單一等問題，而學生在學習過程中畏難情緒較大、學習興趣不高、動手能力差、利用編程思想解決實際問題的能力及綜合素養(yǎng)與所學知識失配。針對上述問題，本文結合當今智能時代的發(fā)展需求及河南理工大學地理信息科學河南省一流本科專業(yè)建設點人才培養(yǎng)的實際情況，對程序設計與開發(fā)類課程體系及課程目標的設置進行了深度改革和優(yōu)化，從教學理念、課程體系、教學方法與考核方式、課程思政、以賽促學等方面對程序設計與開發(fā)類課程進行教學改革探索。

二 教學改革探索

GIS專業(yè)針對程序設計與開發(fā)類課程的教學改革工作，以現代教育教學理念為指導，面向測繪地理信息技術發(fā)展需求更新課程體系內容，改進教學方式、方法，立足課程做好立德樹人工作，具體包括以下幾個方面。

（一） 以“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”理念為指導

理念是一切工作的先導，改革工作必須理念先行。GIS專業(yè)學生培養(yǎng)以“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”理念為指導，通過制作姓名簽、協作學習、翻轉課堂等措施，以學生為教學改革的最終受益者，落實學生中心思想，增強學生的自我認同感；以學生的學習成效作為檢驗教學目標是否達成的標準，并根據目標達成情況改革教學策略與方法；落實持續(xù)改進原則，圍繞畢業(yè)要求，結合科技、行業(yè)發(fā)展前沿，持續(xù)優(yōu)化和革新課程體系，保持教學內容與時俱進，持續(xù)提高課程體系對畢業(yè)要求的支撐力度。

（二） 課程體系設置

課程體系是培養(yǎng)方案的核心部分。作為GIS專業(yè)人才培養(yǎng)的核心，程序設計與開發(fā)類課程體系亟須加快完善，以契合社會發(fā)展的新要求[6]。針對開發(fā)相關課程較多，不同課程之間關系不明顯，缺乏連貫性的問題，結合專業(yè)實際及學生學習特點，圍繞“知識-能力-素養(yǎng)”三位一體的培養(yǎng)目標，對該專業(yè)程序設計與開發(fā)類課程體系及內容進行全面改革與優(yōu)化（如圖1）。

圖1 GIS專業(yè)程序設計與開發(fā)課程

課程設置過程中，按照支架式教學安排課程及知識點之間的邏輯關系，既能顧及學生已有的知識結構，又使得學生跳起來能夠得著。針對開發(fā)能力培養(yǎng)需求和學生實際情況，該專業(yè)提出了“兩個層次、三個階段”的程序設計與開發(fā)類課程設置和教學模式。

兩個層次，是指根據課程內容和難度不同，將此類課程分為基礎類課程和高階類課程。其中，高級語言程序設計（C語言）、面向對象程序設計（C++）、Java程序設計為程序設計與開發(fā)基礎類課程，著重培養(yǎng)學生對編程的學習興趣及編程基礎，使學生掌握常用的編程語言和程序設計方法，具備編寫一定算法對空間相關數據進行初步處理與分析的能力。數據結構、GIS設計與開發(fā)、網絡與移動GIS、GIS綜合實習及各類GIS開發(fā)大賽（第二課堂）為程序設計與開發(fā)高階類課程，重點培養(yǎng)學生GIS軟件設計與開發(fā)思想，使學生掌握GIS軟件設計與開發(fā)的基本原理與方法，具備利用編程思想與方法進行GIS系統(tǒng)開發(fā)、解決大型工程問題的能力。

三個階段指學生程序設計與開發(fā)能力的培養(yǎng)過程。第一個階段注重學生知識結構的構建，主要講授程序設計與開發(fā)基本方法、程序基本結構、結構化和面向對象程序設計方式，C、C++、C#等語言的基本語法。第二個階段注重學生運用編程解決問題的能力。學生有了編程的基本知識，接下來就要培養(yǎng)學生解決問題的創(chuàng)新思維，通過數據結構設計和算法的實現，為問題解決提供基本的底層邏輯。第三個階段，通過桌面、Web、移動GIS系統(tǒng)的開發(fā)及各類GIS開發(fā)大賽的參與，加深學生對“大型GIS系統(tǒng)”的理解，訓練學生編程思想和綜合素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（三） 教學方法改革

結合一流本科課程建設“兩性一度”的要求，遵循學生認知規(guī)律，教學團隊綜合運用了多種教學方法，提升課程教學質量。

1.因材施教、分類培養(yǎng)。因家庭環(huán)境、教育水平、個人興趣等方面的差異，不同學生對開發(fā)類課程的接受能力及學習能力差異很大。針對這一問題，教學團隊設計了基于在線教育平臺的分類培養(yǎng)模式。針對開發(fā)基礎較弱、開發(fā)水平較低的學生，課前通過雨課堂、云班課等在線教育平臺推送開發(fā)基礎知識相關MOOC視頻、微課程等學習材料，課后推送測試作業(yè)，并督促其按時完成課前預習及課后作業(yè)；針對開發(fā)能力較強、學有余力的學生，向其推送高階開發(fā)教程及實際開發(fā)任務，鼓勵并指導其參加易智瑞、超圖、MapGIS等組織的全國性開發(fā)競賽，提升他們靈活運用知識、解決實際問題的能力。

2.專業(yè)案例、培養(yǎng)志趣。當前程序設計與開發(fā)類課程的教學內容，往往單純介紹語言本身的基礎語法，缺乏與專業(yè)應用聯系，學生難以自己創(chuàng)設出實際情景，容易造成學生上不著天下不著地，找不到立足點和著力點，從而失去對開發(fā)語言的學習興趣。針對該問題，教學團隊一方面將測繪、地信、遙感等相關專業(yè)知識，如水準網平差、三角高程計算、矢量及柵格數據的讀取、幾何圖形繪制、空間插值等知識引入課程，另一方面，結合河南測繪地理信息特色骨干學科建設群的學科和平臺優(yōu)勢，將學科前沿或生產一線的項目作為教學載體，建設課程案例庫，采用案例教學方式，引發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生專業(yè)志趣。

3．團隊實踐、協作創(chuàng)新。傳統(tǒng)程序設計與開發(fā)類課程大多僅讓學生按照實驗指導書“抄寫代碼”，缺乏對具體實踐問題的思考與分析，實踐內容高階性、挑戰(zhàn)性不足，無法達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新開發(fā)能力的目的。針對這一現象，教學團隊分別從實踐教學內容及教學模式上進行改革。實踐內容上，針對不同學習程度的學生設置不同難度的實踐內容，并增設自主設計與開發(fā)內容，適當增加課程內容的挑戰(zhàn)度；教學模式上，探索分組協作學習模式，采用團隊激勵方式，激發(fā)學生的團隊合作意識，提高學生的團隊合作能力。對于難度相對較大的實踐課程，先由老師課上引導，學生課下完成實驗，然后通過課上教師講解與學生分組答辯、討論等方式相結合，讓學生思想火花碰撞、形成創(chuàng)新思維。

（四） 課程考核方式

科學合理的課程考核方式是全面評價學生學習成效的重要手段，同時也是檢驗課程目標達成情況的重要依據。針對課程教學重視終結性考核、忽略過程性考核的問題，教學團隊基于移動學習平臺開展線上教學和學生自主學習，利用學習平臺自動記錄學生學習痕跡，加強學生學習過程監(jiān)控，增加形成性評價所占的比重，強化過程考核，構建覆蓋全過程的課程評價體系。具體評價方式由平時考核、過程考核和結課考核等多種方式構成，平時考核以學生出勤率、回答問題情況等為考核依據；過程考核充分利用現代信息化教學工具（雨課堂、云班課等），對學生學習過程進行記錄，包括預習情況、作業(yè)情況、實驗情況、平時測驗成績、參與討論情況等，力求全面評價學生的學習成效。

除此之外，針對GIS設計與開發(fā)、網絡與移動GIS、GIS綜合實習等專業(yè)開發(fā)課程，設計了“組建隊伍—項目選題—總體設計—詳細設計—編碼與測試—編寫報告—匯報答辯”的教學流程，增設課程大作業(yè)與答辯考核環(huán)節(jié)，不僅提升學生的編程能力，同時提高學生的寫作和表達能力。學生分組選題后，根據自己專業(yè)知識及開發(fā)基礎，針對某一應用領域，自主設計并開發(fā)一個小型GIS系統(tǒng)，通過答辯形式向同學和老師展示開發(fā)成果。該環(huán)節(jié)的實施，能夠在很大程度上提高學生利用編程思想和技術分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學生的團隊合作意識。

（五） 以賽促學

競賽是培養(yǎng)學生興趣、激發(fā)學生斗志的重要途徑[7]。學科競賽能夠在課堂理論教學的基礎上，提高學生實踐動手能力及分析問題和解決問題的能力[8]。鑒于此，GIS專業(yè)積極組織學生參加全國性大賽和校級大賽，既選拔優(yōu)秀學生起到以點帶面的作用，同時擴大學生創(chuàng)新活動的參與度。對于程序設計與開發(fā)能力強的拔尖人才，教學團隊鼓勵并指導學生參加易智瑞、超圖、MapGIS等舉辦的全國性GIS 軟件開發(fā)競賽及“挑戰(zhàn)杯”“互聯網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，為學生創(chuàng)造交流機會、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和團隊精神[9]，同時大大提升專業(yè)知名度和社會認可度。為了對接全國性大賽選手選拔的需求、并惠及更多學生，河南理工大學每年都要舉辦空間信息技術軟件應用與開發(fā)大賽、測繪程序設計大賽、“互聯網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等校級賽事，全面提高學生參與率，提高實踐教學質量。

（六） 課程思政育人

學生培養(yǎng)過程中，注重課程思政，課程育人與專業(yè)教育同向同行。以課程知識為載體，挖掘課程思政元素，將唯物辯證系統(tǒng)觀貫穿于教學過程，培養(yǎng)學生的辯證思維和綜合素養(yǎng)，將普遍性聯系原理（抽象方法）、整體部分關系（對象組成）、普遍與特殊關系（類的繼承）等融入到課堂教學全過程，授之以魚，也授之以漁。教學過程中，為引領學生立足專業(yè)、服務祖國、服務社會，巧妙引入學界泰斗、楷模的故事，啟發(fā)、引導學生向前輩學習，發(fā)揚“熱愛祖國、忠誠事業(yè)、艱苦奮斗、無私奉獻”的專業(yè)精神，實現思政教育與知識體系教育的有機統(tǒng)一。

三 教學改革成效

通過程序設計與開發(fā)類課程體系、內容及教學模式的全面改革，GIS專業(yè)逐步解決了學生編程興趣不足、重知識輕能力、缺乏團隊合作能力、缺乏系統(tǒng)思維能力等問題，提升了學生自主學習、團隊合作、綜合解決問題的能力。具體包括以下內容。

（一） 學生綜合解決問題的能力有所提高

學生們綜合運用編程思想及工具解決問題的能力逐步提升，學生在全國測繪技能大賽、全國大學生GIS應用技能大賽等學科競賽的成績逐步提升，學生綜合素養(yǎng)在不斷提高。近五年，獲得全國大學生GIS應用技能大賽特等獎1項、一等獎2項，二等獎1項，獲易智瑞、超圖、MapGIS大賽等省級以上獎勵70余人次。

（二） 學生對開發(fā)課程學習興趣明顯提高

隨著課程改革的實施，GIS專業(yè)的開發(fā)課程受到學生們的廣泛認可，學生從懼怕編程、討厭編程，到逐漸喜歡上編程課，學習編程的風氣越來越濃，許多同學自學了Python、VB等編程語言，編程逐步成為學生處理數據、解決問題的常用工具。

（三） 用人單位對GIS專業(yè)畢業(yè)生的反饋良好

近年來，GIS專業(yè)學生就業(yè)率逐年提高，每屆畢業(yè)生中均有30名以上的同學到北京超圖、京東、上海數慧等知名企業(yè)從事開發(fā)工作，受到企業(yè)的一致好評；另外，多名同學在各高校組織的夏令營、研究生考試復試中表現優(yōu)異，受到導師的青睞，被保送、錄取到中國科學院大學、北京師范大學、同濟大學、南京師范大學等知名高校攻讀研究生。

四 結語

隨著大數據、云計算、人工智能時代的到來，測繪地理信息產業(yè)發(fā)生巨大變革，行業(yè)發(fā)展對GIS專業(yè)人才提出了更高的要求。針對GIS專業(yè)學生程序設計與開發(fā)能力培養(yǎng)的短板及河南理工大學GIS專業(yè)新時代技術發(fā)展需求，對GIS程序設計與開發(fā)類課程進行教學改革，多措并舉，尤其在教學理念更新、課程體系優(yōu)化、課程內容組織、教學方法改進、加強實踐教學和過程考核以及課程思政方面做了大膽探索和嘗試，從實踐效果看，大大提高了GIS專業(yè)人才培養(yǎng)質量。