地理信息系统专业实验课程的优化设计

2015-05-08蔡忠亮李小欢谢彩云杜清运

测绘通报 2015年7期

关键词：课程内容课程体系内容

蔡忠亮，李小欢，谢彩云，杜清运

(武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079)

地理信息系统专业实验课程的优化设计

蔡忠亮，李小欢，谢彩云，杜清运

(武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079)

分析了目前地理信息系统(GIS)专业实验课程的特点及存在问题，并在充分考虑实验课程的关系、内容衔接及课程发展等问题的基础上，根据GIS人才培养需求及专业发展特点，对本专业实验课程体系进行了优化设计，并对相应实验课程内容进行了调整。以武汉大学GIS专业的实验课程为例，研究了实验课程的优化设计方案。该研究成果被应用到2013 GIS专业培养方案设计工作中。

地理信息系统；实验课程；优化设计；体系化

一、引言

地理信息系统(GIS) 是一门技术性、实践性很强的学科专业，实践教学在该课程的教学中起着重要的作用[1]。GIS具有理工结合的特点，注重以数学培养学生的思维，以计算机科学与技术培养学生的实践技能，以地理学培养专业理论基础，以GIS培养学生的专业知识及技能。学习GIS需要学生掌握从空间数据获取、加工、处理、存储、更新到开发和应用全过程的知识和技能[2]，必须加强学习高等数学和物理基础课程，保证对计算机专业、测绘遥感专业和地理专业的基础知识学习。

GIS课程教学具有多学科集成、渗透性强、理论性与应用性并重、发展速度快、内容更新快等特点[3]。它与计算机技术紧密结合，在课程安排上强调教学的实践环节，以及课程开设的顺序与衔接问题，且需加强计算机教学[4]。

现有的GIS专业实验课程数目和内容都比较多，某些实验课程之间存在内容陈旧、内容设计重叠、内容衔接不上、技术方法陈旧且不一致等问题，尤其是新技术对现有实验课程内容采用的技术方法提出了新的更高要求。因此，本文通过研究GIS专业的理工并举的专业特点及专业人才培养模式，对GIS专业实验课程内容的体系化设计进行探索，初步形成完整统一的新技术方法支持下的实验课程内容体系架构，并设计各实验课程内容及技术方法，为GIS专业系列实验课程内容建设提供思路。

二、GIS实验课程特点及现存问题分析

1.GIS实验课程内容及特点

目前武汉大学本科生实验课程主要有GIS原理与应用、面向对象程序设计、GIS图形算法基础、GIS软件开发技术、GIS工程设计、数字地图制图原理、GIS课程设计等。它们分别从程序设计、算法、软件工程、工程管理、制图学等方面为GIS的学习提供思路和方法。实验课程的内容及时间安排见表1。

目前实验课程的体系及内容设置是按照现行GIS专业本科人才培养方案进行设计的，基本满足了学生理论知识的实践、专业思维的培养、关键技术的掌握等要求。

2.现存问题及分析

上述实验课程都有各自不同的侧重点，都是GIS学习的重要内容，涵盖了数学、计算机、制图学等领域，对GIS的学习和实验操作都有很好的指导意义。但这些实验课程存在内容部分重叠、课程衔接不够紧密等问题，具体包括以下内容：

1) 实验课程安排缺乏系统性。实验过程中出现一门课程的实习结果可满足多门课程的实习要求，学生对GIS知识的整体性和体系化了解并没有达到预期的学习效果。在实验课程中，没有强化各思想方法在GIS中的应用，与GIS联系不紧密，实验课程的作用未充分发挥。

2) 部分实验课程的实习要求没有纳入新技术的学习。GIS与计算机、测绘、遥感、地图学、地理学等学科联系紧密，这些学科领域的思想和技术都发展迅速，GIS应用的深度和广度也在不断扩大[6-7]，但有的实验课程还未增加新技术的学习，有的则是过分注重理论思想，采用的仍是老的开发技术。

表1 GIS实验课程的内容与时间安排[5]

3) 实验课程的完整性需要进一步加强。部分理论课程缺乏相关实验内容，如空间数据库课程，GIS对数据的依赖性很大，目前的实验课程缺乏有关地理空间数据获取、加工、处理、存储等内容。同时，随着新技术的不断发展，相关的学科技术应运而生，需要同步新增实验课程来深入学习。

为了改善上述问题，需要对目前的实验课程体系进行优化，充分考虑实验课程开设的顺序、新技术学习和空间数据库的内容，使学生从各实验课程的学习中深刻理解GIS的含义。

三、GIS实验课程体系的优化

对实验课程进行优化，首先要明确GIS专业课程的体系安排。实验课程从实验内容的难易程度上分为基础、提高、创新3类[8]。基础性实验要求学生掌握该课程基本的理论、技术和方法，能完成基本的软件操作、程序设计和算法实现等；提高性实验鼓励学生更加深入地学习并实践所学课程，能更熟练地操作软件，设计更简洁的程序、算法，挑战更有难度的课程内容等；创新性实验培养学生的创新精神，让学生在对所学课程知识融会贯通的基础上，创新设计并灵活实现实验内容。对实验课程按实验层次和涉及内容又可分为课程单元实验课、综合实验课、课程设计实验课3类[9]。单元实验课与课堂教学穿插进行，能让学生及时将课堂所学进行实践，加深对课堂所学知识、技术的理解；综合实验课是在课堂教学结束、学生对整个课程内容有一个整体把握之后进行的小型集中实验，能让学生从宏观上了解实验流程、掌握相关技术；课程设计实验课是大型的集中实验，要求学生在规定的时间内完成课程设计任务，或分组或独立进行，让学生在解决实际课题的过程加深对专业知识的理解，提高了学生的积极性，培养了学生或独立或协同合作解决实际问题的能力。

对实验课程进行设计调整，要注意课程的实验方法、衔接等问题，避免重复；课程内容需进行从基础、提高到创新的弹性设计，以适应不同能力的学生学习。实验课程的设计调整具体包括以下内容：

1) 对实验课程进行系统性设计。在实验课程中，强化各课程的思想方法在GIS中的具体应用，将理论与实际结合，充分体现实验课程的价值。加强各课程小组的沟通联系，使其更加明确各课程内容的侧重点，在选择实施技术时要基于不同课程尽可能统一、技术的先进性和适宜性、良好的开发思想等基本原则，对使用的软件、采用的语言、提交的成果等都要进行深入的讨论并统一规划，使各实验课程相互独立又紧密联系[10]，形成统一的整体。

2) 对实验课程纳入新技术的学习。在教授基本理论知识的基础上，GIS课程设计要与时俱进，让学生了解到当前GIS的主流技术与发展前景，激发学生的积极性与创造性。

3) 对实验课程进行新增、顺序调整等优化。在对GIS的发展历程深入研究的基础上，结合学生在学习过程中的反馈，建设性地新增部分实验课程，加强对GIS人才能力的培养，并从整体上对实验课程的顺序进行调整，让学生循序渐进地掌握知识和技能。

对实验课程进行顺序调整，按从易到难，从局部到整体的思路，优化后的实验课程体系见表2。

表2 优化的GIS实验课程体系

与原有的实验课程安排相比，优化后的实验课程体系从整体上考虑了各课程的侧重点，更强调课程之间的独立性与衔接性。软件应用类实验课程强调软件内容与对应理论课程内容的衔接和软件技术的现势性。设计开发类的实验课程更加强调技术方法的统一性，相关的实验课围绕GIS专业所学技术方法，实验内容上强调统一基于C、C++、C#等开发语言和ArcGIS Engine等GIS控件，采用面向对象等设计方法，针对GIS模型算法、GIS软件、GIS工程等进行设计开发。另外，随着GIS技术及应用的快速发展，教学实践课程根据培养需要增加了移动GIS系统开发内容的学习，并新增了空间数据库与网络GIS的实验课程等。

四、结束语

GIS专业定位于培养理工结合的复合型人才，使学生具备理科的科学思维和工科的实践技能。学习地理学相关的知识是培养学生发现问题的能力，学习GIS技术是培养学生解决问题的能力。因此，设计科学合理的实验课程是有效提高学生实践技能的重要途径。本文在分析现有实验课程体系的特点及存在问题的基础上，结合GIS专业培养特点，对实验课程体系进行了优化设计，使GIS实验课程更加体系化和体现课程内容的现势性，以适应技术发展的新要求和社会对人才培养的新需求。随着GIS专业及其理论课程体系的发展变化，实验课程体系和内容也将随之进行相应的调整和更新，笔者也将不断探索和总结经验，以构建更科学合理的实验课程体系，服务于GIS专业人才实践能力的培养。

[1] 王玲, 王月健, 刘琳.地理信息系统课程实践教学的改革与探索[J].兵团教育学院学报，2007, 17(6): 55-57.

[2] 李德仁.发展我国 GIS高等教育的思考[J].测绘科学, 2003, 28(4): 4-5.

[3] 盛业华, 郭达志, 杜培军.地理信息系统课程教育的实践与思考[J].测绘通报, 2000(6): 40-42.

[4] 钱乐祥, 秦奋, 许叔明, 等.地理信息系统专业教育的实践与思考[J].测绘科学, 2002, 27(1): 54-58.

[5] 教务部.武汉大学本科人才培养方案(2010版)[M].武汉: 武汉大学出版社, 2010.

[6] 吕秀琴, 艾自兴.“地理信息系统课程设计”教学内容和模式探讨[J].实验技术与管理, 2012, 29(1): 165-167.

[7] 钟志农, 李军, 陈荦.“地理信息系统”课程教学方法研究——以国防科学技术大学为例[J].当代教育论坛: 综合版, 2010(12): 118-120.

[8] 范况生, 王珍.地理信息系统课程实验教学改革研究[J].商丘师范学院学报, 2013, 29(6): 115-117.

[9] 郑贵洲, 赵雷.地理信息系统(GIS)专业实践教学系统构建[J].测绘科学, 2010, 35(5): 250-253.

[10] 田雨, 郑文华, 卢秀山, 等.“地理信息系统 GIS”课程实验教学体系改革[J].实验室研究与探索, 2007, 25(11): 1426-1428.

Optimization Design of Experimental Curriculum of GIS

CAI Zhongliang，LI Xiaohuan，XIE Caiyun，DU Qingyun