蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079)

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地理信息系統(tǒng)專業(yè)實驗課程的優(yōu)化設計

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，杜清運

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079)

分析了目前地理信息系統(tǒng)(GIS)專業(yè)實驗課程的特點及存在問題，并在充分考慮實驗課程的關系、內(nèi)容銜接及課程發(fā)展等問題的基礎上，根據(jù)GIS人才培養(yǎng)需求及專業(yè)發(fā)展特點，對本專業(yè)實驗課程體系進行了優(yōu)化設計，并對相應實驗課程內(nèi)容進行了調(diào)整。以武漢大學GIS專業(yè)的實驗課程為例，研究了實驗課程的優(yōu)化設計方案。該研究成果被應用到2013 GIS專業(yè)培養(yǎng)方案設計工作中。

地理信息系統(tǒng)；實驗課程；優(yōu)化設計；體系化

一、引 言

地理信息系統(tǒng)(GIS) 是一門技術性、實踐性很強的學科專業(yè)，實踐教學在該課程的教學中起著重要的作用[1]。GIS具有理工結(jié)合的特點，注重以數(shù)學培養(yǎng)學生的思維，以計算機科學與技術培養(yǎng)學生的實踐技能，以地理學培養(yǎng)專業(yè)理論基礎，以GIS培養(yǎng)學生的專業(yè)知識及技能。學習GIS需要學生掌握從空間數(shù)據(jù)獲取、加工、處理、存儲、更新到開發(fā)和應用全過程的知識和技能[2]，必須加強學習高等數(shù)學和物理基礎課程，保證對計算機專業(yè)、測繪遙感專業(yè)和地理專業(yè)的基礎知識學習。

GIS課程教學具有多學科集成、滲透性強、理論性與應用性并重、發(fā)展速度快、內(nèi)容更新快等特點[3]。它與計算機技術緊密結(jié)合，在課程安排上強調(diào)教學的實踐環(huán)節(jié)，以及課程開設的順序與銜接問題，且需加強計算機教學[4]。

現(xiàn)有的GIS專業(yè)實驗課程數(shù)目和內(nèi)容都比較多，某些實驗課程之間存在內(nèi)容陳舊、內(nèi)容設計重疊、內(nèi)容銜接不上、技術方法陳舊且不一致等問題，尤其是新技術對現(xiàn)有實驗課程內(nèi)容采用的技術方法提出了新的更高要求。因此，本文通過研究GIS專業(yè)的理工并舉的專業(yè)特點及專業(yè)人才培養(yǎng)模式，對GIS專業(yè)實驗課程內(nèi)容的體系化設計進行探索，初步形成完整統(tǒng)一的新技術方法支持下的實驗課程內(nèi)容體系架構(gòu)，并設計各實驗課程內(nèi)容及技術方法，為GIS專業(yè)系列實驗課程內(nèi)容建設提供思路。

二、GIS實驗課程特點及現(xiàn)存問題分析

1.GIS實驗課程內(nèi)容及特點

目前武漢大學本科生實驗課程主要有GIS原理與應用、面向?qū)ο蟪绦蛟O計、GIS圖形算法基礎、GIS軟件開發(fā)技術、GIS工程設計、數(shù)字地圖制圖原理、GIS課程設計等。它們分別從程序設計、算法、軟件工程、工程管理、制圖學等方面為GIS的學習提供思路和方法。實驗課程的內(nèi)容及時間安排見表1。

目前實驗課程的體系及內(nèi)容設置是按照現(xiàn)行GIS專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案進行設計的，基本滿足了學生理論知識的實踐、專業(yè)思維的培養(yǎng)、關鍵技術的掌握等要求。

2.現(xiàn)存問題及分析

上述實驗課程都有各自不同的側(cè)重點，都是GIS學習的重要內(nèi)容，涵蓋了數(shù)學、計算機、制圖學等領域，對GIS的學習和實驗操作都有很好的指導意義。但這些實驗課程存在內(nèi)容部分重疊、課程銜接不夠緊密等問題，具體包括以下內(nèi)容：

1) 實驗課程安排缺乏系統(tǒng)性。實驗過程中出現(xiàn)一門課程的實習結(jié)果可滿足多門課程的實習要求，學生對GIS知識的整體性和體系化了解并沒有達到預期的學習效果。在實驗課程中，沒有強化各思想方法在GIS中的應用，與GIS聯(lián)系不緊密，實驗課程的作用未充分發(fā)揮。

2) 部分實驗課程的實習要求沒有納入新技術的學習。GIS與計算機、測繪、遙感、地圖學、地理學等學科聯(lián)系緊密，這些學科領域的思想和技術都發(fā)展迅速，GIS應用的深度和廣度也在不斷擴大[6-7]，但有的實驗課程還未增加新技術的學習，有的則是過分注重理論思想，采用的仍是老的開發(fā)技術。

表1 GIS實驗課程的內(nèi)容與時間安排[5]

3) 實驗課程的完整性需要進一步加強。部分理論課程缺乏相關實驗內(nèi)容，如空間數(shù)據(jù)庫課程，GIS對數(shù)據(jù)的依賴性很大，目前的實驗課程缺乏有關地理空間數(shù)據(jù)獲取、加工、處理、存儲等內(nèi)容。同時，隨著新技術的不斷發(fā)展，相關的學科技術應運而生，需要同步新增實驗課程來深入學習。

為了改善上述問題，需要對目前的實驗課程體系進行優(yōu)化，充分考慮實驗課程開設的順序、新技術學習和空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，使學生從各實驗課程的學習中深刻理解GIS的含義。

三、GIS實驗課程體系的優(yōu)化

對實驗課程進行優(yōu)化，首先要明確GIS專業(yè)課程的體系安排。實驗課程從實驗內(nèi)容的難易程度上分為基礎、提高、創(chuàng)新3類[8]?；A性實驗要求學生掌握該課程基本的理論、技術和方法，能完成基本的軟件操作、程序設計和算法實現(xiàn)等；提高性實驗鼓勵學生更加深入地學習并實踐所學課程，能更熟練地操作軟件，設計更簡潔的程序、算法，挑戰(zhàn)更有難度的課程內(nèi)容等；創(chuàng)新性實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，讓學生在對所學課程知識融會貫通的基礎上，創(chuàng)新設計并靈活實現(xiàn)實驗內(nèi)容。對實驗課程按實驗層次和涉及內(nèi)容又可分為課程單元實驗課、綜合實驗課、課程設計實驗課3類[9]。單元實驗課與課堂教學穿插進行，能讓學生及時將課堂所學進行實踐，加深對課堂所學知識、技術的理解；綜合實驗課是在課堂教學結(jié)束、學生對整個課程內(nèi)容有一個整體把握之后進行的小型集中實驗，能讓學生從宏觀上了解實驗流程、掌握相關技術；課程設計實驗課是大型的集中實驗，要求學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成課程設計任務，或分組或獨立進行，讓學生在解決實際課題的過程加深對專業(yè)知識的理解，提高了學生的積極性，培養(yǎng)了學生或獨立或協(xié)同合作解決實際問題的能力。

對實驗課程進行設計調(diào)整，要注意課程的實驗方法、銜接等問題，避免重復；課程內(nèi)容需進行從基礎、提高到創(chuàng)新的彈性設計，以適應不同能力的學生學習。實驗課程的設計調(diào)整具體包括以下內(nèi)容：

1) 對實驗課程進行系統(tǒng)性設計。在實驗課程中，強化各課程的思想方法在GIS中的具體應用，將理論與實際結(jié)合，充分體現(xiàn)實驗課程的價值。加強各課程小組的溝通聯(lián)系，使其更加明確各課程內(nèi)容的側(cè)重點，在選擇實施技術時要基于不同課程盡可能統(tǒng)一、技術的先進性和適宜性、良好的開發(fā)思想等基本原則，對使用的軟件、采用的語言、提交的成果等都要進行深入的討論并統(tǒng)一規(guī)劃，使各實驗課程相互獨立又緊密聯(lián)系[10]，形成統(tǒng)一的整體。

2) 對實驗課程納入新技術的學習。在教授基本理論知識的基礎上，GIS課程設計要與時俱進，讓學生了解到當前GIS的主流技術與發(fā)展前景，激發(fā)學生的積極性與創(chuàng)造性。

3) 對實驗課程進行新增、順序調(diào)整等優(yōu)化。在對GIS的發(fā)展歷程深入研究的基礎上，結(jié)合學生在學習過程中的反饋，建設性地新增部分實驗課程，加強對GIS人才能力的培養(yǎng)，并從整體上對實驗課程的順序進行調(diào)整，讓學生循序漸進地掌握知識和技能。

對實驗課程進行順序調(diào)整，按從易到難，從局部到整體的思路，優(yōu)化后的實驗課程體系見表2。

表2 優(yōu)化的GIS實驗課程體系

與原有的實驗課程安排相比，優(yōu)化后的實驗課程體系從整體上考慮了各課程的側(cè)重點，更強調(diào)課程之間的獨立性與銜接性。軟件應用類實驗課程強調(diào)軟件內(nèi)容與對應理論課程內(nèi)容的銜接和軟件技術的現(xiàn)勢性。設計開發(fā)類的實驗課程更加強調(diào)技術方法的統(tǒng)一性，相關的實驗課圍繞GIS專業(yè)所學技術方法，實驗內(nèi)容上強調(diào)統(tǒng)一基于C、C++、C#等開發(fā)語言和ArcGIS Engine等GIS控件，采用面向?qū)ο蟮仍O計方法，針對GIS模型算法、GIS軟件、GIS工程等進行設計開發(fā)。另外，隨著GIS技術及應用的快速發(fā)展，教學實踐課程根據(jù)培養(yǎng)需要增加了移動GIS系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容的學習，并新增了空間數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡GIS的實驗課程等。

四、結(jié)束語

GIS專業(yè)定位于培養(yǎng)理工結(jié)合的復合型人才，使學生具備理科的科學思維和工科的實踐技能。學習地理學相關的知識是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力，學習GIS技術是培養(yǎng)學生解決問題的能力。因此，設計科學合理的實驗課程是有效提高學生實踐技能的重要途徑。本文在分析現(xiàn)有實驗課程體系的特點及存在問題的基礎上，結(jié)合GIS專業(yè)培養(yǎng)特點，對實驗課程體系進行了優(yōu)化設計，使GIS實驗課程更加體系化和體現(xiàn)課程內(nèi)容的現(xiàn)勢性，以適應技術發(fā)展的新要求和社會對人才培養(yǎng)的新需求。隨著GIS專業(yè)及其理論課程體系的發(fā)展變化，實驗課程體系和內(nèi)容也將隨之進行相應的調(diào)整和更新，筆者也將不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗，以構(gòu)建更科學合理的實驗課程體系，服務于GIS專業(yè)人才實踐能力的培養(yǎng)。

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Optimization Design of Experimental Curriculum of GIS

CAI Zhongliang，LI Xiaohuan，XIE Caiyun，DU Qingyun

蔡忠亮，李小歡，謝彩云，等.地理信息系統(tǒng)專業(yè)實驗課程的優(yōu)化設計[J].測繪通報，2015(7)：124-127.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0229

2014-05-14

蔡忠亮(1971—)，男，博士，教授，研究方向為電子地圖理論與方法、地理信息服務、GIS軟件開發(fā)方法、數(shù)字航道等。E-mail：zhongliangcai@gmail.com

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