艾明耀，潘 勵，張 豐，孫朝輝，劉 敏，胡慶武

(武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079)

卓越工程師能力考核探討與分析
——以“GIS原理課程設計”為例

艾明耀，潘 勵，張 豐，孫朝輝，劉 敏，胡慶武

(武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079)

實踐教學是理工科學生實踐能力培養(yǎng)的關鍵一環(huán)。本文探討了“GIS原理課程設計”實踐課程的考核方式，對武漢大學遙感科學與技術(shù)專業(yè)的特色進行了分析，設計了一套面向卓越GIS工程師能力培養(yǎng)的考核模式，并對考核方式進行了分析。本文提出的考核模式改進了課程設計的考核形式，對相關專業(yè)的培養(yǎng)模式革新有一定的參考意義。

考核模式；課程設計；GIS原理；能力培養(yǎng)

一、引 言

2010年6月教育部啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)，旨在培養(yǎng)造就一大批面向工業(yè)界、面向世界、面向未來、創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

2012年2月，武漢大學遙感科學與技術(shù)專業(yè)(以下簡稱遙感專業(yè))入選國家“卓越計劃”。武漢大學遙感信息工程學院作為該計劃的實施單位，確立了遙感專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)目標：面向國家空間信息基礎設施建設的需要，培養(yǎng)掌握遙感科學基本理論、方法和技術(shù)，具備良好的人文素養(yǎng)，具有空間信息獲取、處理、分析和應用專業(yè)知識，擁有較強工程實踐能力、知識更新與自我完善能力、良好溝通與組織管理能力和國際視野的遙感科學與技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

在遙感專業(yè)的課程中，“地理信息系統(tǒng)原理”(以下簡稱“GIS原理”)課程內(nèi)容基本涵蓋了遙感專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)宗旨內(nèi)的空間信息獲取、處理、分析和應用專業(yè)知識，對學生建立起空間信息獲取—處理—分析—應用的框架和理念具有重要基礎作用。其對應的實踐環(huán)節(jié)“地理信息系統(tǒng)原理課程設計”(以下簡稱“GIS原理課程設計”)則培養(yǎng)學生對于空間數(shù)據(jù)和信息獲取、轉(zhuǎn)換、存儲、處理、分析、應用的能力，從而使學生具備初步的工程實踐能力和問題分析能力。

針對卓越GIS工程師的要求，本文首先對“GIS原理課程設計”這一基礎而重要的綜合性專業(yè)實踐課程的考核方式進行探討，然后介紹了所設計的培養(yǎng)學生GIS數(shù)據(jù)獲取、轉(zhuǎn)換、存儲、處理、表達和分析能力的考核方式，并對學生考核的結(jié)果進行了分析。

二、“GIS原理課程設計”考核方式探討

眾多高校教師對“GIS原理課程設計”的考核方式進行了研究，作了大量的探討，給出了良好的建議。一些教師對于這一實踐課程的考核方式作了方向性的描述，部分教師還給出了可供參考的考核方式。如黨安榮等采用練習作業(yè)和課程考核相結(jié)合的方式[1]，鄧美容等將成績分為階段性考核和總評匯報兩部分[2]，周麗娜等通過實習報告來考察學生的實踐成果[3]，肖洪等則通過PPT答辯的方式對學生考核[4]，羅紅霞等考察了GIS專業(yè)畢業(yè)實習的方式對GIS原理課程設計考核方式制定的參考意義[5]。更多的教師則提出考核方式應多樣化，將教師擬題、學生自選、企業(yè)兼職教師考核多種出題方式結(jié)合，采用練習作業(yè)、口試、課堂討論、答辯等多種考察方式[6-9]。龔俊等認為應建立科學明確的考核方式和評分標準，檢驗實驗教學的效果，以便全面地體現(xiàn)學生掌握知識的水平、能力強弱和素質(zhì)的高低[10]；張飛則提出“基于能力的考核體系構(gòu)建”，設計一種能力評價指標體系，結(jié)合具體實驗項目對學生進行主動實驗能力和實驗效果的考核，激發(fā)和培養(yǎng)學生的主動性實踐能力[11]。

由于不同學校的專業(yè)背景和相關學科的構(gòu)成不一樣，GIS原理課程設計的內(nèi)容不盡相同，因而考核內(nèi)容和考核方式亦有所區(qū)別。這些探索和研究為深入設計這一實踐課程的考核內(nèi)容和考核方式提供了參考依據(jù)和思考的方向。對于具體的可操作的考核方式還需高校教師集思廣益，探索符合自身專業(yè)結(jié)構(gòu)的考核模式。

武漢大學遙感專業(yè)的“GIS原理課程設計”是為配合“GIS原理”這一理論課程而開設的，其目的是培養(yǎng)學生GIS的實際動手能力，訓練學生解決實際空間問題的思維能力。實習要求學生對地理信息系統(tǒng)的基本概念、地圖制作、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)的錄入及編輯、空間數(shù)據(jù)的預處理、空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)二三維顯示等基本理論和操作方法理解和掌握。

當前遙感專業(yè)“GIS原理課程設計”的教學形式為集中上機實習和操作，內(nèi)容則由軟件基礎知識、空間數(shù)據(jù)的錄入及編輯、空間數(shù)據(jù)預處理、空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)顯示與地圖編制、課程考核7個單元組成，共14個學時，每學時4個課時。課程設計的主要軟件平臺為Geoway和ArcGIS。

在實踐過程中，指導教師講解每部分的實踐操作內(nèi)容，告知學生各單元在實際工作的作用，引導學生對各單元內(nèi)容的興趣，使學生對于學習和實踐內(nèi)容有更明確的理解。每個單元均有步驟詳細的實習指導書供學生參考和實踐，學生在學習過程中遇到問題可以隨時與同學或老師進行交流，同時部分同學可以針對每個單元或某一具體問題向全班同學講述學習中的體會、收獲和心得。對于講述的學生來說，這是一次學習內(nèi)容的總結(jié)和自身能力的提升；對于傾聽的同學來說，這是一次交流和思考的機會，梳理自己的學習進度和學習體會。

近幾年來，遙感專業(yè)“GIS原理課程設計”考核的內(nèi)容和要求不盡相同，一直在改革和發(fā)展中，主要針對前述6個專題的部分內(nèi)容或多個專題內(nèi)容另行給出數(shù)據(jù)，檢查學生數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，并給出考核成績，重點在于空間數(shù)據(jù)采集和表達?？己瞬糠终?～3個學時。

當前課程設計形式多樣，內(nèi)容飽滿充實，覆蓋了GIS原理課程的內(nèi)容和知識點。課程設計不僅僅提供對GIS理論課程內(nèi)容進行驗證的試驗，還需要學生主動思考空間信息處理的過程，把握空間信息流轉(zhuǎn)的過程。而從考核內(nèi)容來看，考核并沒有完全達到實際的效果，內(nèi)容不足以評判學生學習的全面成果，還需借助實習報告來輔助評定學生學習的收獲。從實際教學和學習效果來看，此考核方式并不能完全考查學生學習的情況，且體現(xiàn)不出學生在課程設計中習得的理論知識和技能水平。

三、卓越GIS工程師能力考核方式設計

為了全面考查學生所習得的理論和實踐操作知識，本文提出了一套面向工程實踐能力的考核方式和評分標準，考查學生對空間數(shù)據(jù)獲取、編輯、處理、建庫、地圖制圖、空間分析、三維可視化等基本理論的掌握程度和實踐操作水平，見表1。

表1 考核模式結(jié)構(gòu)

1.數(shù)據(jù)采集與準備

考核數(shù)據(jù)采用課程設計中“空間數(shù)據(jù)的錄入”單元中通過Geoway軟件矢量化的6個千米格網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)采集完整、正確，本部分實際是對地圖識圖、用圖、Geoway軟件操作、地圖制圖等能力的考察。

2.空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

考查學生建立空間數(shù)據(jù)庫的能力，考核重點在于數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的坐標系、數(shù)據(jù)存放的規(guī)范。

3.數(shù)據(jù)編輯

考查學生對ArcGIS中數(shù)據(jù)幾何編輯、拓撲檢查和編輯等數(shù)據(jù)處理能力。

4.地圖制圖

要求學生配置空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)圖層顯示的屬性(包括符號、顏色、線型、線寬等)，整體考慮地圖各圖層制圖效果。學生可參看百度、Google、搜狗等網(wǎng)絡地圖制作美觀的地圖。

5.TIN與DEM

要求學生生成當前區(qū)域的DEM和TIN，且DEM的分辨率為5 m，此部分主要考查學生對于矢量柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析，以及三維分析的能力。

6.三維可視化

要求學生利用ArcScene建立區(qū)域三維虛擬場景，包括三維地形、房屋和植被等地物類型的三維展示，以考核學生對已有數(shù)據(jù)的拓展表達能力。

7.空間分析

要求學生根據(jù)實習內(nèi)容、矢量化數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)特性，自擬分析主題，通過ArcGIS的空間分析功能得出結(jié)論。此部分為綜合創(chuàng)新設計題，充分展現(xiàn)學生的專業(yè)素養(yǎng)，鍛煉其空間思維和實踐能力。

考核方式開放自主，學生可以自由討論，查閱資料。學生自主把握考核進程，僅需在規(guī)定的時間內(nèi)自主完成考核要求。

這一考核模式將學生實踐的中間成果數(shù)據(jù)用于考核，數(shù)據(jù)處理過程層層遞進；學生可以體會到數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)化，可將所學習的理論知識和實踐操作技能完整地結(jié)合起來，將GIS的構(gòu)成角色全部串聯(lián)，因此全面地考察了課程設計的內(nèi)容，并給予學生充分發(fā)揮自身優(yōu)勢、展示自身能力的空間。

四、考核結(jié)果分析

考核模式設計需要學生實踐來反饋其效果。針對2013年遙感專業(yè)62名同學的考核結(jié)果，本文從學生成績分析、實習報告中的體會兩個方面對該考核模式進行了分析。

1.學生成績分析

在本文進行的試驗中，考核評分過程總體偏嚴，有70%的同學考核成績優(yōu)秀(80～100分)，此外60～69分2人，70～79分18人?？己顺煽兛傮w呈現(xiàn)正態(tài)分布，正態(tài)分布中心在80～84分區(qū)間，成績分布較為合理。由此說明大多數(shù)同學完成了考核內(nèi)容，達到了考核要求，未能達到全優(yōu)的主要因素為數(shù)據(jù)編輯不夠細致，以及空間分析過程和結(jié)果描述不夠清晰。62名同學各部分得分結(jié)果分布如圖1所示。

圖1 考核成績分布圖

由圖1可知，絕大多數(shù)同學能夠采集完整的數(shù)據(jù)，因而得分主要在18分左右，只有一人得分為12分，空間數(shù)據(jù)存儲和建庫部分失分的來源為數(shù)據(jù)坐標系錯誤和數(shù)據(jù)存放雜亂等細節(jié)因素；大部分同學在地圖制圖方面著力不多，但也完成了基本要求。上文已經(jīng)提及部分同學在數(shù)據(jù)編輯部分一些細節(jié)沒有注意，導致不必要的失分；部分同學在DEM＆TIN部分未能按照要求輸出正確格式的符合分辨率的TIF文件，導致丟失了3分。三維地形可視化考察點主要在于數(shù)據(jù)的加載、渲染和高程維夸大顯示，部分同學數(shù)據(jù)路徑不正確導致扣分，部分同學地形圖與高程數(shù)據(jù)不疊合導致失分?？臻g分析的成績說明大部分同學能夠在短時間內(nèi)能針對自己編輯的數(shù)據(jù)提煉實際問題、提出解決思路和方案?？傮w而言，各部分得分情況在預期內(nèi)，在評分偏嚴的前提下分布仍較為合理。本文設計的考核模式達到了預期的效果。

2.實習報告體會

幾乎所有學生在實習報告中談到了實習中收獲了很多，不僅對GIS相關原理的理解更加深入，而且掌握了兩種GIS軟件的操作和使用，習得了GIS實戰(zhàn)技能。少部分同學談到了考核對于課程設計的意義：對課程設計中學習的知識和能力進行了全面的考察，同時也提升了GIS軟件的操作能力和GIS數(shù)據(jù)的處理能力。

縱觀考核模式和學生表現(xiàn)，本文提出的考核方式將實習考核與實習總結(jié)相統(tǒng)一，以考促學?？己藘?nèi)容通過數(shù)據(jù)流的方式將GIS的各個部分有機地結(jié)合為一體，將課程設計實習內(nèi)容和要求完整地展現(xiàn)給學生?？己藘?nèi)容不僅有基礎軟件操作和GIS數(shù)據(jù)處理，也包含了設計創(chuàng)新型的自主空間分析。在這一模式和流程中，學生獨立分析地理空間問題，尋找解決方案和思路，并動手解決問題。此實踐過程培養(yǎng)了學生綜合運用知識、創(chuàng)新思考的能力，同時對于提高課程設計的質(zhì)量也頗有裨益。

五、結(jié)束語

本文設計的GIS原理課程設計考核方式在武漢大學遙感專業(yè)得到了驗證，由于本專業(yè)的課程體系與其他學校的相同專業(yè)并不一致，因而，本文設計的考核方式并不能完全適用于其他學?；?qū)I(yè)。本文提出的考核方式目的是培養(yǎng)面向GIS數(shù)據(jù)和軟件、分析等方面應用能力的卓越工程師人才，且結(jié)合了遙感專業(yè)的專業(yè)特色，因而具有一定的參考意義。當前的考核模式還需進一步完善，從深度和廣度上進一步擴展，細致編排內(nèi)容，以適應GIS學科的發(fā)展，真正面向卓越GIS工程師的培養(yǎng)。

致謝:感謝北京吉威時代軟件技術(shù)有限公司和Esri(中國)信息技術(shù)有限公司為本校提供的軟件和數(shù)據(jù)支持。

[1] 黨安榮，劉釗，賈海峰.面向應用的高校GIS教學探索與實踐[J].地理信息世界，2007，4(2)：9-14.

[2] 鄧美容，鄭文武，劉曉燕.基于項目課題模式的“GIS原理”實驗課程設計[J].電腦知識與技術(shù)，2013，9 (8)：1828-1830.

[3] 周麗娜，謝樹春.測繪工程專業(yè)中GIS課程的教學改革探討[J].地理空間信息，2007，5(5)：124-126.

[4] 肖洪，代翔宇.地理信息系統(tǒng)專業(yè)實踐教學模式改革研究——以“GIS軟件及其應用”課程為例[J].測繪與空間地理信息，2012，35(2)：1-3，7.

[5] 羅紅霞，鄒揚慶，余天霞，等.地理信息系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)實習的改革實踐與成效[J].西南師范大學學報：自然科學版，2013，38(10)：169-174.

[6] 程先富，呂成文，趙萍，等.GIS課程實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25(6)：16-18.

[7] 柯麗娜，李家，王方雄.基于ArcGIS的地理信息系統(tǒng)軟件實驗教學模式初探[J].地理空間信息，2012，10 (6)：172-173，176.

[8] 黎華，吳浩，池秀文.以卓越工程師為培養(yǎng)目標的GIS專業(yè)實踐教學改革研究初探[J].課程教育研究，2012 (7)：3-4.

[9] 聶運菊，程朋根，蒲曉晨，等.淺談GIS專業(yè)本科人才培養(yǎng)問題[J].測繪通報，2014(4)：129-131.

[10] 龔俊，柯勝男，鄭林.能力培養(yǎng)導向的GIS專業(yè)實踐教學體系研究[J].教學研究，2010，33(2)：58-62.

[11] 張飛.GIS本科專業(yè)基于能力評估的實踐教學體系構(gòu)建[J].教育教學論壇，2013(8)：96-97.

Discussion and Analysis for Assessment of Excellent Engineers’Ability——In Case of the GIS Curriculum Design

AI Mingyao，PAN Li，ZHANG Feng，SUN Chaohui，LIU Min，HU Qingwu

G64

B

0494-0911(2014)11-0123-04

2014-05-15

國家教育部2012年度“本科教學工程”項目

艾明耀(1988—)，男，湖北天門人，碩士，主要從事實踐教學工作。

艾明耀，潘勵，張豐，等.卓越工程師能力考核探討與分析——以《GIS原理課程設計》為例[J].測繪通報，2014(11)：123-126.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0380