地理信息系统二次开发实验教学改革探讨

陈鹏

[摘要]地理信息系统自成立以来，经过十多年的发展，课程体系与培养模式已具备一定规模，但在实践环节仍存在一些问题。针对地理信息系统二次开发实验教学内容、教学方法、教师水平等几个方面提出改革措施与建议，以期更好地培养地理信息科学专业学生二次开发能力，并提供参考依据。

[关键词]地理信息系统；实验教学；ArcEngine

[中图分类号]G642

[文献标识码]A

[文章编号]1671-5918（2018）03-0120-03

地理信息系统是一门实践性、技术性很强的学科，在日常的教学中除了对基本理论的讲解外，还应注重学生的实践能力，即提高学生上机编程操作学时，锻炼学生实际编写代码的能力，使学生形成良好的编程思维与专业素养，这对地理信息系统专业学生未来面向开发岗位时具有重要作用。

一、实验教学内容及教学方法

ArcEngine软件是美国环境系统研究所（ESRI）开发的新一代地理信息系统二次开发组件，目前这款软件在地理信息系统二次开发中已得到广泛应用。吉林师范大学旅游与地理科学学院地理信息科学专业地理信息系统二次开发课程就是用该软件进行理论与实践教学，实验内容分为五个部分，即矢量地图基本操作、空间数据查询、空间分析、专题地图操作、地图输出。课程总学时为84学时，其中理论学时为64学时，上机实验为20学时。其中理论学习内容主要是对地理信息系统二次开发基本理论、方法的讲解，以ArcEngine软件为例。实验内容主要是理论内容的拓展，是学生将理论转化为实践的重要过程。

由于该课程属于操作性较强的课程，理论讲解时需采用多媒体教学方法，实验课程采取上机实践的方式。采用多媒体讲解理论课程的原因是由于本课程中涉及到大量的代码编写和系统界面设计及实现过程，因此，需采用较为直观的教学方法，让学生能对讲解的内容更为清晰的理解；实验教学中采取讲解与实际操作结合的方法，讲解仍以多媒体课件为主，在课件的内容上与理论教学内容课件稍有不同，该课件内容主要是详细的系统功能代码及实现步骤。这部分课件在设计过程中除了满足实验目的、实验要求及实验内容外，还应做到调理清晰、步骤明确、易学易用。随着网络的不断发展，除了理论教学与实践教学外，地理信息系统二次开发课程还可以利用现有的网络资源，在网上搜集相关资料，以及教师上传教学资源，包括学习资料、实习指导书、实例代码等，为学生提供多种可供选择的学习方式，充分体现“互动教学”的特点。

二、基于ArcEngine软件的实验教学内容体系设计

对于地理信息科学专业的学生来说，地理信息系统二次开发中的相关内容，如数据采集、专题地图、空间分析等，须通过实际的上机操作，才能让学生针对具体研究内容，更为详细的了解本学科的相关问题，使学生真正掌握和理解地理信息系统二次开發的本质问题。具体设计实验内容如下：

第一，地图基本操作，让学生掌握利用ArcEngine软件实现地图浏览功能，包括实现地图放大、缩小、漫游及全图显示操作为目的。

第二，空间数据查询，让学生掌握利用ArcEngine软件进行数据加载与查询等为目的。主要内容包括：加载常见的Shape-file、Coverage、PersonalGeodatabase、ArcSDE、TIN、Raster、CAD等数据到ArcEngine软件的地图窗口中；数据查询功能的实现是用户经常使用的内容，如使用Identity、Find工具及IQueryFilter查询接口的使用方法等；让学生学会空间数据的加载与查询功能，为后续的开发提供基础。

第三，空间分析，让学生掌握使用ArcEngine软件实现缓冲区分析、网络分析及叠置分析等功能为目的。要内容有：缓冲区分析功能实现过程为，利用.NET平台中的C#语言编写点、线、面缓冲区功能代码，实现该功能，如河水泛滥影响的范围，利用编写的缓冲区功能实现；网络分析功能代码编写为实现最优路径功能，如从学校到火车站的最优路径选择；叠置分析功能代码编写实现后，利用该功能实现针叶林与阔叶林的混交地带面积。

第四，专题地图制作，让学生掌握ArcEngine软件中专题地图制作器Rendere的使用方法为目的。通过代码与Rendere制作器的讲解，让学生能够使用Rendere进行点密度、饼图、柱状图、玫瑰图、单值图等常见专题图功能实现的代码编写方法，最后讲解专题图的渲染与保存的实现代码。

第五，地图输出，让学生掌握ArcEngine软件地图输出过程中的整饰方法为目的。专题地图输出是实际应用中较为常见的，在输出过程中需要对输出时的坐标、位置、样式等进行设定，利用ArcEngine软件中地图整饰框架（apSurrundFrae）对象中的IapSurrund接口，该接口提供了整饰对象间的公共功能，并可以决定和修改要素的尺寸。同时利用IapSurrund、ISale-Te对JarkerNrthArr等接口定制比例尺与指北针，让学生掌握这些接口实现的代码，按教学要求输出地图。

学生通过上述系统化的上机操作实验，了解地理信息系统二次开发中基本功能实现代码及开发流程，大大激发学生学习的积极性，提高了学生代码学习的能力，拓展了学生的编程思维。

三、实验教学的改革与探讨

（一）地理信息系统二次开发教学内容和方法改革

实验是理论教学内容的重要组成部分，是将理论教学内容转化为动手能力的重要过程]。所以，实验课的内容更为重要，为了更好地让学生掌握编程技巧，除了对教学方法改革外，还应了解教育的对象，设计针对性较强的实验教学内容及操作内容，使学生易学易用，产生兴趣。因此，教学内容与方法是加强实验课程建设的核心工作。为了实现这一核心工作，主要采取两项改革措施，具体如下：

1.实验课程结构调整。通过2-3次的实验教学计划的修订，逐步调整地理信息系统二次开发实验课程结构，加强几个方面内容。一是计算机语言方面的知识加强，通过增加1-2门选修课让学生更好地学习和掌握程序语言的编程技巧，培养学生编程思维，使学生对编程产生兴趣；二是具体案例调整，找出学生最容易接受的代码实现方法，并编写功能为案例；三是深化地理信息系统、遥感、GPS三方面的开发知识，因地理信息系统二次开发相关功能的实现与“3S”中的基本知识、实现流程密不可分，因此，此方面需要深化学习。四是让学生到地理信息系统公司进行实习，让学生将学到的知识与实际需求进行有效结合，让学生尽快了解行业内的开发方法与流程。

2.优化实验教学内容，与实际相结合。对于地理信息系统专业而言，二次开发是未来学生就业中必须掌握的一项内容，是学生了解地理信息系统二次开发在各个行业、学科内应用的基本过程，同时也是地理信息系统解决本学科相关问题的关键。因此，地理信息系统二次开发实验课程内容的优化与调整至关重要。对于教学中的地图浏览功能、空间分析功能、数据管理、专题地图及地图输出是地理信息系统二次开发中最为基本的功能，是目前地理信息系统行业中较为常用的几种开发方法，在教学中将公司中的一些实际开发方法引入实验课程，并作详细讲解，为学生未来就业提供保障。

（二）提高学生自学辅导力度

地理信息系统二次开发实验学生自学辅导非常重要，是提高学生自学的主要方式，开发中最主要的方法为程序编写，而程序的学习除了理论课讲解的内容外，还需加大学生自学的力度，通过多读程序、上机练习、多多思考，逐渐形成编程思维，养成良好的程序编写习惯。

1.教学主导思想转变

自学辅导体现的核心思想是以提高学生的能力、智力为主，突出教师的“导”与学生的“学”。ArcEngine软件在规定的学时限制内很难完成所有内容，因此学生需要在课下时进行自学，配合课堂中实验教学内容，系统地掌握本实验中的详细内容与实际操作方法。

2.实验教学体系调整

实验教学的目的是知识的应用及能力的培养，同时也是思维的创新和编程素质的提高过程，地理信息科学专业是以应用型技术为主，因此实验教学的结果，直接影响到最终教学质量与实践教学这一关键性环节。所以本专业应为学生提供尽可能多的实践操作机会，使实验教学的运行模式符合应用环节，最大限度的发掘学生的创新潜力，增强学生开发意识和能力。围绕“应用型”这一实践教学目的，采取如下措施：

（1）保证实验教学环節的进行。实验教学环节占40%以上，所有实验、实习和课程设计，从时间、内容、技术等方面保证学生的学习时间。

（2）保证学生学习质量。加大学生实践力度，对所有实践环节制定相应考核方法，用定量的方法衡量和保证学生实践能力的培养。

（3）教学实践体系与理论教学体系交叉互并。在理论与教学中，尤其是实验教学中形成理论-实践-再理论-再实践的教学模式，提高学生实践操作能力。

（4）保证实验教学内容紧紧围绕技术应用能力为培养目标。重视实验教学内容，营造地理信息二次开发环境，培养学生理论与实验紧密结合，用所学理论加之实验内容，使学生感受和了解地理信息系统中二次开发技术与流程。

3.加强学生自学辅导力度

实践证明，学生的课下学习内容更为重要，依据当代大学生的认识和发展规律，加大学生课下的学习力度。在培养学生们形成良好的自学习惯的同时，还应培养学生学会利用现有的各种资源，如网络、论坛及图书等，从中自学专业相关内容，尤其是地理信息系统二次开发中的编码技巧与方法，增加学生课后辅导方式，采取课后答疑或是线上答疑。从学校角度来讲，应开放实验室及学生学习资源。如本校目前规定所有院系实验室将无偿对所有专业学生随时开放，让学生拥有更好的学习资源。

4.改善上机教学环境。

配备更为专业的实验教学辅导教师，如在学生编程方面培养时，可引进计算机专业教师，这样对提高学生编程能力具有重要意义。除此之外，还应改善实验教学软硬件环境及案例数据库，引进专业软件改善学生上机实验设备，为学生了解专业编程环境提供良好的平台。

四、教学改革内容评价

（一）评价指标体系

教学改革内容是否合理与完善，需要进行评估，而评估的首要任务是构建相应的指标体系与评估模型。依据研究中的教学改革内容，设计的教学内容评价体系，其中以及指标包括教学信息收集、教学内容评价、信息反馈；二级指标包括领导听课、教学检查、督导检查、学生信息员、学生评测、单位评估、专业评估、课程评估、同行评估、学校反馈、领导反馈及学生反馈。评价模型采用加权综合方法对研究内容进行评价。在评价指标数据收集过程中采用定性与定量化两种方法对各指标体系进行赋值。

（二）评价模型构建

加权综合评价法对于各指标的一些计算则使用线性加权模型计算指标层对准则层的贡献度。利用上述构建的评价指标体系与加权综合评价模型，对本实验课程教学改革进行评估，得出评估结果为90分（优）。虽然评价结果较优，但在今后实验教学改革中对实验改革中还应进行创新性实验设计，以期为本课程达到最优教学效果。

五、结语

地理信息系统二次开发实验教学内容突出基础理论与实验相结合，因此在实验教学中需强调开发方法、技术与应用。由于该课程力求让学生掌握基础地理信息系统开发方法，熟悉地理信息系统相关行业开发方法、软件及开发流程。通过研究该实验课程教学内容，从而使学生能够真正掌握地理信息系统二次开发内容。通过对地理信息系统二次开发实验课程内容的更新，积极改革地理信息系统实验教学内容和教学方法，积极加强学生的自学辅导，改善上机实验教学环境，配备专业实验教学辅导教师，等等。

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