面向矿山行业的地理信息系统实践教学研究

王行风

摘  要： 地理信息系统不同的应用领域对其人才的培养都提出了行业要求。联系矿业行业背景，结合地理信息系统教学实践，探讨了面向矿山行业的地理信息系统实践教学改革。通过在原有实验资源基础上的改造、扩建和新建，贯彻“学科-专业-行业”一体化建设的理念，倡导实践与科研融合，通过校企结合，大胆探索，构建实践教学创新环境支撑平台，探讨了地理信息系统应用型人才的培养模式。教学实践表明，该模式能更好地培养学生创新思维和综合运用GIS技术的能力，能有效提高地理信息系统课程的教学质量。

关键词： 地理信息系统; 行业特色; 教学改革; 矿业

中图分类号：G642.0          文献标志码：A      文章编号：1006-8228（2015）01-52-03

Research on practice teaching system of GIS oriented at mining industry

Wang Xingfeng

（School of Environment and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116， China）

Abstract： With the rapid development of GIS technology， GIS specialization education is demanded in different applications domains. Considering the professional background of China University of Mining and Technology， an idea to build the supporting platform of the innovative environment of GIS is proposed. Based on the original experimental resources， the reform is transformed， extended and constructed. The ideas of construction of specialty and discipline integration in GISare carried out. The merging of teaching practice and research is advocated. The traditional function of the practice environment is expanded and enhanced. The school and enterprise are combined and the support platform of innovative environment is explored boldly. The result shows this model can accelerate a favorable atmosphere for innovation training in classroom teaching process and improve the classroom instruction quality.

Key words： geographic information system; industry specialty; teaching reform; mining industry

0 引言

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是学科与技术的统一体，学科的发展促进了GIS理论体系的形成，技术的进步则拓宽了GIS的应用范围[1-2]。随着GIS的逐渐成熟，各具特色的行业专题GIS也不断涌现，用人单位对GIS人才具备一定的行业背景的需求也日益明显[3]。因此在传授GIS理论和培养GIS技能的基础上，面向行业，从“千家一面”过渡到“一家一世界”的培养模式已成为GIS教学单位的认同[4-5]。

中国矿业大学是国内外著名的矿业最高学府，经过多年的发展，已成为在矿业、能源和资源领域有重要影响、特色鲜明的多科性研究型大学。每年GIS毕业生约有50%～70%到与矿业行业相关的单位中就业。因此，我们在多年的GIS教学活动中，依托我校行业背景，对面向矿业行业的GIS实践教学体系进行了有益的探讨。

1 实践教学内容体系构建原则

GIS是一门实践性很强的课程，因此加强GIS实践教学是提高教学效果的重要手段[6-8]。面向矿业行业的具体需求，结合GIS专业的培养目标的实践教学体系构建原则我们认为有以下几点。

⑴ 面向行业，贯彻“学科-专业-行业”一体化建设理念，将学科建设、科研工作与人才培养紧密结合，加强面向行业应用的实践教学环节，以适应面向矿山就业的需求。

⑵ 根据专业特点和行业需求，凝炼行业特色，重组教学内容，建立适应行业需求、以能力培养为目标、面向个性化培养的多模块实践教学体系。

⑶ 以教学与科研的结合为突破口，探索科研融入教学的实施途径。在教学中，改变传统的教学方法[9]，将科研项目、科研热点、科研成果引入教学，促进科研资源向教学资源的转化。同时在课程教学中适当地安排课外讲座、科研报告，通过邀请专家讲学、专业教师科研报告等途径引导学生走向科研创新。

⑷ 改变传统的“教师演示，学生练习”教学方式，充分利用课堂和网络两个平台，改进多媒体教学手段，积极探索“问题驱动”和项目主导的教学方法。

⑸ 坚持以能力培养为核心的实践教学观念。在处理好教学内容的基础与应用的关系的同时，强化学生基本思维和基本能力的培养，增加实践教学的柔性，由课内拓展到课外，培养学生的综合能力和创新能力。

2 实践教学内容组织

为了有效贯彻创新教育、实践教育和素质教育理念，我校根据GIS专业的特点和矿业行业的需求，对GIS专业的实践教学内容从理论基础、技术方法、应用系统三个视角进行了设计和优化。在保证基本知识、基本技能掌握的前提下，整合和提升前期课程内容，重组实践教学内容，进行行业拓展，增加面向行业应用的实践模块，实现实践教学内容模块化，所构建的面向矿山行业的GIS课程实践教学体系见表1。

表1  地理信息系统实践教学内容体系

[类型＼&模块＼&说明＼&基本

技能＼&通用

基础＼&①影像配准;②地理空间数据建库;③空间数据编辑;④空间查询;⑤缓冲区;⑥叠置分析;⑦网络分析;⑧DEM分析;⑨三维分析;⑩地图制图。＼&通过熟悉GIS软件操作，进行GIS基本技能的训练，帮助学生掌握GIS基本原理，具备完整的地理数据采集、处理、数据库建设与系统维护及信息服务等能力。＼&行业

拓展＼&①矿图矢量化处理;②钻孔储量计算;③矿体缓冲区处理;④矿体产状图制作、地质图自动编录。＼&综合

能力＼&通用

基础＼&①市区道路拓宽工程;②购房、择房;③学校选址;④高速公路停车场的选择;⑤水土流失建模。＼&以地理信息处理与服务的业务流程为基础，面向具体问题的GIS集成应用，使学生加深对GIS基本原理的理解，培养综合技能。＼&行业

拓展＼&①矿井生产三维建模;②二三维矿体自动圈定与交互处理;③一井定向解算;④通风网络分析。＼&创新

技能＼&面向

行业

领域＼&①掌握编程语言，基于组件（AE、SuperMap等）进行应用系统的设计、需求和初步开发;②矿山地测采信息系统分析、设计和实现;③其它行业GIS应用系统（根据需要选择）。＼&以不同领域GIS应用要求为基点，通过参与教师科研课题，鼓励学生参与国内GIS大赛，培养学生GIS建模、系统研发、集成应用等技能，使其具备一定的创新能力和应用领域拓展能力。＼&]

3 构建实践教学科技创新和社会实践平台

构建完整的、科学合理的实践教学体系是实现人才培养目标的根本保证[10]。我校从GIS专业特点和行业需要出发，依托学校教学实验中心、实验室及各研究系所，构建了“专业基础实验平台、项目化技能与工程实训平台、社会实践活动平台、科研科技创新协作平台”四位一体的学生科技创新与社会实践平台（图1）。

[科技创新与社会实践平台][专业基础

实验平台][项目化技能与

工程实训平台][社会实践

活动平台][科研科技创

新协作平台]

图1  实践教学科技创新和社会实践平台

3.1 专业基础实验平台

专业基础实验平台以GIS基本概念为基础，重视对原理方法的验证和基本技能的培养。专业基础实验平台提供的实验主要包括验证型和原理型实验，包含了课内必选实验项目和课外自选实验项目。学院教学实验室负责学生必选实验项目的完成，在此基础上学生也可以自主选择实验项目，甚至可以自立课题，在教师指导下设计实验方案，经申请进入实验室开展实验和科研活动。

3.2 项目化技能与工程实训平台

产学结合是工程教育改革的一大战略[11]。对于应用技术极强的GIS来说，学生掌握的不仅是技术技能水平，还应该包括一定的项目管理和运营能力。结合项目加大设计型、综合型和创新型实验的开发，构建“独立-实践-校企-就业”链接式的毕业设计和课程设计的实践环节，加强校企联合培养实践训练基地、同行业的校外实习基地的建设。通过面向项目的训练，学生可以实现知识的互补，达到学科结合、互利共赢的教学效果。

3.3 社会实践活动平台

毕业实习、假期社会实践是提高学生动手能力的重要安排，为了更好地贯彻落实学校有关毕业实习和社会实践的各项要求，进一步保障GIS专业学生实践工作的顺利开展。学校提倡开展多模式的实习教学，实现集中实习和分散实习相结合、校内实习与校外实习相结合、走出去和请进来相结合、专业实习与就业实习相结合、专业实习与参加科技竞赛相结合、专业实习与教师科研相结合等。介入企业的生产和经营活动，极大地调动了学生自主学习的积极性，使其专业技能与综合素质明显提升，受到企业的广泛好评。

3.4 科研科技创新协作平台

借鉴我校其他特色专业卓越工程师的培养模式[12]，探索与科研院所、企业协同培养GIS专业人才的渠道，创新设计培养方案和教学课程，积极引进消化吸收先进的培养方案和教学理念，探索基础理论和科研素质培养训练的有效途径并完善相关配套管理措施，以协同创新中心为载体，建立产学研协同培养行业优秀专门人才的基地。具体的方法和措施有以下。

⑴ 为学生提供科技创新试验平台。依托学校学院的科研机构单位，如结合我院“国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室”、“江苏省资源环境信息工程重点实验室”、“教育部矿山生态修复工程研究中心”、“江苏省3S与国土信息研究中心”、“中德能源与矿区生态环境研究中心矿山生态环境研究所”等国家级、省部级重点实验室和工程中心，鼓励高年级学生进入实验室/工程中心进行科学研究及创新实践，实验室所有仪器设备对学生开放。在这些措施的保障下，学生能充分利用高精尖仪器设备，进行各类试验和分析计算，极大地提高了学生分析问题、解决问题和科学研究的能力。

⑵ 构建了教师科学研究与学生科技创新相结合的科技创新平台。每年有一大批教师，包括长江学者、国家杰青获得者、中国青年科技奖获得者、全国优秀教师、全国百篇博士论文获得者等，都面向大学生做科研报告，介绍自己的研究方向和研究成果，提供科研、实验条件及经费支持，吸引学生参加科研项目。同时，在进行毕业设计、毕业论文选题时，80%以上结合教师科研项目和生产实际问题，让学生参与科研项目和解决生产实际中的关键问题，提高了学生创新能力和解决实际生产问题的能力。

⑶ 借助各种大学生科技创新训练计划，引导学生开展学科前沿科学研究。针对本科生创新训练计划，我校设有国际级、省级和校级创新项目，学生在指导教师的指导下，申请各类创新项目，进行学科前沿的研究，提高创新能力和实际应用能力。

4 实践教学考核方式改革

课程考核是反映教学效果的重要手段，是教学过程的关键环节之一。GIS是理论与技能并重的课程，完全采用笔试难以准确反映学生专业技能掌握情况及对GIS技术手段的掌握、分析和应用能力。因此，为了适应面向矿业行业的GIS人才的培养需求，我校对GIS课程的考核方式进行了改革，建立了将课程考试与学习过程相结合的全过程考核成绩评定体系，引导教师开展研究性教学，促进教学改革和教学质量的提高。

全过程考核在考试内容上保证学生对基本概念和基本技能理解和掌握的基础上，注重知识测试与能力测试的结合。考试形式上实施分阶段考核，避免一考定成绩，考核形式可选择考察、测验、作业、课堂讨论、课程设计、读书报告、小论文、操作实践、实验报告、中期考试和结业考试等环节，保证学生的每一次参与都有收获。全过程考核使学生逐渐淡化了考试紧张感，不再需要“临时抱佛脚”，激发了学习兴趣，调动了学生学习的积极性和主动性，在专业认识、理解和接受上也发生了较大的转变，课堂形式变得更加丰富，气氛更加活跃，初步实现了教学由知识的传授向能力培养的转换。

5 结束语

GIS专业是一个技能要求高、实践性强的专业。我校GIS专业面向行业，坚持理论的实践性，通过了解用人单位的需求，结合我校实际面向矿山行业，进行了基于应用技能的GIS实践教学改革。实践教学结果表明，所采取的实践教学措施有效地提高了学生的动手能力，促进了GIS专业建设。在就业形式严峻的情形下，我校GIS专业的就业率始终保持在前列，毕业生就业后能迅速胜任工作，这宣传了我校的专业品牌，进一步促进了学生就业。但面向行业的GIS专业课程实践教学改革是一项涉及面广，技术性和学术性较强的系统工程。因此，如何把GIS专业学生培养成为具有工程实践能力的高素质人才，使学生具备一定的解决工矿企业实际问题的能力，仍然需要我们不断探索教学内容、教学方法和教学手段的改革。

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