卓越工程师能力考核探讨与分析——以“GIS原理课程设计”为例

艾明耀，潘 励，张 丰，孙朝辉，刘 敏，胡庆武

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

卓越工程师能力考核探讨与分析
——以“GIS原理课程设计”为例

艾明耀，潘 励，张 丰，孙朝辉，刘 敏，胡庆武

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

实践教学是理工科学生实践能力培养的关键一环。本文探讨了“GIS原理课程设计”实践课程的考核方式，对武汉大学遥感科学与技术专业的特色进行了分析，设计了一套面向卓越GIS工程师能力培养的考核模式，并对考核方式进行了分析。本文提出的考核模式改进了课程设计的考核形式，对相关专业的培养模式革新有一定的参考意义。

考核模式；课程设计；GIS原理；能力培养

一、引 言

2010年6月教育部启动“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)，旨在培养造就一大批面向工业界、面向世界、面向未来、创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。

2012年2月，武汉大学遥感科学与技术专业(以下简称遥感专业)入选国家“卓越计划”。武汉大学遥感信息工程学院作为该计划的实施单位，确立了遥感专业卓越工程师的培养目标：面向国家空间信息基础设施建设的需要，培养掌握遥感科学基本理论、方法和技术，具备良好的人文素养，具有空间信息获取、处理、分析和应用专业知识，拥有较强工程实践能力、知识更新与自我完善能力、良好沟通与组织管理能力和国际视野的遥感科学与技术专业高素质工程技术人才。

在遥感专业的课程中，“地理信息系统原理”(以下简称“GIS原理”)课程内容基本涵盖了遥感专业卓越工程师培养宗旨内的空间信息获取、处理、分析和应用专业知识，对学生建立起空间信息获取—处理—分析—应用的框架和理念具有重要基础作用。其对应的实践环节“地理信息系统原理课程设计”(以下简称“GIS原理课程设计”)则培养学生对于空间数据和信息获取、转换、存储、处理、分析、应用的能力，从而使学生具备初步的工程实践能力和问题分析能力。

针对卓越GIS工程师的要求，本文首先对“GIS原理课程设计”这一基础而重要的综合性专业实践课程的考核方式进行探讨，然后介绍了所设计的培养学生GIS数据获取、转换、存储、处理、表达和分析能力的考核方式，并对学生考核的结果进行了分析。

二、“GIS原理课程设计”考核方式探讨

众多高校教师对“GIS原理课程设计”的考核方式进行了研究，作了大量的探讨，给出了良好的建议。一些教师对于这一实践课程的考核方式作了方向性的描述，部分教师还给出了可供参考的考核方式。如党安荣等采用练习作业和课程考核相结合的方式[1]，邓美容等将成绩分为阶段性考核和总评汇报两部分[2]，周丽娜等通过实习报告来考察学生的实践成果[3]，肖洪等则通过PPT答辩的方式对学生考核[4]，罗红霞等考察了GIS专业毕业实习的方式对GIS原理课程设计考核方式制定的参考意义[5]。更多的教师则提出考核方式应多样化，将教师拟题、学生自选、企业兼职教师考核多种出题方式结合，采用练习作业、口试、课堂讨论、答辩等多种考察方式[6-9]。龚俊等认为应建立科学明确的考核方式和评分标准，检验实验教学的效果，以便全面地体现学生掌握知识的水平、能力强弱和素质的高低[10]；张飞则提出“基于能力的考核体系构建”，设计一种能力评价指标体系，结合具体实验项目对学生进行主动实验能力和实验效果的考核，激发和培养学生的主动性实践能力[11]。

由于不同学校的专业背景和相关学科的构成不一样，GIS原理课程设计的内容不尽相同，因而考核内容和考核方式亦有所区别。这些探索和研究为深入设计这一实践课程的考核内容和考核方式提供了参考依据和思考的方向。对于具体的可操作的考核方式还需高校教师集思广益，探索符合自身专业结构的考核模式。

武汉大学遥感专业的“GIS原理课程设计”是为配合“GIS原理”这一理论课程而开设的，其目的是培养学生GIS的实际动手能力，训练学生解决实际空间问题的思维能力。实习要求学生对地理信息系统的基本概念、地图制作、空间数据结构、空间数据的录入及编辑、空间数据的预处理、空间数据库构建、空间数据分析、空间数据二三维显示等基本理论和操作方法理解和掌握。

当前遥感专业“GIS原理课程设计”的教学形式为集中上机实习和操作，内容则由软件基础知识、空间数据的录入及编辑、空间数据预处理、空间数据管理、空间数据分析、空间数据显示与地图编制、课程考核7个单元组成，共14个学时，每学时4个课时。课程设计的主要软件平台为Geoway和ArcGIS。

在实践过程中，指导教师讲解每部分的实践操作内容，告知学生各单元在实际工作的作用，引导学生对各单元内容的兴趣，使学生对于学习和实践内容有更明确的理解。每个单元均有步骤详细的实习指导书供学生参考和实践，学生在学习过程中遇到问题可以随时与同学或老师进行交流，同时部分同学可以针对每个单元或某一具体问题向全班同学讲述学习中的体会、收获和心得。对于讲述的学生来说，这是一次学习内容的总结和自身能力的提升；对于倾听的同学来说，这是一次交流和思考的机会，梳理自己的学习进度和学习体会。

近几年来，遥感专业“GIS原理课程设计”考核的内容和要求不尽相同，一直在改革和发展中，主要针对前述6个专题的部分内容或多个专题内容另行给出数据，检查学生数据处理的结果，并给出考核成绩，重点在于空间数据采集和表达。考核部分占2～3个学时。

当前课程设计形式多样，内容饱满充实，覆盖了GIS原理课程的内容和知识点。课程设计不仅仅提供对GIS理论课程内容进行验证的试验，还需要学生主动思考空间信息处理的过程，把握空间信息流转的过程。而从考核内容来看，考核并没有完全达到实际的效果，内容不足以评判学生学习的全面成果，还需借助实习报告来辅助评定学生学习的收获。从实际教学和学习效果来看，此考核方式并不能完全考查学生学习的情况，且体现不出学生在课程设计中习得的理论知识和技能水平。

三、卓越GIS工程师能力考核方式设计

为了全面考查学生所习得的理论和实践操作知识，本文提出了一套面向工程实践能力的考核方式和评分标准，考查学生对空间数据获取、编辑、处理、建库、地图制图、空间分析、三维可视化等基本理论的掌握程度和实践操作水平，见表1。

表1 考核模式结构

1.数据采集与准备

考核数据采用课程设计中“空间数据的录入”单元中通过Geoway软件矢量化的6个千米格网内的数据，要求数据采集完整、正确，本部分实际是对地图识图、用图、Geoway软件操作、地图制图等能力的考察。

2.空间数据库构建

考查学生建立空间数据库的能力，考核重点在于数据格式的转换、数据的坐标系、数据存放的规范。

3.数据编辑

考查学生对ArcGIS中数据几何编辑、拓扑检查和编辑等数据处理能力。

4.地图制图

要求学生配置空间数据库中数据图层显示的属性(包括符号、颜色、线型、线宽等)，整体考虑地图各图层制图效果。学生可参看百度、Google、搜狗等网络地图制作美观的地图。

5.TIN与DEM

要求学生生成当前区域的DEM和TIN，且DEM的分辨率为5 m，此部分主要考查学生对于矢量栅格数据转换、分析，以及三维分析的能力。

6.三维可视化

要求学生利用ArcScene建立区域三维虚拟场景，包括三维地形、房屋和植被等地物类型的三维展示，以考核学生对已有数据的拓展表达能力。

7.空间分析

要求学生根据实习内容、矢量化数据内容及数据特性，自拟分析主题，通过ArcGIS的空间分析功能得出结论。此部分为综合创新设计题，充分展现学生的专业素养，锻炼其空间思维和实践能力。

考核方式开放自主，学生可以自由讨论，查阅资料。学生自主把握考核进程，仅需在规定的时间内自主完成考核要求。

这一考核模式将学生实践的中间成果数据用于考核，数据处理过程层层递进；学生可以体会到数据流的转化，可将所学习的理论知识和实践操作技能完整地结合起来，将GIS的构成角色全部串联，因此全面地考察了课程设计的内容，并给予学生充分发挥自身优势、展示自身能力的空间。

四、考核结果分析

考核模式设计需要学生实践来反馈其效果。针对2013年遥感专业62名同学的考核结果，本文从学生成绩分析、实习报告中的体会两个方面对该考核模式进行了分析。

1.学生成绩分析

在本文进行的试验中，考核评分过程总体偏严，有70%的同学考核成绩优秀(80～100分)，此外60～69分2人，70～79分18人。考核成绩总体呈现正态分布，正态分布中心在80～84分区间，成绩分布较为合理。由此说明大多数同学完成了考核内容，达到了考核要求，未能达到全优的主要因素为数据编辑不够细致，以及空间分析过程和结果描述不够清晰。62名同学各部分得分结果分布如图1所示。

图1 考核成绩分布图

由图1可知，绝大多数同学能够采集完整的数据，因而得分主要在18分左右，只有一人得分为12分，空间数据存储和建库部分失分的来源为数据坐标系错误和数据存放杂乱等细节因素；大部分同学在地图制图方面着力不多，但也完成了基本要求。上文已经提及部分同学在数据编辑部分一些细节没有注意，导致不必要的失分；部分同学在DEM＆TIN部分未能按照要求输出正确格式的符合分辨率的TIF文件，导致丢失了3分。三维地形可视化考察点主要在于数据的加载、渲染和高程维夸大显示，部分同学数据路径不正确导致扣分，部分同学地形图与高程数据不叠合导致失分。空间分析的成绩说明大部分同学能够在短时间内能针对自己编辑的数据提炼实际问题、提出解决思路和方案。总体而言，各部分得分情况在预期内，在评分偏严的前提下分布仍较为合理。本文设计的考核模式达到了预期的效果。

2.实习报告体会

几乎所有学生在实习报告中谈到了实习中收获了很多，不仅对GIS相关原理的理解更加深入，而且掌握了两种GIS软件的操作和使用，习得了GIS实战技能。少部分同学谈到了考核对于课程设计的意义：对课程设计中学习的知识和能力进行了全面的考察，同时也提升了GIS软件的操作能力和GIS数据的处理能力。

纵观考核模式和学生表现，本文提出的考核方式将实习考核与实习总结相统一，以考促学。考核内容通过数据流的方式将GIS的各个部分有机地结合为一体，将课程设计实习内容和要求完整地展现给学生。考核内容不仅有基础软件操作和GIS数据处理，也包含了设计创新型的自主空间分析。在这一模式和流程中，学生独立分析地理空间问题，寻找解决方案和思路，并动手解决问题。此实践过程培养了学生综合运用知识、创新思考的能力，同时对于提高课程设计的质量也颇有裨益。

五、结束语

本文设计的GIS原理课程设计考核方式在武汉大学遥感专业得到了验证，由于本专业的课程体系与其他学校的相同专业并不一致，因而，本文设计的考核方式并不能完全适用于其他学校或专业。本文提出的考核方式目的是培养面向GIS数据和软件、分析等方面应用能力的卓越工程师人才，且结合了遥感专业的专业特色，因而具有一定的参考意义。当前的考核模式还需进一步完善，从深度和广度上进一步扩展，细致编排内容，以适应GIS学科的发展，真正面向卓越GIS工程师的培养。

致谢:感谢北京吉威时代软件技术有限公司和Esri(中国)信息技术有限公司为本校提供的软件和数据支持。

[1] 党安荣，刘钊，贾海峰.面向应用的高校GIS教学探索与实践[J].地理信息世界，2007，4(2)：9-14.

[2] 邓美容，郑文武，刘晓燕.基于项目课题模式的“GIS原理”实验课程设计[J].电脑知识与技术，2013，9 (8)：1828-1830.

[3] 周丽娜，谢树春.测绘工程专业中GIS课程的教学改革探讨[J].地理空间信息，2007，5(5)：124-126.

[4] 肖洪，代翔宇.地理信息系统专业实践教学模式改革研究——以“GIS软件及其应用”课程为例[J].测绘与空间地理信息，2012，35(2)：1-3，7.

[5] 罗红霞，邹扬庆，余天霞，等.地理信息系统专业毕业实习的改革实践与成效[J].西南师范大学学报：自然科学版，2013，38(10)：169-174.

[6] 程先富，吕成文，赵萍，等.GIS课程实验教学中培养学生创新能力的探索与实践[J].实验技术与管理，2008，25(6)：16-18.

[7] 柯丽娜，李家，王方雄.基于ArcGIS的地理信息系统软件实验教学模式初探[J].地理空间信息，2012，10 (6)：172-173，176.

[8] 黎华，吴浩，池秀文.以卓越工程师为培养目标的GIS专业实践教学改革研究初探[J].课程教育研究，2012 (7)：3-4.

[9] 聂运菊，程朋根，蒲晓晨，等.浅谈GIS专业本科人才培养问题[J].测绘通报，2014(4)：129-131.

[10] 龚俊，柯胜男，郑林.能力培养导向的GIS专业实践教学体系研究[J].教学研究，2010，33(2)：58-62.

[11] 张飞.GIS本科专业基于能力评估的实践教学体系构建[J].教育教学论坛，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

国家教育部2012年度“本科教学工程”项目

艾明耀(1988—)，男，湖北天门人，硕士，主要从事实践教学工作。

艾明耀，潘励，张丰，等.卓越工程师能力考核探讨与分析——以《GIS原理课程设计》为例[J].测绘通报，2014(11)：123-126.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0380