“地理信息系统工程设计”课程的教学改革研究

郭庆胜，冯代鹏，杜清运

（武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079）

地理信息产业作为国家重点支持的高新技术产业被写进“十二五”规划。地理信息系统专业的人才需求量逐步增加，未来若干年内，尤其是系统开发设计方面的人才紧缺，“地理信息系统工程设计”作为地理信息系统专业的一门核心课程，对学生学习地理信息系统工程设计和对GIS设计与开发人员素质的提高起到至关重要的作用。面对新的机遇和挑战，建立课程的新教学理念和模式是确立当今教研命题的现实需要。

1 本课程在地理信息系统人才培养中的地位

“地理信息系统工程设计”是地理信息系统专业的核心课程，涉及软件设计、系统设计、数据库、数据结构、地理信息系统原理等知识［1］。知识的储备量要求很高，如高级语言程序设计、数据库原理、软件工程导论、项目经营与管理、地理信息系统原理等都是其先导性课程。该课程不仅要求学生掌握一定的专业理论知识，还要掌握一定程度的计算机基础以及软件设计方面的知识。该课程所涉及的应用领域很广，如GIS设计涉及到国土、林业、交通、矿产等多个部门；同时系统应用的载体也包括互联网和局域网或者单机，例如WebGIS以及电子地图系统等。

GIS设计与开发具有很强的实践性［2］，纯粹的理论知识学习，学生不容易牢固掌握，理解消化知识内容也比较慢。只有在实践中去学习知识，对知识的掌握会牢固而且深刻。学生也只有通过亲自实践才能更好地体会和理解GIS设计与开发的原则，同时具备一定的GIS应用系统设计能力和程序代码编写水平［3］。本课程是对学生专业整体素质的培养和训练，需要完成基于特定工程的系统设计，实验成果是学生综合能力的体现和大成。

2 既有教学模式的缺陷

2.1 教学模式单一

虽然教学手段已从黑板加粉笔向多媒体转变，但其教学实质还是课堂教学应试教育，是填鸭式、灌输式，没有改变传统的教师教、学生学的模式，学生没有机会发挥自己的主动性，互动环节少，不能充分调动学生的学习兴趣。教师布置的实验作业，基本上是统一数据、统一结果，抹杀了学生的创造性。

2.2 培养目标有待提高

在教学的过程中，有意识地将学生培养成了单纯的二次开发、软件操作方向上的人才，而很少针对某一具体应用领域。大部分学生只知道软件基本操作，或者有一定的软件二次开发能力，但是对于某一应用目标的实现或某个专题信息提取的认知能力较低，不仅缺乏相应的专业知识，而且缺乏整体构思能力。

2.3 动手能力弱，系统思维能力欠缺

GIS技术已经渗透到社会生活的方方面面，但是GIS专业毕业生认为工作很难找，而企事业单位认为GIS专业人才不足。这主要是由于企事业单位希望GIS专业的学生具备必须的专业动手能力，上岗即可胜任工作，而学校教育往往缺乏这项功能，造成学生走出校园后无法胜任工作，如何让单位期望和培养的学生达成一致，是教改中应解决的问题。

3 基于市场需求导向的人才培养创新研究

3.1 教学内容的改革

课程内容的设置是课程教学中举足轻重的环节，由于“地理信息系统工程设计”课程是核心专业课程之一，先导性和铺垫课程多，因此在教学内容方面应当遵守的原则是：避免教学内容的重复出现，遵循知识学习的循序渐进，注意利用既有知识，这样不仅能建立牢固的知识体系而且有助学生对新知识的接受。把GIS工程建设当作一个系统工程，从设计、管理、质量评价等多个方面进行讲解（见表1）。

表1 “地理信息系统工程设计”课堂教学内容安排

教材内容的时效性对于课程的学习也显得尤为重要。GIS技术更新速度快，教材上的知识已经不能满足学生对于新事物的需求，教材内容相对老化。而教材的改版修订也需要较长时间，因此授课时不能囿于教材，而要有所超越，教材是固定的，知识是发展的。教师在教学中应当补充有关内容，引导学生充分利用网络及现有各种获取信息的渠道掌握新知识。目前，较成熟的教材主要有：《地理信息系统设计与实现》、《地理信息系统软件工程的原理与方法》《GIS设计与实现》以及《地理信息系统工程设计与管理》等［4］。各版本教材各有特点，我校以《地理信息系统工程设计与管理》为主，兼顾其他，并注意补充和更新。

3.2 教学方式的改革

传统的教学方法学生很难身临其境地体会到一种方法的实现过程或者在现实中是如何去表现以及怎样应用。虽然多媒体教学图文并茂、动静结合、直观性强，可提高学生的学习兴趣，提高教学效果［6］，但是多媒体教学只是老师播放幻灯片或者音像文件、演示实验或者操作，主体仍然是老师，学生参与很少。有时甚至缺少一种反馈，学生能否跟上老师的“节奏”仍是问题。可见这种方式应该改革。花向红等提出，在理论基础知识教学方面以老师为主体，在实验教学方面以学生为主体，教师以平等的姿态，以参与者的身份一起参与实践活动［7］。这种教学方式只在实验课环节让学生起主导作用，老师负责引导、协助。而对于“GIS工程设计”课程而言，理论与实践是并重的，可以在基础知识的学习阶段就让学生起一定程度的主导作用。

3.2.1 基于任务驱动式的分组式教学

分组式教学是将学生分为若干小组，每组人数可以根据班级人数和任务大小适当调整，每个小组完成一个小任务。旨在培养学生的团队协助精神，促进小组成员之间相互学习，充分发挥自己的强项，协同完成某一项任务。“GIS工程设计”课程所涉及的实习部分，主要是采用这种教学方法，特别是在空间数据获取阶段，即可让每个学生熟悉地图的数字化方法，也可以让学生掌握空间数据集成的技巧。

3.2.2 增强学生自主性的启发式教学

启发式教学是以学生为主体，老师起辅导作用，给予学生方向上的指引或提供行业内的最新资讯，同时将这些最新资讯与课本内容相结合，启发学生去思考问题以及提出问题，并解决所提出的问题。同时给学生推荐好的网站和书籍，让学生寻求解决问题的方法，激发自主学习的能力。例如Esri中 国 社 区（http://bbs.esrichina－bj.cn/ESRI/）、MSDN（http://msdn.microsoft.com/zh－cn/）以 及Esri Developer Network（http://edn.esri.com/），这些网站可以给学生提供自学的渠道。课外书籍是课程内容的延伸，例如地理信息系统软件基础知识方面，可以推荐学生阅读GIS软件操作方面的书籍并学习软件的详细操作。

3.2.3 重在能力培养的应用式教学

GIS应用型人才是针对市场需求而言的。市场需要4个层次的GIS专业人员，即从GIS操作员→GIS程序员（维护工程师）→GIS网络工程师→GIS系统分析员的4层金字塔型人才结构［10］。应用式教学可以从这几方面来对学生进行指导定位。通过对GIS市场进行调研，与企业专家共同分析职业工作过程，确定相应岗位的典型工作任务，选取教学内容［9］。

鼓励并组织部分学生以小组的形式参加全国性的GIS大赛或者学院举办的GIS大赛，在大赛中学习和实践。目前，全国性的GIS大赛主要有北京超图软件股份有限公司组织的“SuperMap杯全国高校GIS大赛”和ESRI中国（北京）有限公司举办的“ESRI杯中国大学生GIS软件开发大赛”及武汉中地数码有限公司举办的“中地数码杯全国高校学生MAPGIS二次开发大赛”。应用式教学还在于鼓励学生在课程学习的同时考取一个与GIS有关的证书，熟练掌握主流的GIS软件，学会编程之后运用组件式的GIS开发平台去进行二次开发。学校积极联络安排学生参与生产实践，与校外企业联合组织教学实践，邀请企业的技术开发人员现场给学生讲课或者答疑。每年暑假期间尽量安排学生到相关单位实习，结合毕业论文指导学生积极参与教师科研项目，培养学生的兴趣，激发学生的竞争意识，提高学生综合素质和创新能力。

3.2.4 注重理论和实践结合的案例教学

传统情况下，教学遵循课本，实验围绕课堂。教学注重知识的传授，实验大多是课堂理论的验证，或既有软件的熟悉，缺乏创新和拓展。宋玮等人提出了在教学中创造条件引入实际案例，将复杂抽象的概念用具体生动的案例进行诠释，能够提高学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性，事实证明事半功倍［4］，可见案例应用是关键。应用案例教学就必须选择好的案例。精选出的案例应当是典型的、有代表性的，最能揭示所学理论的案例，这样才能取得良好的教学效果［8］。“地理信息系统工程设计”课程是以GIS工程项目的设计、建设和管理为中心，理论与实践的结合程度高，只有通过典型的GIS工程案例教学才能让学生更好地掌握GIS工程的核心内容。

3.2.5 充分利用网络的延伸式教学

信息技术的飞速发展为现代教育教学提供了广阔的空间，通过校园教学资源共享平台，将电子教案、参考资料、教学大纲、网络课件等教学材料提供到该平台，让老师和学生分享。另外，可以设置一部分网络在线教学课程，通过远程网络视频进行教学，一方面丰富课堂教学的途径，有效利用网络资源，开阔学生的视野；另一方面可以让学生对某一难点或感兴趣的地方进行反复视频听讲，增加学习的有效性。再次，可以根据教学和科研的需要，构建网络演示和测试系统，给学生提供模拟考试和疑难解答平台，有效利用课余时间加强学习和师生间的学术交流。网络在线教学的另一个优点是能够及时更新目前的GIS新理论和技术，补充教材更新慢的缺点。网络化教学模式不仅有效集中了资源，更突破了传统教学在空间和时间上的局限性，是今后教育教学的趋势。

4 结束语

“地理信息系统工程设计”是地理信息系统专业的核心课程之一。这门课程知识面要求广，实践性强，要在教学方法上不断探索，不仅要注重理论学习，更要加强实践锻炼，还要选择好的教材来促进理论教学，选择好的案例来加强实践锻炼，并运用适当的教学方法来培养学生，才能有针对性地培养出具有一定特色的GIS人才。

［1］郭庆胜，王晓延.地理信息系统工程设计与管理［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

［2］余旭，马莉，张兴福.测绘工程专业“GIS软件设计”课程教学探讨［J］.测绘工程，2010，19（4）：77－80.

［3］张恒，刘群.GIS设计与开发课程实验教学设计［J］.实验科学与技术，2009（4）：45－47.

［4］宋玮，杨晓明.GIS设计与开发教学方法探讨［J］.测绘与空间地理信息，2011，33（1）：1－2，7.

［5］乔伊斯.教学模式［M］.荆建华，宋富钢，花清亮，译.北京：中国轻工业出版社，2002.

［6］田雨，韩作振，卢秀山.地理信息系统（GIS）课程多媒体教学改革实践探索［J］.中国地质教育，2002，44（4）：50－53.

［7］花向红，邹进贵，向东.多元化实践教学模式的理论研究与实践探索［J］.实验室研究与探索，2008，27（7）：114－116.

［8］吕翠华，张东明，赵文亮，等.基于工作过程的地理信息系统技术应用课程教学设计与实践［J］.昆明冶金高等专科学校学报，2009，25（5）：91－95.

［9］刘丹丹，王延亮.地理信息系统专业实践教学内容改革的研究［J］.测绘工程，2008，17（4）：74－76.