“地理信息系統工程設計”課程的教學改革研究

郭慶勝，馮代鵬，杜清運

（武漢大學 資源與環境科學學院，湖北 武漢 430079）

地理信息產業作為國家重點支持的高新技術產業被寫進“十二五”規劃。地理信息系統專業的人才需求量逐步增加，未來若干年內，尤其是系統開發設計方面的人才緊缺，“地理信息系統工程設計”作為地理信息系統專業的一門核心課程，對學生學習地理信息系統工程設計和對GIS設計與開發人員素質的提高起到至關重要的作用。面對新的機遇和挑戰，建立課程的新教學理念和模式是確立當今教研命題的現實需要。

1 本課程在地理信息系統人才培養中的地位

“地理信息系統工程設計”是地理信息系統專業的核心課程，涉及軟件設計、系統設計、數據庫、數據結構、地理信息系統原理等知識［1］。知識的儲備量要求很高，如高級語言程序設計、數據庫原理、軟件工程導論、項目經營與管理、地理信息系統原理等都是其先導性課程。該課程不僅要求學生掌握一定的專業理論知識，還要掌握一定程度的計算機基礎以及軟件設計方面的知識。該課程所涉及的應用領域很廣，如GIS設計涉及到國土、林業、交通、礦產等多個部門；同時系統應用的載體也包括互聯網和局域網或者單機，例如WebGIS以及電子地圖系統等。

GIS設計與開發具有很強的實踐性［2］，純粹的理論知識學習，學生不容易牢固掌握，理解消化知識內容也比較慢。只有在實踐中去學習知識，對知識的掌握會牢固而且深刻。學生也只有通過親自實踐才能更好地體會和理解GIS設計與開發的原則，同時具備一定的GIS應用系統設計能力和程序代碼編寫水平［3］。本課程是對學生專業整體素質的培養和訓練，需要完成基于特定工程的系統設計，實驗成果是學生綜合能力的體現和大成。

2 既有教學模式的缺陷

2.1 教學模式單一

雖然教學手段已從黑板加粉筆向多媒體轉變，但其教學實質還是課堂教學應試教育，是填鴨式、灌輸式，沒有改變傳統的教師教、學生學的模式，學生沒有機會發揮自己的主動性，互動環節少，不能充分調動學生的學習興趣。教師布置的實驗作業，基本上是統一數據、統一結果，抹殺了學生的創造性。

2.2 培養目標有待提高

在教學的過程中，有意識地將學生培養成了單純的二次開發、軟件操作方向上的人才，而很少針對某一具體應用領域。大部分學生只知道軟件基本操作，或者有一定的軟件二次開發能力，但是對于某一應用目標的實現或某個專題信息提取的認知能力較低，不僅缺乏相應的專業知識，而且缺乏整體構思能力。

2.3 動手能力弱，系統思維能力欠缺

GIS技術已經滲透到社會生活的方方面面，但是GIS專業畢業生認為工作很難找，而企事業單位認為GIS專業人才不足。這主要是由于企事業單位希望GIS專業的學生具備必須的專業動手能力，上崗即可勝任工作，而學校教育往往缺乏這項功能，造成學生走出校園后無法勝任工作，如何讓單位期望和培養的學生達成一致，是教改中應解決的問題。

3 基于市場需求導向的人才培養創新研究

3.1 教學內容的改革

課程內容的設置是課程教學中舉足輕重的環節，由于“地理信息系統工程設計”課程是核心專業課程之一，先導性和鋪墊課程多，因此在教學內容方面應當遵守的原則是：避免教學內容的重復出現，遵循知識學習的循序漸進，注意利用既有知識，這樣不僅能建立牢固的知識體系而且有助學生對新知識的接受。把GIS工程建設當作一個系統工程，從設計、管理、質量評價等多個方面進行講解（見表1）。

表1 “地理信息系統工程設計”課堂教學內容安排

教材內容的時效性對于課程的學習也顯得尤為重要。GIS技術更新速度快，教材上的知識已經不能滿足學生對于新事物的需求，教材內容相對老化。而教材的改版修訂也需要較長時間，因此授課時不能囿于教材，而要有所超越，教材是固定的，知識是發展的。教師在教學中應當補充有關內容，引導學生充分利用網絡及現有各種獲取信息的渠道掌握新知識。目前，較成熟的教材主要有：《地理信息系統設計與實現》、《地理信息系統軟件工程的原理與方法》《GIS設計與實現》以及《地理信息系統工程設計與管理》等［4］。各版本教材各有特點，我校以《地理信息系統工程設計與管理》為主，兼顧其他，并注意補充和更新。

3.2 教學方式的改革

傳統的教學方法學生很難身臨其境地體會到一種方法的實現過程或者在現實中是如何去表現以及怎樣應用。雖然多媒體教學圖文并茂、動靜結合、直觀性強，可提高學生的學習興趣，提高教學效果［6］，但是多媒體教學只是老師播放幻燈片或者音像文件、演示實驗或者操作，主體仍然是老師，學生參與很少。有時甚至缺少一種反饋，學生能否跟上老師的“節奏”仍是問題。可見這種方式應該改革。花向紅等提出，在理論基礎知識教學方面以老師為主體，在實驗教學方面以學生為主體，教師以平等的姿態，以參與者的身份一起參與實踐活動［7］。這種教學方式只在實驗課環節讓學生起主導作用，老師負責引導、協助。而對于“GIS工程設計”課程而言，理論與實踐是并重的，可以在基礎知識的學習階段就讓學生起一定程度的主導作用。

3.2.1 基于任務驅動式的分組式教學

分組式教學是將學生分為若干小組，每組人數可以根據班級人數和任務大小適當調整，每個小組完成一個小任務。旨在培養學生的團隊協助精神，促進小組成員之間相互學習，充分發揮自己的強項，協同完成某一項任務。“GIS工程設計”課程所涉及的實習部分，主要是采用這種教學方法，特別是在空間數據獲取階段，即可讓每個學生熟悉地圖的數字化方法，也可以讓學生掌握空間數據集成的技巧。

3.2.2 增強學生自主性的啟發式教學

啟發式教學是以學生為主體，老師起輔導作用，給予學生方向上的指引或提供行業內的最新資訊，同時將這些最新資訊與課本內容相結合，啟發學生去思考問題以及提出問題，并解決所提出的問題。同時給學生推薦好的網站和書籍，讓學生尋求解決問題的方法，激發自主學習的能力。例如Esri中 國 社 區（http://bbs.esrichina－bj.cn/ESRI/）、MSDN（http://msdn.microsoft.com/zh－cn/）以 及Esri Developer Network（http://edn.esri.com/），這些網站可以給學生提供自學的渠道。課外書籍是課程內容的延伸，例如地理信息系統軟件基礎知識方面，可以推薦學生閱讀GIS軟件操作方面的書籍并學習軟件的詳細操作。

3.2.3 重在能力培養的應用式教學

GIS應用型人才是針對市場需求而言的。市場需要4個層次的GIS專業人員，即從GIS操作員→GIS程序員（維護工程師）→GIS網絡工程師→GIS系統分析員的4層金字塔型人才結構［10］。應用式教學可以從這幾方面來對學生進行指導定位。通過對GIS市場進行調研，與企業專家共同分析職業工作過程，確定相應崗位的典型工作任務，選取教學內容［9］。

鼓勵并組織部分學生以小組的形式參加全國性的GIS大賽或者學院舉辦的GIS大賽，在大賽中學習和實踐。目前，全國性的GIS大賽主要有北京超圖軟件股份有限公司組織的“SuperMap杯全國高校GIS大賽”和ESRI中國（北京）有限公司舉辦的“ESRI杯中國大學生GIS軟件開發大賽”及武漢中地數碼有限公司舉辦的“中地數碼杯全國高校學生MAPGIS二次開發大賽”。應用式教學還在于鼓勵學生在課程學習的同時考取一個與GIS有關的證書，熟練掌握主流的GIS軟件，學會編程之后運用組件式的GIS開發平臺去進行二次開發。學校積極聯絡安排學生參與生產實踐，與校外企業聯合組織教學實踐，邀請企業的技術開發人員現場給學生講課或者答疑。每年暑假期間盡量安排學生到相關單位實習，結合畢業論文指導學生積極參與教師科研項目，培養學生的興趣，激發學生的競爭意識，提高學生綜合素質和創新能力。

3.2.4 注重理論和實踐結合的案例教學

傳統情況下，教學遵循課本，實驗圍繞課堂。教學注重知識的傳授，實驗大多是課堂理論的驗證，或既有軟件的熟悉，缺乏創新和拓展。宋瑋等人提出了在教學中創造條件引入實際案例，將復雜抽象的概念用具體生動的案例進行詮釋，能夠提高學生的學習興趣，充分發揮學生的主觀能動性，事實證明事半功倍［4］，可見案例應用是關鍵。應用案例教學就必須選擇好的案例。精選出的案例應當是典型的、有代表性的，最能揭示所學理論的案例，這樣才能取得良好的教學效果［8］。“地理信息系統工程設計”課程是以GIS工程項目的設計、建設和管理為中心，理論與實踐的結合程度高，只有通過典型的GIS工程案例教學才能讓學生更好地掌握GIS工程的核心內容。

3.2.5 充分利用網絡的延伸式教學

信息技術的飛速發展為現代教育教學提供了廣闊的空間，通過校園教學資源共享平臺，將電子教案、參考資料、教學大綱、網絡課件等教學材料提供到該平臺，讓老師和學生分享。另外，可以設置一部分網絡在線教學課程，通過遠程網絡視頻進行教學，一方面豐富課堂教學的途徑，有效利用網絡資源，開闊學生的視野；另一方面可以讓學生對某一難點或感興趣的地方進行反復視頻聽講，增加學習的有效性。再次，可以根據教學和科研的需要，構建網絡演示和測試系統，給學生提供模擬考試和疑難解答平臺，有效利用課余時間加強學習和師生間的學術交流。網絡在線教學的另一個優點是能夠及時更新目前的GIS新理論和技術，補充教材更新慢的缺點。網絡化教學模式不僅有效集中了資源，更突破了傳統教學在空間和時間上的局限性，是今后教育教學的趨勢。

4 結束語

“地理信息系統工程設計”是地理信息系統專業的核心課程之一。這門課程知識面要求廣，實踐性強，要在教學方法上不斷探索，不僅要注重理論學習，更要加強實踐鍛煉，還要選擇好的教材來促進理論教學，選擇好的案例來加強實踐鍛煉，并運用適當的教學方法來培養學生，才能有針對性地培養出具有一定特色的GIS人才。

［1］郭慶勝，王曉延.地理信息系統工程設計與管理［M］.武漢：武漢大學出版社，2003.

［2］余旭，馬莉，張興福.測繪工程專業“GIS軟件設計”課程教學探討［J］.測繪工程，2010，19（4）：77－80.

［3］張恒，劉群.GIS設計與開發課程實驗教學設計［J］.實驗科學與技術，2009（4）：45－47.

［4］宋瑋，楊曉明.GIS設計與開發教學方法探討［J］.測繪與空間地理信息，2011，33（1）：1－2，7.

［5］喬伊斯.教學模式［M］.荊建華，宋富鋼，花清亮，譯.北京：中國輕工業出版社，2002.

［6］田雨，韓作振，盧秀山.地理信息系統（GIS）課程多媒體教學改革實踐探索［J］.中國地質教育，2002，44（4）：50－53.

［7］花向紅，鄒進貴，向東.多元化實踐教學模式的理論研究與實踐探索［J］.實驗室研究與探索，2008，27（7）：114－116.

［8］呂翠華，張東明，趙文亮，等.基于工作過程的地理信息系統技術應用課程教學設計與實踐［J］.昆明冶金高等專科學校學報，2009，25（5）：91－95.

［9］劉丹丹，王延亮.地理信息系統專業實踐教學內容改革的研究［J］.測繪工程，2008，17（4）：74－76.