高等教育中GIS開發課程群改革與能力培養創新實踐

馮永玖　高峰　劉瑜　李陽東

【摘 要】地理信息系統（GIS）開發課程群是高等教育中遙感GIS類的核心課程，對培養學生的空間思維、數據處理能力、解決空間問題的能力起到至關重要的作用。本課程群包括《地理信息系統》、《可視化程序設計》、《GIS開發與應用》、《WebGIS原理與開發》和《GIS綜合應用實習》等5門理論與實踐課程。在課程群改革之前，各門開發課程采用的編程語言不一致，經過課程的銜接改革統一使用C#語言，課程群的整體性得到了極大的提升，同時也極大地激發了學生的興趣、培養了他們的實踐創新能力。

【關鍵詞】地理信息系統開發與設計；計算機編程；課程群；教學改革；創新實踐

0 引言

地理信息系統（GIS）是集空間數據采集、輸入、存儲、查詢、分析和顯示的計算機系統，近十余年來備受各界關注。由于GIS處理的數據具有空間位置特征，它幾乎與全世界80%的數據有關系或關聯。因此，在高等教育中許多院校均開設了GIS相關的課程，海洋類高校如上海海洋大學就是其中典型例子。GIS在海洋及海岸帶領域，不僅能夠采集、處理和顯示野外獲取的數據、遙感影像等空間數據，也能夠進行海洋資源環境數據的深度分析，以揭示這些信息的空間分布、運動和時間變動特征。

GIS相關的課程除了理論與算法，更重要的是通過計算機程序實現這些理論與算法，這就是GIS設計、開發與實現。GIS開發涉及方方面面的知識與技術，包括獨立主機程序和萬維網GIS程序，涉及的語言包括C++、C#、VB.NET、JavaScript等。上海海洋大學將GIS開發能力的培養作為海洋技術專業本科生的必備技能。是開發與利用海洋資源和能源、拓展人類生存空間的技術。因此，對GIS開發課程群進行必要的梳理、改革和創新，是實現培養優秀學生的前提條件。

1 GIS開發課程群與關系

GIS開發課程群首先包括基礎理論部分，即《地理信息系統理論與方法》，采用國家級規劃教材；同時包括計算機程序語言基礎《可視化程序設計》，用C#語言進行講授。“可視化程序設計”與大學生在第一年級學習的C++語言有所不同，它更加注重應用而非基礎語言，同時為后續GIS開發課程打下堅實的基礎。《GIS開發與應用》和《WebGIS原理與開發》是海洋技術專業中分別針對獨立主機程序和網絡程序的兩門GIS開發課程，是GIS開發課程群的核心部分。在經過上述鍛煉之后，學生通過《GIS綜合應用實習》進行GIS開發與應用的深度實踐。

在GIS開發中，涉及的主要內容有：（1）GIS應用與開發概論、基礎、應用特點；（2）GIS系統分析、需求分析、以及ArcGIS開發系列軟件；（3）GIS總體設計、功能設計和數據庫設計；（4）GIS實施與維護、測試與評價；（5）應用型GIS程序實例編寫。

2 課程群教學改革成效

2.1 可視化程序設計實現了GIS編程的基礎夯實

在2013年之前，GIS開發類課程使用了不同的語言，如《可視化程序設計》使用Visual C++語言和平臺，這是微軟在全球范圍應用非常廣的平臺。學生在大一期間雖然已經學習過《C++程序設計》，但是主要以講授語法為主，不涉及可視化程序設計，缺乏GIS開發相關的實踐經驗。此外，早期GIS獨立主機開發的標準語言是Visual Basic語言，所以后續GIS獨立主機程序設計均采用VB.NET。這造成了前期基礎課程使用的程序語言與后續GIS開發課程并不一致，學生在語言轉換上需要花費很多課時，并且最終的掌握程度并不理想。

近4年，基于ArcGIS的獨立主機開發在首選語言已經定為C#，原VB.NET則成為第二建議語言。因此，為了夯實海洋技術專業學生的語言基礎，并且為今后更高難度的GIS開發課程打下基礎，經過課程群多次研討，統一GIS獨立主機程序開發的標準語言為C#，實現了課程之間的承繼和無縫銜接。

通過程序語言的改革和統一，實現了各課程之間的整體性，同時夯實了與GIS相關的可視化程序設計的主要技術基礎，包括：界面設計、數據庫建立、記錄修改和刪除、計算機繪圖、通過程序語言操作表格、空間數據顯示與處理等，它們密切地與后續學習的課程內容相關。

2.2 GIS獨立主機程序設計改革提高了學生開發與應用實踐能力

《GIS開發與應用》一直是海洋技術專業的核心課程，在本專業2007年開設之始就是其中一門重要課程。但是，我們之前一直使用VB或VB.NET進行教學（因為當時VB是GIS獨立主機開發的首選程序語言），但是隨著GIS技術的發展，ArcGIS已經將首選語言定為C#，我們的改革勢在必行。然而，在課程群開展承繼改革之前，學生沒有C#相關的開發經驗，勢必要對C#語言的基礎進行講授，浪費了一定的課時量。

2014年，《GIS開發與應用》作為市教委重點建設課程，改革的內容就是將開發語言變為C#，這涉及到教師教案和各種教學程序的重寫，目前我們已經圓滿完成這項工作。我們將重點課程建設的成果應用于實際教學中，取得了良好的效果，包括學生能夠使用已經熟悉的C#程序語言編寫GIS獨立主機程序、實現從GIS的矢量數據、柵格數據到3D數據的顯示、處理、分析和輸出。經過程序設計和開發的實踐，80%的學生能夠編寫比較完整的GIS獨立主機程序。

課程的承繼改革實現了教學的整體性，增強了學生對編程的自信心，實現了GIS開發能力的培養和實質性提高，為后續網絡GIS程序編寫、綜合實踐創新、并進入相關公司工作打下了良好的基礎。

2.3 WebGIS開發擴寬了GIS開發的范疇和應用領域

WebGIS是目前GIS應用的趨勢，也是GIS的核心技術之一，WebGIS不僅能夠方便用戶訪問，而且能夠獲得可觀的商業利益，比如Google地圖和Baidu地圖等。

WebGIS是可視化程序設計與獨立主機GIS的高級階段。學生在系統地學習了C#和GIS獨立主機開發之后，對利用高級程序語言進行開發已經有比較好的認識，能夠在較短時間內理解和融會貫通基于Web的程序語言，前期課程所學能夠在后期課程中較好地得到應用，充分體現課程群的延續性和承繼性。WebGIS課程利用ArcGIS API for Javascript，教授學生熟練運用HTML、ArcGIS、CSS、JavaScript、DOM、BOM等技術，編寫網絡GIS應用程序。endprint

在講授過程內容中，課程群不僅涉及專業領域WebGIS的編寫，而且初步介紹了基于IOS和Android的網絡應用的編寫。讓學生實現GIS開發能力的升華，從而拓展專業技能，為順利進入綜合實習階段和職業生涯奠定堅實的基礎。

2.4 大創、實習和畢業設計實現了GIS開發能力的全方位鍛煉

在掌握了GIS開發從基礎到高階的技術之后，根據教學計劃的安排，學生會在大創和《GIS綜合應用實習》中得到進一步的綜合性、全方位的鍛煉。學生可以選擇處理遙感與GIS等空間數據，也可以選擇利用高級程序語言編寫一個相對完整的GIS系統。編寫GIS程序是一個難度較大的任務，但是學生有比較好的基礎，并且當自己編寫的程序能夠良好地運行時，能夠獲得巨大的成就感。這一階段是綜合性的鍛煉和實踐，課程群不再指定學生作業的應用范圍和領域，讓他們充分發揮主觀能動性和創新思維，教師組適時進行針對性的指導，實現自身能力的提高升華。同樣，在畢業論文階段，有關GIS的技術還會再一次得到加強和鍛煉，大部分學生在進行GIS的開發項目時能夠完成具有充分創新性的成果。

3 結論

GIS課程群是上海海洋大學海洋技術專業的核心課程，對培養學生的空間思維、數據處理能力、實踐實干能力，解決空間問題的能力起到至關重要的作用。在課程群改革之前，各門開發課程采用的編程語言不一致（如C++、C#和VB.NET等），經過課程的銜接改革統一使用C#語言，課程群的整體性得到了極大的提升，學生在接受相關知識和技能時能夠變得不那么困難，掌握程度也更加牢靠，同時也極大地激發了他們的興趣、培養了他們的實踐創新能力。

【參考文獻】

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