地理信息系統二次開發實驗教學改革探討

陳鵬

[摘要]地理信息系統自成立以來，經過十多年的發展，課程體系與培養模式已具備一定規模，但在實踐環節仍存在一些問題。針對地理信息系統二次開發實驗教學內容、教學方法、教師水平等幾個方面提出改革措施與建議，以期更好地培養地理信息科學專業學生二次開發能力，并提供參考依據。

[關鍵詞]地理信息系統；實驗教學；ArcEngine

[中圖分類號]G642

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-5918（2018）03-0120-03

地理信息系統是一門實踐性、技術性很強的學科，在日常的教學中除了對基本理論的講解外，還應注重學生的實踐能力，即提高學生上機編程操作學時，鍛煉學生實際編寫代碼的能力，使學生形成良好的編程思維與專業素養，這對地理信息系統專業學生未來面向開發崗位時具有重要作用。

一、實驗教學內容及教學方法

ArcEngine軟件是美國環境系統研究所（ESRI）開發的新一代地理信息系統二次開發組件，目前這款軟件在地理信息系統二次開發中已得到廣泛應用。吉林師范大學旅游與地理科學學院地理信息科學專業地理信息系統二次開發課程就是用該軟件進行理論與實踐教學，實驗內容分為五個部分，即矢量地圖基本操作、空間數據查詢、空間分析、專題地圖操作、地圖輸出。課程總學時為84學時，其中理論學時為64學時，上機實驗為20學時。其中理論學習內容主要是對地理信息系統二次開發基本理論、方法的講解，以ArcEngine軟件為例。實驗內容主要是理論內容的拓展，是學生將理論轉化為實踐的重要過程。

由于該課程屬于操作性較強的課程，理論講解時需采用多媒體教學方法，實驗課程采取上機實踐的方式。采用多媒體講解理論課程的原因是由于本課程中涉及到大量的代碼編寫和系統界面設計及實現過程，因此，需采用較為直觀的教學方法，讓學生能對講解的內容更為清晰的理解；實驗教學中采取講解與實際操作結合的方法，講解仍以多媒體課件為主，在課件的內容上與理論教學內容課件稍有不同，該課件內容主要是詳細的系統功能代碼及實現步驟。這部分課件在設計過程中除了滿足實驗目的、實驗要求及實驗內容外，還應做到調理清晰、步驟明確、易學易用。隨著網絡的不斷發展，除了理論教學與實踐教學外，地理信息系統二次開發課程還可以利用現有的網絡資源，在網上搜集相關資料，以及教師上傳教學資源，包括學習資料、實習指導書、實例代碼等，為學生提供多種可供選擇的學習方式，充分體現“互動教學”的特點。

二、基于ArcEngine軟件的實驗教學內容體系設計

對于地理信息科學專業的學生來說，地理信息系統二次開發中的相關內容，如數據采集、專題地圖、空間分析等，須通過實際的上機操作，才能讓學生針對具體研究內容，更為詳細的了解本學科的相關問題，使學生真正掌握和理解地理信息系統二次開發的本質問題。具體設計實驗內容如下：

第一，地圖基本操作，讓學生掌握利用ArcEngine軟件實現地圖瀏覽功能，包括實現地圖放大、縮小、漫游及全圖顯示操作為目的。

第二，空間數據查詢，讓學生掌握利用ArcEngine軟件進行數據加載與查詢等為目的。主要內容包括：加載常見的Shape-file、Coverage、PersonalGeodatabase、ArcSDE、TIN、Raster、CAD等數據到ArcEngine軟件的地圖窗口中；數據查詢功能的實現是用戶經常使用的內容，如使用Identity、Find工具及IQueryFilter查詢接口的使用方法等；讓學生學會空間數據的加載與查詢功能，為后續的開發提供基礎。

第三，空間分析，讓學生掌握使用ArcEngine軟件實現緩沖區分析、網絡分析及疊置分析等功能為目的。要內容有：緩沖區分析功能實現過程為，利用.NET平臺中的C#語言編寫點、線、面緩沖區功能代碼，實現該功能，如河水泛濫影響的范圍，利用編寫的緩沖區功能實現；網絡分析功能代碼編寫為實現最優路徑功能，如從學校到火車站的最優路徑選擇；疊置分析功能代碼編寫實現后，利用該功能實現針葉林與闊葉林的混交地帶面積。

第四，專題地圖制作，讓學生掌握ArcEngine軟件中專題地圖制作器Rendere的使用方法為目的。通過代碼與Rendere制作器的講解，讓學生能夠使用Rendere進行點密度、餅圖、柱狀圖、玫瑰圖、單值圖等常見專題圖功能實現的代碼編寫方法，最后講解專題圖的渲染與保存的實現代碼。

第五，地圖輸出，讓學生掌握ArcEngine軟件地圖輸出過程中的整飾方法為目的。專題地圖輸出是實際應用中較為常見的，在輸出過程中需要對輸出時的坐標、位置、樣式等進行設定，利用ArcEngine軟件中地圖整飾框架（apSurrundFrae）對象中的IapSurrund接口，該接口提供了整飾對象間的公共功能，并可以決定和修改要素的尺寸。同時利用IapSurrund、ISale-Te對JarkerNrthArr等接口定制比例尺與指北針，讓學生掌握這些接口實現的代碼，按教學要求輸出地圖。

學生通過上述系統化的上機操作實驗，了解地理信息系統二次開發中基本功能實現代碼及開發流程，大大激發學生學習的積極性，提高了學生代碼學習的能力，拓展了學生的編程思維。

三、實驗教學的改革與探討

（一）地理信息系統二次開發教學內容和方法改革

實驗是理論教學內容的重要組成部分，是將理論教學內容轉化為動手能力的重要過程]。所以，實驗課的內容更為重要，為了更好地讓學生掌握編程技巧，除了對教學方法改革外，還應了解教育的對象，設計針對性較強的實驗教學內容及操作內容，使學生易學易用，產生興趣。因此，教學內容與方法是加強實驗課程建設的核心工作。為了實現這一核心工作，主要采取兩項改革措施，具體如下：

1.實驗課程結構調整。通過2-3次的實驗教學計劃的修訂，逐步調整地理信息系統二次開發實驗課程結構，加強幾個方面內容。一是計算機語言方面的知識加強，通過增加1-2門選修課讓學生更好地學習和掌握程序語言的編程技巧，培養學生編程思維，使學生對編程產生興趣；二是具體案例調整，找出學生最容易接受的代碼實現方法，并編寫功能為案例；三是深化地理信息系統、遙感、GPS三方面的開發知識，因地理信息系統二次開發相關功能的實現與“3S”中的基本知識、實現流程密不可分，因此，此方面需要深化學習。四是讓學生到地理信息系統公司進行實習，讓學生將學到的知識與實際需求進行有效結合，讓學生盡快了解行業內的開發方法與流程。

2.優化實驗教學內容，與實際相結合。對于地理信息系統專業而言，二次開發是未來學生就業中必須掌握的一項內容，是學生了解地理信息系統二次開發在各個行業、學科內應用的基本過程，同時也是地理信息系統解決本學科相關問題的關鍵。因此，地理信息系統二次開發實驗課程內容的優化與調整至關重要。對于教學中的地圖瀏覽功能、空間分析功能、數據管理、專題地圖及地圖輸出是地理信息系統二次開發中最為基本的功能，是目前地理信息系統行業中較為常用的幾種開發方法，在教學中將公司中的一些實際開發方法引入實驗課程，并作詳細講解，為學生未來就業提供保障。

（二）提高學生自學輔導力度

地理信息系統二次開發實驗學生自學輔導非常重要，是提高學生自學的主要方式，開發中最主要的方法為程序編寫，而程序的學習除了理論課講解的內容外，還需加大學生自學的力度，通過多讀程序、上機練習、多多思考，逐漸形成編程思維，養成良好的程序編寫習慣。

1.教學主導思想轉變

自學輔導體現的核心思想是以提高學生的能力、智力為主，突出教師的“導”與學生的“學”。ArcEngine軟件在規定的學時限制內很難完成所有內容，因此學生需要在課下時進行自學，配合課堂中實驗教學內容，系統地掌握本實驗中的詳細內容與實際操作方法。

2.實驗教學體系調整

實驗教學的目的是知識的應用及能力的培養，同時也是思維的創新和編程素質的提高過程，地理信息科學專業是以應用型技術為主，因此實驗教學的結果，直接影響到最終教學質量與實踐教學這一關鍵性環節。所以本專業應為學生提供盡可能多的實踐操作機會，使實驗教學的運行模式符合應用環節，最大限度的發掘學生的創新潛力，增強學生開發意識和能力。圍繞“應用型”這一實踐教學目的，采取如下措施：

（1）保證實驗教學環節的進行。實驗教學環節占40%以上，所有實驗、實習和課程設計，從時間、內容、技術等方面保證學生的學習時間。

（2）保證學生學習質量。加大學生實踐力度，對所有實踐環節制定相應考核方法，用定量的方法衡量和保證學生實踐能力的培養。

（3）教學實踐體系與理論教學體系交叉互并。在理論與教學中，尤其是實驗教學中形成理論-實踐-再理論-再實踐的教學模式，提高學生實踐操作能力。

（4）保證實驗教學內容緊緊圍繞技術應用能力為培養目標。重視實驗教學內容，營造地理信息二次開發環境，培養學生理論與實驗緊密結合，用所學理論加之實驗內容，使學生感受和了解地理信息系統中二次開發技術與流程。

3.加強學生自學輔導力度

實踐證明，學生的課下學習內容更為重要，依據當代大學生的認識和發展規律，加大學生課下的學習力度。在培養學生們形成良好的自學習慣的同時，還應培養學生學會利用現有的各種資源，如網絡、論壇及圖書等，從中自學專業相關內容，尤其是地理信息系統二次開發中的編碼技巧與方法，增加學生課后輔導方式，采取課后答疑或是線上答疑。從學校角度來講，應開放實驗室及學生學習資源。如本校目前規定所有院系實驗室將無償對所有專業學生隨時開放，讓學生擁有更好的學習資源。

4.改善上機教學環境。

配備更為專業的實驗教學輔導教師，如在學生編程方面培養時，可引進計算機專業教師，這樣對提高學生編程能力具有重要意義。除此之外，還應改善實驗教學軟硬件環境及案例數據庫，引進專業軟件改善學生上機實驗設備，為學生了解專業編程環境提供良好的平臺。

四、教學改革內容評價

（一）評價指標體系

教學改革內容是否合理與完善，需要進行評估，而評估的首要任務是構建相應的指標體系與評估模型。依據研究中的教學改革內容，設計的教學內容評價體系，其中以及指標包括教學信息收集、教學內容評價、信息反饋；二級指標包括領導聽課、教學檢查、督導檢查、學生信息員、學生評測、單位評估、專業評估、課程評估、同行評估、學校反饋、領導反饋及學生反饋。評價模型采用加權綜合方法對研究內容進行評價。在評價指標數據收集過程中采用定性與定量化兩種方法對各指標體系進行賦值。

（二）評價模型構建

加權綜合評價法對于各指標的一些計算則使用線性加權模型計算指標層對準則層的貢獻度。利用上述構建的評價指標體系與加權綜合評價模型，對本實驗課程教學改革進行評估，得出評估結果為90分（優）。雖然評價結果較優，但在今后實驗教學改革中對實驗改革中還應進行創新性實驗設計，以期為本課程達到最優教學效果。

五、結語

地理信息系統二次開發實驗教學內容突出基礎理論與實驗相結合，因此在實驗教學中需強調開發方法、技術與應用。由于該課程力求讓學生掌握基礎地理信息系統開發方法，熟悉地理信息系統相關行業開發方法、軟件及開發流程。通過研究該實驗課程教學內容，從而使學生能夠真正掌握地理信息系統二次開發內容。通過對地理信息系統二次開發實驗課程內容的更新，積極改革地理信息系統實驗教學內容和教學方法，積極加強學生的自學輔導，改善上機實驗教學環境，配備專業實驗教學輔導教師，等等。

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