基于多渠道創(chuàng)新的GIS本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究

張學(xué)東+劉文茜+龐蕾+王勇+何曙光

摘 要：文章從當(dāng)前GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題入手，分析了GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的必要性及其意義，進(jìn)而引出基于多渠道的GIS本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式的探討。結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)歷，從建設(shè)提升學(xué)生實(shí)踐能力的課程體系、加強(qiáng)校企兼顧的實(shí)踐教師隊(duì)伍建設(shè)、打造內(nèi)外結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)基地、“導(dǎo)師+進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)”模式和專業(yè)競(jìng)賽實(shí)踐教學(xué)模式等多個(gè)方面對(duì)GIS實(shí)踐教學(xué)方式方法進(jìn)行了剖析，以期提升和強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)高質(zhì)量的GIS專業(yè)應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：地理信息科學(xué) 多渠道 實(shí)踐教學(xué) 創(chuàng)新

引言

地理信息科學(xué)（Geography Information Science，GIS）是對(duì)地理空間信息進(jìn)行描述、采集、處理、存儲(chǔ)、管理、分析和應(yīng)用的一門(mén)交叉學(xué)科[1]。自20世紀(jì)60年代Roger Tomlinson 教授提出之后一直稱為“地理信息系統(tǒng)”，我國(guó)在2012年《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》中正式將其更名為“地理信息科學(xué)”，迄今為止國(guó)內(nèi)已有近200所高等院校開(kāi)設(shè)了該專業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)具有實(shí)際動(dòng)手能力的高素質(zhì)人才需求也在不斷增長(zhǎng)。而GIS作為一門(mén)以應(yīng)用為目的的學(xué)科，已深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，形成諸如資源與環(huán)境GIS、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治GIS、農(nóng)林牧副漁GIS、工商經(jīng)營(yíng)管理GIS、國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)GIS、交通管理和規(guī)劃GIS，城市管理和規(guī)劃GIS、工礦生產(chǎn)管理GIS及各部門(mén)辦公GIS等等[2]。隨著GIS技術(shù)的迅速發(fā)展，以及GIS的普及應(yīng)用，社會(huì)需要大量GIS方面的專業(yè)人才。又因GIS是集理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性于一體的學(xué)科，這就要求該專業(yè)的學(xué)生不但要有深厚的理論基礎(chǔ)，而且還要有過(guò)硬的實(shí)際操作能力及應(yīng)用能力[2]。因此，為了適應(yīng)當(dāng)前GIS產(chǎn)業(yè)的需求，培養(yǎng)大批素質(zhì)高、能力強(qiáng)的GIS高級(jí)人才是各相關(guān)高校的重要任務(wù)。

本文以北京建筑大學(xué)“地理信息科學(xué)北京市重點(diǎn)學(xué)科”建設(shè)為契機(jī)，通過(guò)分析當(dāng)前GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，結(jié)合北京建筑大學(xué)GIS專業(yè)辦學(xué)的指導(dǎo)思想和培養(yǎng)目標(biāo)，提出了多渠道實(shí)踐教學(xué)的新模式，以期為相關(guān)高校GIS實(shí)踐教學(xué)改革服務(wù)。

一、GIS實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題及其必要性

1.目前GIS實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

綜合分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大高校GIS專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)情況[1-17]，發(fā)現(xiàn)主要存在著以下問(wèn)題。

（1）課程體系不合理。當(dāng)前GIS教學(xué)中普遍存在著重視理論知識(shí)教授而忽視實(shí)踐教學(xué)的弊端，這就很難滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求。GIS專業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性和操作性很強(qiáng)的學(xué)科，因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)GIS專業(yè)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐與實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容。

（2）教師自身實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)欠缺。GIS專業(yè)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)，不僅需要熟悉空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，而且需要掌握與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，更需要對(duì)GIS產(chǎn)品中各個(gè)模塊及實(shí)現(xiàn)機(jī)理有著深入理解[3]。一般教師大多停留在操作層面，因此，這就導(dǎo)致了實(shí)踐教學(xué)不夠深入。

（3）軟硬件設(shè)施不足。GIS專業(yè)軟硬件設(shè)施一般包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（計(jì)算機(jī)與相關(guān)軟件）、實(shí)習(xí)基地及實(shí)踐、實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師等，據(jù)相關(guān)研究[4-6]，大部分高校現(xiàn)有軟硬件設(shè)施均滿足不了實(shí)踐型人才培養(yǎng)的要求。因此，需要加快GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。

（4）學(xué)生缺乏主動(dòng)的實(shí)踐。在應(yīng)試教育模式下，學(xué)生養(yǎng)成了被動(dòng)“填鴨式”的學(xué)習(xí)習(xí)慣[7]。同時(shí)，很多學(xué)生把通過(guò)考試當(dāng)作學(xué)習(xí)的目標(biāo)，往往對(duì)書(shū)本上的知識(shí)死記硬背，很少應(yīng)用專業(yè)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。

二、GIS實(shí)踐教學(xué)的必要性

實(shí)踐教學(xué)是GIS專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，關(guān)系到學(xué)生的成長(zhǎng)和成才。因此，為了貫徹素質(zhì)教育理念，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)觀念和教學(xué)方法，本著為社會(huì)培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)人才的原則，加強(qiáng)和創(chuàng)新GIS專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)勢(shì)在必行[8]。

（1）調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[7]。實(shí)踐教學(xué)作為GIS理論知識(shí)的添加劑，使學(xué)生更直接形象地了解知識(shí)，明確其中的含義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而達(dá)到事半功倍的效果。

（2）幫助學(xué)生理解抽象的理論知識(shí)[7]。GIS專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)很多，也很抽象，想要讓學(xué)生靈活應(yīng)用理論知識(shí)，最直接有效的方法就是讓學(xué)生親身體驗(yàn)，實(shí)踐出真知，在實(shí)踐中正確理解理論知識(shí)的含義。

（3）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7]。在GIS實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生們通過(guò)動(dòng)手操作，親身體驗(yàn)，不僅可以理解、鞏固所學(xué)知識(shí)，還可以找出解決問(wèn)題的方法和思路，為學(xué)生的創(chuàng)新提供了條件和機(jī)會(huì)。

三、多渠道實(shí)踐教學(xué)模式_以北京建筑大學(xué)GIS本科專業(yè)為例

1.建設(shè)提升學(xué)生實(shí)踐能力的課程體系

北京建筑大學(xué)GIS專業(yè)特色定位為：依托首都建設(shè)和學(xué)校土木建筑類學(xué)科優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐密切結(jié)合，突出城市空間信息特色，培養(yǎng)學(xué)生具有地理信息新技術(shù)、新方法的應(yīng)用及軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，以滿足城市空間信息化建設(shè)對(duì)地理信息科學(xué)人才的需求。

為此，北京建筑大學(xué)GIS專業(yè)2016年重新修訂了教學(xué)大綱，建立了以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力為目的課程體系。該課程體系共設(shè)置了主干基礎(chǔ)課程10門(mén)、主干專業(yè)課程5門(mén)、主要實(shí)踐課13門(mén)，具體如圖1所示。其中，理論教學(xué)主要是剖析實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)的知識(shí)要點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生透徹理解GIS基本概念及應(yīng)用模式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)本著提高學(xué)生實(shí)際操作能力的目的，以GIS數(shù)據(jù)處理與分析為主線，不斷增強(qiáng)學(xué)生對(duì)GIS理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生的GIS應(yīng)用能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的熱情，并提升其處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.加強(qiáng)校企兼顧的實(shí)踐教師隊(duì)伍建設(shè)

“打鐵還需自身硬”，具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和高水平的教師隊(duì)伍是實(shí)踐教學(xué)的保障。北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院一直堅(jiān)持以“走出去、請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的方針建設(shè)實(shí)踐教師隊(duì)伍。一方面，選派擔(dān)任實(shí)踐教學(xué)工作的教師到GIS相關(guān)企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)，以提高教師本身的動(dòng)手能力。同時(shí)，參與培訓(xùn)的教師需要再給全專業(yè)所有教師進(jìn)行培訓(xùn)，這樣就可以提升整體教師的實(shí)踐水平[9]。

另一方面，從GIS相關(guān)單位聘請(qǐng)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的資深專家作為兼職教師，請(qǐng)他們結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行理論教學(xué)，這樣就可以將豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)引入課堂，從一定程度上彌補(bǔ)理論教學(xué)的不足，也使學(xué)生能夠在第一時(shí)間就學(xué)到最新的知識(shí)和技術(shù)[9]。

3.打造內(nèi)外結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)基地

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地是保障實(shí)踐教學(xué)效果的基礎(chǔ)，也是大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的訓(xùn)練平臺(tái)。北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院目前擁有“現(xiàn)代城市測(cè)繪國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“代表性建筑與古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)”教育部工程研究中心兩個(gè)省部級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)，還設(shè)立了測(cè)繪與地理信息實(shí)驗(yàn)室、地圖學(xué)實(shí)驗(yàn)室等校級(jí)實(shí)驗(yàn)中心，借助實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基金和教育專項(xiàng)基金引進(jìn)了適合本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各種先進(jìn)設(shè)備和軟件，例如，移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)、三維激光掃描儀、GPS連續(xù)測(cè)量參考站（CORS）、地基雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高性能圖形工作站、ARCGIS桌面系統(tǒng)、ENVI系統(tǒng)等，從而確保了本科生從事校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的軟硬件條件。

校外實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)主要是依靠地方企事業(yè)單位的資源，構(gòu)建校企聯(lián)合的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)[10-12]。北京市擁有大量的與地理信息相關(guān)的高新技術(shù)企業(yè)或公司，北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院已經(jīng)與相關(guān)企業(yè)簽署了一系列的合作與實(shí)習(xí)協(xié)議。通過(guò)讓學(xué)生進(jìn)入校外實(shí)習(xí)基地，直接與一線生產(chǎn)和工作接軌，使學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識(shí)得到了檢驗(yàn)和驗(yàn)證，加強(qiáng)了知識(shí)的深入理解，并能糾正理解上的偏差，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。同時(shí)，也有利于GIS專業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展。

4.“導(dǎo)師+進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)”模式

“導(dǎo)師+進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)”是北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)模式。目前學(xué)院擁有四個(gè)不同方向的研究所，分別為：城市信息化研究所、城市測(cè)繪研究所、遙感應(yīng)用研究所和遺產(chǎn)數(shù)字化研究所。本科生從大學(xué)二年級(jí)就可以根據(jù)自己的興趣申請(qǐng)加入不同的研究所。同時(shí)，各研究所教師具有較強(qiáng)的科研能力和豐富的實(shí)踐與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。這些教師既是學(xué)生科研活動(dòng)的指導(dǎo)老師，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的榜樣。

學(xué)生參與“大學(xué)生科研立項(xiàng)”和導(dǎo)師的科研和工程項(xiàng)目，在導(dǎo)師的具體指導(dǎo)下，充分發(fā)揮各研究所的優(yōu)勢(shì)，借助先進(jìn)設(shè)備和儀器，按照項(xiàng)目書(shū)的要求進(jìn)行規(guī)范的科研學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，將學(xué)習(xí)、科研、工程應(yīng)用系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能夠在團(tuán)隊(duì)中體驗(yàn)科研與實(shí)踐的真諦，找到做科研與解決實(shí)際問(wèn)題的方法，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與工程能力的目的。

5.專業(yè)競(jìng)賽實(shí)踐教學(xué)模式

近年來(lái)，隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外面向在校大學(xué)生的各類型GIS大賽也迅速升溫，比如，ESRI公司舉辦的一系列GIS軟件開(kāi)發(fā)比賽（桌面應(yīng)用開(kāi)發(fā)組、空間處理與建模組、Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)組和ENVI/IDL開(kāi)發(fā)組）和MapInfo大賽、工業(yè)和信息化部人才交流中心和教育部地理信息系統(tǒng)軟件及其應(yīng)用工程研究中心共同主辦的全國(guó)高校GIS技能大賽、中國(guó)地理學(xué)會(huì)和北京超圖軟件股份有限公司聯(lián)合主辦的SuperMap杯全國(guó)高校GIS大賽、中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)教育與科普工作委員會(huì)和教育部高等學(xué)校地理科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)起舉辦的全國(guó)大學(xué)生GIS技能應(yīng)用大賽等等（各大賽具體情況見(jiàn)表1）[13-17]。這些比賽為在校大學(xué)生施展才能提供了契機(jī)，為此，北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院積極組織GIS專業(yè)在校學(xué)生參加各類全國(guó)GIS大賽。筆者作為指導(dǎo)教師參加了第四、五屆全國(guó)大學(xué)生GIS技能應(yīng)用大賽，指導(dǎo)的學(xué)生共取得了大賽一等獎(jiǎng)1組、二等獎(jiǎng)1組、三等獎(jiǎng)2組的佳績(jī)，本人亦有幸獲得了優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)。

通過(guò)參與專業(yè)競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)模式，一方面可以驗(yàn)證學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，拓展學(xué)生的視野，找到與其他兄弟院校的差距和不足；另一方面，可以鍛煉和提升學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，有助于提高我校GIS教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量[2，15]。

以上實(shí)踐教學(xué)模式應(yīng)用之后，我校GIS專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)取得了一些可喜的效果，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

（1）提升了學(xué)生的實(shí)踐與科研能力。通過(guò)對(duì)實(shí)習(xí)單位、用人單位對(duì)GIS專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的調(diào)查反饋情況看，各單位對(duì)我校GIS專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐與科研能力的評(píng)價(jià)已逐步提高。

（2）提高了學(xué)生就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量。目前我校GIS專業(yè)的學(xué)生就業(yè)率幾乎達(dá)到100%，且大多集中在北京、上海、天津等大中型城市，較之前有很大的提高。

結(jié)語(yǔ)

本文首先從當(dāng)前國(guó)內(nèi)各高校GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)情況出發(fā)，分析并指出了具體存在的問(wèn)題，接著強(qiáng)調(diào)了GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的必要性和重要意義，在此基礎(chǔ)上，提出了要建立基于多渠道的GIS本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式。結(jié)合北京建筑大學(xué)GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，從建設(shè)提升學(xué)生實(shí)踐能力的課程體系、加強(qiáng)校企兼顧的實(shí)踐教師隊(duì)伍建設(shè)、打造內(nèi)外結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)基地、“導(dǎo)師+進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)”模式和專業(yè)競(jìng)賽實(shí)踐教學(xué)模式等方面進(jìn)行了探索，進(jìn)一步規(guī)劃GIS專業(yè)本科課程與實(shí)踐教學(xué)體系，努力強(qiáng)化和提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，以期培養(yǎng)高質(zhì)量的GIS專業(yè)應(yīng)用型人才。

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作者簡(jiǎn)介

張學(xué)東（1979-），男，博士，北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院教師，碩導(dǎo)，研究方向：GIS理論與InSAR技術(shù)。

通訊作者

龐蕾（1971-），女，副教授，北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院教師，碩導(dǎo)，研究方向：GIS理論與層析SAR技術(shù)。