計算機科學與技術專業GIS課程的教學改革研究與探討

李攀+黃猛

摘 要：該文通過分析研究在計算機科學與技術專業開設地理信息系統課程的教學現狀，從GIS課程在該專業的定位、教學內容、教學方法和實踐性教學等方面進行了探討，提出課程教學改革及措施，應明確GIS課程在計科專業的培養目標，加強課程與計科專業課程的緊密聯系，優化GIS教學內容，豐富教學方法，重點突出課程的實踐性，進一步提高學生的分析問題解決問題的能力，培養適應社會需要的應用型人才，并取得良好的教學效果。

關鍵詞：計算機科學與技術 地理信息系統 教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0172-03

如何培養應用型人才，一直是各大高校深入研究的課題[1-3]。GIS課程作為一門軟件應用類課程對于促進計算機科學與技術專業學生的軟件開發設計能力的提高起著重要作用，但是目前在教學內容、教學方法、實踐性教學和課程融合方面還存在許多問題。該文針對這些問題，進行詳細的研究和分析，給出相應的改革措施，取得一定效果。

1 教學現狀

1.1 課程在計科專業定位模糊

計算機科學與技術專業的就業前景十分廣闊，它以計算機基本理論為基礎，研究信息獲取、表示、存儲和處理等實際應用[4]。該專業旨在培養適應社會主義現代化建設需要，培養德、智、體、美等方面全面發展，具有扎實的數理基礎，掌握計算機科學與技術基本理論與方法，具備系統分析、軟件開發和項目管理能力，能在企事業單位、政府機構從事計算機軟件分析、設計、開發、測試與維護的高級應用型人才。這些年通過不懈的發展，該專業在GIS應用軟件開發方向輸送了大批優秀人才。但是作為該專業一門實用性工具類課程還存在在培養目標上不夠具體，比較泛化的問題。GIS課程在地震領域數據處理與應用體現也不充分，沒有最大程度發揮本課程對提高學生動手能力培養的作用。

1.2 與計科專業課程聯系不緊密

地理信息系統（GIS）是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統[5]。GIS具有明顯的多學科交叉特征，它需要吸取計算機學科的核心知識與技術，來逐步形成自己獨立的學科，同時也推動計算機學科的發展[6-8]。因此GIS與計算機科學密切相關，計算機圖形學為GIS提供數據輸入和圖形顯示的基礎理論；數據庫管理系統（DBMS）更是GIS的核心；許多計算機應用算法等被廣泛應用于GIS空間數據的分析，GIS是建立在地學和計算機科學之上的一門綜合性科學。計科專業開設的主干課程為數據結構、操作系統、數據庫原理、計算機網絡、面向對象程序設計和軟件工程等，這些課程都很好的應用與GIS領域，但是在教學過程中卻沒有很好的結合，知識點沒有相互滲透。針對計算機專業課程本身抽象，深奧，不易理解的特點，GIS的應用更加直觀，實用，便于學習，所以二者之間沒有很好的交融和補充。

1.3 實踐教學環節重點不突出

在以往的GIS實踐教學過程中，基本一次理論課程，對應一次上機實踐課程，學生通過對GIS軟件操作消化吸收理論知識，但是過于側重GIS功能的操作步驟，不能很好的與實際應用相聯系。教師將整個操作過程進行演示，學生依葫蘆畫瓢，對學生的獨立解決問題能力訓練非常欠缺。從而使學生在實踐中感覺枯燥單調，學習積極性不高，無法將理論知識很好的應用與實際問題中，不利于培養學生的綜合分析能力和創新能力。學生在實踐課程中都是根據實驗指導書按部就班地獨立完成，而忽視了溝通、交互與團隊合作，學生之間缺少互動，不利于合作溝通能力的培養。此外教師的GIS工程項目經驗少，一些真實案例無法講授與駕馭。

2 改革措施

2.1 明確課程在計科專業的培養目標

地理信息系統（GIS）課程是計算機科學技術專業本科生的專業課程，該課程以空間數據和計算機技術為基礎，介紹運用系統科學和信息科學的理論與方法，進行空間數據的采集、處理和管理，空間數據的分析與綜合研究，以及地理信息系統的建立和應用。教學目的是使學生了解和掌握地理信息系統科學的基本理論與方法，初步掌握應用GIS工具分析和解決實際問題的能力，培養學生的實踐能力和創新精神，并為其從事GIS的地理學應用和應用型地理信息系統的軟件開發奠定基礎。地理信息系統課程是計算機科學技術、信息管理與信息系統等專業本科生的專業課程，該課程以空間數據和計算機技術為基礎，介紹運用系統科學和信息科學的理論與方法，進行空間數據的采集、處理和管理，空間數據的分析與綜合研究，以及地理信息系統的建立和應用。教學目的是使學生了解和掌握地理信息系統科學的基本理論與方法，初步掌握應用GIS工具分析和解決實際問題的能力，培養學生的實踐能力和創新精神，并為其從事GIS的地理學應用和應用型地理信息系統的軟件開發奠定基礎。

2.2 強化課程與計科專業課的聯系

計算機科學與技術專業把握行業主流技術，跟蹤行業關鍵技術，以人才市場需求為導向，形成了一整套完整的課程體系。用“工程實例單元教學法”貫穿教學的始終，強化學生專業應用能力培養，使學生集知識學習、能力培養、職業素質養成于一體，按照“夯實基礎、面向應用、強化實踐、拓展素質”的指導思想，以一組密切相關的課程作為方向課，培養學生在本專業某個領域的應用能力。針對本專業不同的專業方向，開設的主干課程為數據結構、操作系統、數據庫原理、計算機網絡、面向對象程序設計、軟件工程和Web應用技術等。GIS課程與這些專業課程聯系緊密，矢量和柵格數據模型的內容以數據結構課程作為基礎；空間地理數據庫的基本原理來源于數據庫原理這門課程；GIS項目的開發流程與軟件工程的開發過程基本一致；在進行GIS二次開發時，需要用到面向對象程序設計和Web應用技術課程的知識；目前WebGIS技術從計算機網絡發展而來的。由此看來，計算機的專業課程幾乎滲透到GIS的每個知識點，為GIS課程提供了有利的技術支撐，而GIS課程也是計算機科學與計算專業一個功能強大的應用案例，二者相輔相成。

2.3 精煉教學內容并優化教學方法

GIS課程的知識覆蓋面很廣很雜，為了幫助學生理解GIS的原理，并能夠應用GIS軟件解決各種問題。因此，將課程的內容進行提煉，把GIS和計算機聯系緊密的知識重點講述，而關于地理專業性的知識可適當減少，突出如何利用計算機知識，去設計開發一個GIS系統。在教學方法上，僅僅局限于課本和PPT是遠遠不夠的，可將具體GIS軟件的引入基本GIS原理中。選取實用性強的案例進行講解，演示，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，啟發學生思考，加強教師與學生，學生與學生之間的互動，通過這種綜合的方式，培養學生的創新能力，來達到更好的教學效果。

由于課程學時有限，大部分學生不能在課堂上完全消化GIS課程的內容，網絡教學就是課堂教學很好的補充。通過學校的網絡課程資源平臺，學生可以查看重點內容的教學視頻，回顧知識點。學生還能在網絡上提問，教師進行回答，其他同學也可以回答，學生還可以發表一些學習的經驗，從而學生和學生之間，學生和教師之間建立實時無障礙的密切聯系。同時，學生可在網上提交作業，做練習，教師直接在網上批改，既節約了時間，又加強了互動。

2.4 突出課程的實踐性

本課程教學安排為每周2學時理論和2學時上機實驗共計4學時，在課堂上學生主要對GIS基本概念和基本原理進行學習，但是不能很好的理解消化這些知識。上機實驗是對課堂教學是很好的補充。由于實驗教學環境時間限制，對于實驗內容的選取非常重要，既可以讓學生鞏固課堂上的知識，又能對GIS有更直觀的認識，比如，在學習空間數據采集與處理這章內容時，里面包含地理配準和數字化等知識點，如果把這兩個知識點分開實驗缺乏連貫性，因此可引入一個案例，針對一幅掃描地圖首先進行地理配準然后新建相應的矢量數據文件，進行數字化，地圖選取要清晰，數字化內容要精煉，能夠涉及到點線面既可，工作量不要太大。這樣時間和內容都可兼顧，學生的實驗效率也得到大大地提高。

教師在整個實驗過程中避免大包大攬，只起到全程參與和指導作用，可將實驗的一些關鍵點和難點告訴學生，而具體步驟可啟發學生自己摸索實踐。學生在實驗過程中，通過動手，不光熟悉GIS軟件的各種功能，還形成初步的軟件開發設計的思維。但是在這個過程中，教師要把握實驗環節，協調進度快的學生和進度慢的學生，讓每個同學都有明確的實驗目標。當學生熟練使用GIS軟件，就可以開展GIS項目設計開發。首先，將項目的需求告訴學生，然后讓學生自由組合為小組共同完成一個項目。小組里每個同學完成一個模塊，按照軟件工程課程里面學習的設計開發流程進行實驗。鼓勵學生在設計開發過程中多討論，相互幫助解決各自的問題，強調團隊合作精神。所完成的項目要認真測試，發現查找解決存在的問題。最后，學生可嘗試撰寫GIS項目報告，不光能梳理GIS項目相關的知識點，還能對整個項目開發流程進行總結。

3 結語

經過統計調查，在GIS課程中采取這些改革措施，計科專業的學生學習目標更加明確，學習態度更加積極，可以將計科專業課中抽象難懂的理論非常直觀的應用與GIS中，學生對于GIS課程的理解，也變得更為容易。學生進一步體會到計算機為GIS提供技術支持，GIS的應用很好的體現計算機的強大，二者相互推動相互促進。因此在計算機科學與技術專業開設GIS課程非常必要，具有積極的作用，真正培養出具備一定開發能力的應用型人才。

參考文獻

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[2] 張志敏，杜景龍，連達軍.基于敏捷開發模式的“GIS軟件工程”實驗教學[J].實驗室研究與探索，2014， 33（11）：205-208.

[3] 黃曉霞，黃天慧，盛芝露，等.成效為本的GIS教學實踐研究[J].教育教學論壇，2016（34）：3-5.

[4] 王育堅，馬楠，牛選龍.計算機科學與技術專業應用型人才培養模式改革[J].計算機教育，2015，251（23）：61-65.

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[8] 楊寧，陳婷，趙學欽，等.慕課理念下的“四維項目驅動”GIS專業教學模式探討[J].教育教學論壇，2016（37）：174-175.