地理信息系統專業實驗課程的優化設計

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運

(武漢大學資源與環境科學學院，湖北 武漢 430079)

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地理信息系統專業實驗課程的優化設計

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運

(武漢大學資源與環境科學學院，湖北 武漢 430079)

分析了目前地理信息系統(GIS)專業實驗課程的特點及存在問題，并在充分考慮實驗課程的關系、內容銜接及課程發展等問題的基礎上，根據GIS人才培養需求及專業發展特點，對本專業實驗課程體系進行了優化設計，并對相應實驗課程內容進行了調整。以武漢大學GIS專業的實驗課程為例，研究了實驗課程的優化設計方案。該研究成果被應用到2013 GIS專業培養方案設計工作中。

地理信息系統；實驗課程；優化設計；體系化

一、引 言

地理信息系統(GIS) 是一門技術性、實踐性很強的學科專業，實踐教學在該課程的教學中起著重要的作用[1]。GIS具有理工結合的特點，注重以數學培養學生的思維，以計算機科學與技術培養學生的實踐技能，以地理學培養專業理論基礎，以GIS培養學生的專業知識及技能。學習GIS需要學生掌握從空間數據獲取、加工、處理、存儲、更新到開發和應用全過程的知識和技能[2]，必須加強學習高等數學和物理基礎課程，保證對計算機專業、測繪遙感專業和地理專業的基礎知識學習。

GIS課程教學具有多學科集成、滲透性強、理論性與應用性并重、發展速度快、內容更新快等特點[3]。它與計算機技術緊密結合，在課程安排上強調教學的實踐環節，以及課程開設的順序與銜接問題，且需加強計算機教學[4]。

現有的GIS專業實驗課程數目和內容都比較多，某些實驗課程之間存在內容陳舊、內容設計重疊、內容銜接不上、技術方法陳舊且不一致等問題，尤其是新技術對現有實驗課程內容采用的技術方法提出了新的更高要求。因此，本文通過研究GIS專業的理工并舉的專業特點及專業人才培養模式，對GIS專業實驗課程內容的體系化設計進行探索，初步形成完整統一的新技術方法支持下的實驗課程內容體系架構，并設計各實驗課程內容及技術方法，為GIS專業系列實驗課程內容建設提供思路。

二、GIS實驗課程特點及現存問題分析

1.GIS實驗課程內容及特點

目前武漢大學本科生實驗課程主要有GIS原理與應用、面向對象程序設計、GIS圖形算法基礎、GIS軟件開發技術、GIS工程設計、數字地圖制圖原理、GIS課程設計等。它們分別從程序設計、算法、軟件工程、工程管理、制圖學等方面為GIS的學習提供思路和方法。實驗課程的內容及時間安排見表1。

目前實驗課程的體系及內容設置是按照現行GIS專業本科人才培養方案進行設計的，基本滿足了學生理論知識的實踐、專業思維的培養、關鍵技術的掌握等要求。

2.現存問題及分析

上述實驗課程都有各自不同的側重點，都是GIS學習的重要內容，涵蓋了數學、計算機、制圖學等領域，對GIS的學習和實驗操作都有很好的指導意義。但這些實驗課程存在內容部分重疊、課程銜接不夠緊密等問題，具體包括以下內容：

1) 實驗課程安排缺乏系統性。實驗過程中出現一門課程的實習結果可滿足多門課程的實習要求，學生對GIS知識的整體性和體系化了解并沒有達到預期的學習效果。在實驗課程中，沒有強化各思想方法在GIS中的應用，與GIS聯系不緊密，實驗課程的作用未充分發揮。

2) 部分實驗課程的實習要求沒有納入新技術的學習。GIS與計算機、測繪、遙感、地圖學、地理學等學科聯系緊密，這些學科領域的思想和技術都發展迅速，GIS應用的深度和廣度也在不斷擴大[6-7]，但有的實驗課程還未增加新技術的學習，有的則是過分注重理論思想，采用的仍是老的開發技術。

表1 GIS實驗課程的內容與時間安排[5]

3) 實驗課程的完整性需要進一步加強。部分理論課程缺乏相關實驗內容，如空間數據庫課程，GIS對數據的依賴性很大，目前的實驗課程缺乏有關地理空間數據獲取、加工、處理、存儲等內容。同時，隨著新技術的不斷發展，相關的學科技術應運而生，需要同步新增實驗課程來深入學習。

為了改善上述問題，需要對目前的實驗課程體系進行優化，充分考慮實驗課程開設的順序、新技術學習和空間數據庫的內容，使學生從各實驗課程的學習中深刻理解GIS的含義。

三、GIS實驗課程體系的優化

對實驗課程進行優化，首先要明確GIS專業課程的體系安排。實驗課程從實驗內容的難易程度上分為基礎、提高、創新3類[8]。基礎性實驗要求學生掌握該課程基本的理論、技術和方法，能完成基本的軟件操作、程序設計和算法實現等；提高性實驗鼓勵學生更加深入地學習并實踐所學課程，能更熟練地操作軟件，設計更簡潔的程序、算法，挑戰更有難度的課程內容等；創新性實驗培養學生的創新精神，讓學生在對所學課程知識融會貫通的基礎上，創新設計并靈活實現實驗內容。對實驗課程按實驗層次和涉及內容又可分為課程單元實驗課、綜合實驗課、課程設計實驗課3類[9]。單元實驗課與課堂教學穿插進行，能讓學生及時將課堂所學進行實踐，加深對課堂所學知識、技術的理解；綜合實驗課是在課堂教學結束、學生對整個課程內容有一個整體把握之后進行的小型集中實驗，能讓學生從宏觀上了解實驗流程、掌握相關技術；課程設計實驗課是大型的集中實驗，要求學生在規定的時間內完成課程設計任務，或分組或獨立進行，讓學生在解決實際課題的過程加深對專業知識的理解，提高了學生的積極性，培養了學生或獨立或協同合作解決實際問題的能力。

對實驗課程進行設計調整，要注意課程的實驗方法、銜接等問題，避免重復；課程內容需進行從基礎、提高到創新的彈性設計，以適應不同能力的學生學習。實驗課程的設計調整具體包括以下內容：

1) 對實驗課程進行系統性設計。在實驗課程中，強化各課程的思想方法在GIS中的具體應用，將理論與實際結合，充分體現實驗課程的價值。加強各課程小組的溝通聯系，使其更加明確各課程內容的側重點，在選擇實施技術時要基于不同課程盡可能統一、技術的先進性和適宜性、良好的開發思想等基本原則，對使用的軟件、采用的語言、提交的成果等都要進行深入的討論并統一規劃，使各實驗課程相互獨立又緊密聯系[10]，形成統一的整體。

2) 對實驗課程納入新技術的學習。在教授基本理論知識的基礎上，GIS課程設計要與時俱進，讓學生了解到當前GIS的主流技術與發展前景，激發學生的積極性與創造性。

3) 對實驗課程進行新增、順序調整等優化。在對GIS的發展歷程深入研究的基礎上，結合學生在學習過程中的反饋，建設性地新增部分實驗課程，加強對GIS人才能力的培養，并從整體上對實驗課程的順序進行調整，讓學生循序漸進地掌握知識和技能。

對實驗課程進行順序調整，按從易到難，從局部到整體的思路，優化后的實驗課程體系見表2。

表2 優化的GIS實驗課程體系

與原有的實驗課程安排相比，優化后的實驗課程體系從整體上考慮了各課程的側重點，更強調課程之間的獨立性與銜接性。軟件應用類實驗課程強調軟件內容與對應理論課程內容的銜接和軟件技術的現勢性。設計開發類的實驗課程更加強調技術方法的統一性，相關的實驗課圍繞GIS專業所學技術方法，實驗內容上強調統一基于C、C++、C#等開發語言和ArcGIS Engine等GIS控件，采用面向對象等設計方法，針對GIS模型算法、GIS軟件、GIS工程等進行設計開發。另外，隨著GIS技術及應用的快速發展，教學實踐課程根據培養需要增加了移動GIS系統開發內容的學習，并新增了空間數據庫與網絡GIS的實驗課程等。

四、結束語

GIS專業定位于培養理工結合的復合型人才，使學生具備理科的科學思維和工科的實踐技能。學習地理學相關的知識是培養學生發現問題的能力，學習GIS技術是培養學生解決問題的能力。因此，設計科學合理的實驗課程是有效提高學生實踐技能的重要途徑。本文在分析現有實驗課程體系的特點及存在問題的基礎上，結合GIS專業培養特點，對實驗課程體系進行了優化設計，使GIS實驗課程更加體系化和體現課程內容的現勢性，以適應技術發展的新要求和社會對人才培養的新需求。隨著GIS專業及其理論課程體系的發展變化，實驗課程體系和內容也將隨之進行相應的調整和更新，筆者也將不斷探索和總結經驗，以構建更科學合理的實驗課程體系，服務于GIS專業人才實踐能力的培養。

[1] 王玲, 王月健, 劉琳.地理信息系統課程實踐教學的改革與探索[J].兵團教育學院學報，2007, 17(6): 55-57.

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[5] 教務部.武漢大學本科人才培養方案(2010版)[M].武漢: 武漢大學出版社, 2010.

[6] 呂秀琴, 艾自興.“地理信息系統課程設計”教學內容和模式探討[J].實驗技術與管理, 2012, 29(1): 165-167.

[7] 鐘志農, 李軍, 陳犖.“地理信息系統”課程教學方法研究——以國防科學技術大學為例[J].當代教育論壇: 綜合版, 2010(12): 118-120.

[8] 范況生, 王珍.地理信息系統課程實驗教學改革研究[J].商丘師范學院學報, 2013, 29(6): 115-117.

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[10] 田雨, 鄭文華, 盧秀山, 等.“地理信息系統 GIS”課程實驗教學體系改革[J].實驗室研究與探索, 2007, 25(11): 1426-1428.

Optimization Design of Experimental Curriculum of GIS

CAI Zhongliang，LI Xiaohuan，XIE Caiyun，DU Qingyun

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，等.地理信息系統專業實驗課程的優化設計[J].測繪通報，2015(7)：124-127.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0229

2014-05-14

蔡忠亮(1971—)，男，博士，教授，研究方向為電子地圖理論與方法、地理信息服務、GIS軟件開發方法、數字航道等。E-mail：zhongliangcai@gmail.com

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