依托竞赛的“GIS二次开发”课程教学改革

张宝一，李小丽，杨 莉，邓吉秋，刘兴权

中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083

课程建设

依托竞赛的“GIS二次开发”课程教学改革

张宝一，李小丽，杨 莉，邓吉秋，刘兴权

中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083

“GIS二次开发”课程的教学效果将直接影响到GIS专业学生毕业以后从事GIS工程设计和管理的能力。本文依托各大型GIS公司组织的GIS二次开发大赛来改革该课程的教学方式，通过参赛任务导向的分组式教学和考核相结合的方式，教学过程贯穿于GIS二次开发大赛始终。学生不仅在课堂上实战性地学习开发技能并积累项目经验，还能延伸式地通过自主思考和动手实践来加深对专业知识体系的理解。从而有效地促进了学生提出、分析和解决问题能力的培养，以满足就业市场对GIS毕业生的二次开发和团队协作能力的需求。

地理信息系统；二次开发；开发竞赛；教学改革

“GIS二次开发”是地理信息系统专业的核心课程，具有较强的理论性、技术性、应用性和实践性［1］。该课程旨在培养学生从事GIS应用工程的分析和设计能力，为后续的专业课学习及本科毕业设计打下基础。其向学生全面地展示专业课程之间的内在联系与整体专业知识的应用，建立起有机的地理信息系统专业知识结构，课程的教学效果将直接影响到GIS专业学生毕业以后从事GIS工程设计和管理的能力。

随着地理信息系统专业建设的深入开展，众多GIS教育家对GIS专业课程教学中的网络多媒体应用、国内外课程内容对比、教学团队建设、网络课程建设［2-5］等进行了研究，近年来，针对GIS程序开发类课程教学方法的改革更是层出不穷［1， 6-12］。

一、课程改革的需求分析

1.传统考核方式弊端

“GIS二次开发”课程的平时成绩占总评的30%，以往的期末成绩（占总评的70%）评定中主要采用了课程报告、开卷考试和上机考试三种方式。

（1）课程报告。学生在报告中着重介绍自己在小组中的工作内容，即该成员在小组工作中的贡献。存在的问题是有些学生在小组中做很少的工作，却可以在考核中分享集体成果。

（2）开卷考试。在题量较大情况下，学生难以在规定时间内完成全部题目，同时开卷考试难以考核上机操作和程序设计等实际动手能力。

（3）上机考试。评分标准主要依据学生对规定任务的上机实现，对规定任务没有实现的，参照笔试的试卷（阐明开发思路）考察其对考试内容的理解情况，但成绩要比能够上机实现的学生低一个等级。存在的问题是大多数学生虽然有开发思路，却不能在规定时间内完成上机的程序实现。

众所周知，在从事应用型GIS系统开发时，要花费大量时间进行系统分析，要充分利用网络来收集资料，甚至在论坛开展技术交流，学生在编程技术不够熟练情况下，即使有好的设计思路，也不能在短期内进行程序的实现。

2.课程改革的迫切性

为了促进GIS专业的发展，满足社会发展需要和就业市场需求，依托各大型GIS公司组织的GIS二次开发大赛来改革课程的教学方式显得尤为迫切，主要表现在以下几点。

（1）学生的角度。由于对计算机编程技术掌握不够，同时对软件编程不熟悉且算法和代码繁琐，因此往往会让学生感觉力不从心，畏难情绪愈演愈烈，最后对课程失去兴趣。

（2）教师的角度。教师更倾向于讲授成熟的理论、技术和方法，但实际情况是GIS二次开发技术与方法的发展日新月异，教师如果疏于更新内容，将难以与时俱进。

（3）行业的角度。随着GIS产业化进程的推进，GIS产业规模的不断扩大，产值不断增加，很多GIS应用领域成为社会经济的增长点，已进入到人们日常生活的方方面面，高层次GIS开发人才需求在总量和绝对数量上呈增长趋势。

3. GIS二次开发大赛介绍

为了激发学生学习、交流和应用GIS技术的热情，拓宽学生们的思维，增强学生的创造力和动手能力，大力推动GIS技术在中国的普及，促进创新型、实用型、复合型的GIS专业人才队伍建设，几大主流GIS软件厂商（如ESRI公司、北京超图、武汉中地、天地图等）纷纷推出了以其产品为平台的全国高校GIS技能大赛。比赛获得了国家测绘地理信息局、中国测绘地理信息学会、中国地理学会、中国地理信息产业协会等政府机关和行业协会的认可和支持。这些大赛面向全国各高校所有GIS及其他相关专业学生所设置，比赛在组织方式、参赛规模、影响力等方面得到全国各GIS专业高校（包括国内众多“985”、“211”高校）的广泛重视和参与。

参加开发竞赛在GIS专业教育中的作用已经得到一些GIS教育界学者的重视，郑贵洲和赵雷将GIS实践教学体系分为课程实践、野外实践、产学研、项目研究和开发竞赛五大模块［13］；杨慧等将对学生参加全国高校GIS技能大赛的培训和指导引入到空间分析与建模课程教学中，让学生利用GIS软件功能分组参与、设计和实现实验项目［14］。

二、课程改革目标

依托各大型GIS公司组织的GIS二次开发大赛来改革本课程的教学方式，通过参赛任务导向的教学和考核相结合的方式，加强学生提出、分析和解决问题能力培养，促进对GIS专业知识体系的理解，满足就业市场对GIS高层次人才的需求。

（1）基本目标—加强分析和解决问题能力的培养。根据“GIS二次开发”课程内容，依托GIS二次开发大赛来开展课程考试改革，通过参加大赛促进学生主动思考及增长学生实践经验，培养学生综合统计和空间分析知识来解决实际问题的能力。以培养学生自主学习能力为主，以兴趣引导为辅， 既培养学生的动手能力又增强学生的创新意识。

（2）中间目标—促进对GIS专业知识体系的理解。在参赛过程中学生将前期掌握的GIS理论知识和程序开发技能综合加以应用，学生通过分组（3～4人一组）完成小型的GIS系统的设计与原型系统的开发任务，使得学生将基本的理论与应用开发联系在一起，深入理解课程之间的联系，为学生今后的工作和继续深造建立有机关联的专业知识体系结构。

（3）高级目标—为就业市场输送GIS高层次人才。伴随着地理信息产业的快速发展对GIS专业人才需求越来越高，大多数用人单位要求应聘人员熟悉COM技术以及有二次开发经验。以参赛任务型主导的课程教学和考试模式可明显提高GIS专业毕业生的二次开发能力和团队协作能力，使学生进入GIS企业后能够运用所学知识快速融入企业，是培养学生满足产业型社会发展需求的重要保障。

三、课程改革办法

1.具体办法

依托各公司举办的GIS二次开发大赛，首先，在任课教师和专业老师的指导下，学生以团队形式自主拟定参赛题目；其次，任课教师在课堂教学中针对参赛题目开展情景教学；再次，留给学生1～3个月的时间来完成参赛项目；最后，组织答辩委员会对学生的成绩进行评定（图1）。这样贯穿于GIS二次开发大赛始终，学生不仅在课堂上实战性地学习开发技能和项目经验，课程讲授结束后，还要通过一段时间的自主思考和动手实践来加深对专业知识体系的理解，以满足就业市场对GIS毕业生的二次开发和团队协作能力的需求。

（1）学生自主拟定参赛题目。依托各大型GIS公司举办的GIS二次开发大赛，进行“启发式教学”［15］鼓励学生提出问题，诱导学生主动思考。以兴趣为主导、遵从个人意愿来组成参赛小组，发现并提出适合于应用综合统计和空间分析知识来解决的实际问题，通过“研究式教学方法”［15］激励学生查阅资料，采用研究的方式来了解具体问题未来的发展方向并阐述观点，开展“互动式教学”通过学生与任课教师对同一问题的深入讨论和交换意见来最终拟定参赛题目。

图1 课程改革流程图

（2）针对参赛任务的情景教学。在保证实验体系完整的前提下，减少验证性实验，增加综合性、设计性实验，通过模拟实际参赛项目开发的部分场景的“情景教学法”、“案例教学法”，将枯燥的理论和技术用灵活生动的方式表述出来。“教育的艺术不在于传播的本领，而在于激励、唤醒和鼓舞”，为了改变课堂教学内容枯燥乏味的状况，教师必须精心创设课堂教学情景，找准教学切入点，只有课堂活起来了，学生才有可能主动、生动、活泼地学习，让学生在自觉主动的参与过程中，使认识过程变为再创造过程。

（3）GIS二次开发大赛的技术培训。利用网络课堂、远程视频等形式对学生小组开展赛前的开发技术培训，并邀请GIS公司技术人员到学校开办讲座，创造学生与公司技术人员面对面交流的机会，督促学生学习和掌握最新的软件开发技术，将其应用到参赛项目实施中去并完善参赛选题，为以后毕业走上工作岗位奠定扎实的实践技能基础。

（4）学生独立完成参赛题目。课程结束后学生需要独立自主地完成从分析、设计到开发、调试等整个项目过程（一般占用整个暑假），这个过程没有现成模式遵循，需要充分调动学生的主观能动性。学生要充分利用GIS软件的帮助和网络资源自己动手解决问题，从而提高GIS应用系统设计能力和代码编写水平，加深GIS设计与开发的原则的体会和理解，并在指导教师帮助下团队协作完成参赛项目并提交成果。

（5）参赛成果的考核与评价。学生团队对自己开发的系统进行讲解和试运行，以PPT或视频的方式分析系统的功能模块、界面设计、安全设计等方面的性能。由多名专业老师组成答辩委员会开展评比奖励，并指出成果中存在的缺陷和不足，与团队成员一起分析其主要原因和改善途径，最终根据综合表现和个人贡献对每个小组成员进行打分作为课程考试成绩。

（6）参加GIS开发者大会。成果优秀而获奖的团队还可以参加相关的GIS开发者技术大会及论坛，与全国院校的GIS专业学生同台竞技，更可与业内翘楚交流体会和分享经验，开阔了参赛学生的视野，鼓舞了其精神，丰富了其阅历，将成为保障学生后续职业发展潜力和动力的一笔人生财富。

2.教学方法

本课程不仅包括GIS二次开发原理和技术介绍，还包括GIS平台软件和计算机程序设计语言说明，我们对学生的要求是至少精通一门开发语言，掌握一到两种GIS平台软件，熟悉一种商业数据库软件。同时，每个学生的基础水平不同，接受新知识能力也不同，不能按照同样的目标来要求，所以要采用不同的教学方法突出教学的层次感。具体方法包括以下几点。

（1）着重兴趣培养。在入门课程教学中使用多媒体给学生演示一些GIS应用项目，特别是往届学生自己开发的项目作品（例如ESRI、MAPGIS、SuperMap杯全国高校GIS技能大赛获奖作品等），多媒体生动、形象、直观的人机交互界面可以充分展示 GIS的强大功能和广泛应用，营造轻松愉快的学习情境，进而引起学生的兴趣，吸引学生的注意力，激发学生的想象力，培养学生的创造力，再让学生通过互联网去搜集GIS 的运用例子，大大提高学生学习的积极性和主动性。

（2）强调因材施教。对于计算机编程，结合GIS平台软件先做一些功能演示，让学生更能直接深刻地理解，让学生有一定的编程思路，然后安排上机实验，这样学生可以尽快进入角色，要坚持“因材施教原则”［15］，不能用同一个标准去要求所有的学生，要充分发挥每个学生的积极性，使其才能充分发挥，对掌握知识快的学生，可以要求其改进已有的一些算法来作为提高要求。

（3）依托开发大赛。国内的 GIS二次开发大赛主要有ESRI（北京）的“全国大学生ArcGIS开发大赛”、武汉中地的“全国高校MAPGIS技能大赛”和北京超图的“SuperMap杯全国高校GIS大赛 ”等，在开发的整个过程都给予认真热情的指导。学生编程意识和软件开发能力会得到迅速的提高，往届学生普遍反映只要完整地参与一次GIS二次开发大赛的全过程，能学到很多在课堂无法传授的设计方法。

（4）注重思维训练。鼓励本科生参加教师的科研活动来提高其动手能力，同时学校为鼓励学生直接参与科研设立了自由探索项目和创新训练项目，进行基础研究、技术开发和工程应用等方面的实验技能训练和科学思维训练，也为“GIS二次开发”课程的实践建立了一个很好的平台，使得学生掌握地理信息系统基础研究、应用建模、设计开发的基本技能，培养较好的科学素养、创新意识和初步的研究、开发和应用能力。

（5）督促项目实施。组织学生参与开发大赛与科研活动过程中，要根据学生实际安排不同的科研学习任务，并督促学生按期完成，在项目实施过程中指导教师做好辅导等工作，多鼓励少批评，增加学生学习动力，激发学生的开发兴趣，自觉地推进项目实施的进度。

3.存在风险

（1）参赛项目未能完成，导致学生考核成绩不合格。首先，在课程开始之初任课教师就要讲清楚课程考试改革的具体内容，并争取全体学生的意见，使学生明确课程的考核指标，有目标才会有动力，这样的考核形式更激励了学生对动手能力训练；其次，鉴于学生对编程技术（尤其是组件式编程技术）的熟练程度不够，课程讲授结束后要给足时间，任课教师还要积极引导学生充分利用课余及暑假时间加强训练来保障项目实施。

（2）个别成员坐享其成，考评时分享团队成果。首先，往事物的积极面去考虑，每名同学都有好胜心、进取心和事业心，都想在老师和同学面前有一个好的表现，取得他人的认可，获得自身的成就感，相信都会努力扮演好在团队中的角色；其次，我们在对小组成果进行答辩考核时，通过询问具体设计开发过程和每位成员对问题的理解，厘清团队每个成员的贡献，尽可能对每个人进行公平合理地评分。

4.成果验证

通过“GIS二次开发”课程教学改革，取得了以下成果和认识。

（1）探索了实践技能的培养模式。科学合理地设置教学内容，采取多样化的教学方式，鼓励参加GIS开发比赛，以及强调自主思考、动手实践等培养模式，能为实践技能培养类课程的教学质量和考核体系优化做出有益的探索。

（2）有益于讲授课程的教学相长。情景式教学也能督促教师加强自身的学习，从而有效提升任课教师的专业素质和教学水平，对于教学双方无疑是一个双赢的选择。学生在自主思考中迸发出的思想火花也可以启发任课教师或指导教师，从而为教师从事科研项目提供别样的思路或为科学问题的解决独辟蹊径。

（3）提高了毕业论文/设计的质量。“GIS二次开发”课程设置在大学三年级，而四年级就要面临毕业论文/设计， 可以利用学生本科阶段最后一次完整实践GIS应用项目开发的机会，积极引导学生在本课程的参赛题目基础上扩展延伸为毕业论文/设计的内容。

（4）增加了毕业生从事研发岗位的比率。通过学生参与GIS项目开发与管理，使学生对GIS工程项目建设有一个相对真实的体验，从而提升其专业技能、协作精神、沟通能力和综合素质，满足就业市场对GIS毕业生的高层次研发人才（通常是高薪岗位）的需求。

（5）提升了GIS学科的业内知名度。一些知名的GIS软件公司，如ESRI（ArcGIS）、超图软件（SuperMap）、中地数码（MapGIS）等公司都在举办GIS二次开发大赛，已经引起地理信息业界的广泛关注，我校学生在这些大赛中多次获奖，将为学科品牌的树立增添一笔无形资产。

四、讨论

教育的目的是培养健全人格的人，这个是“本”，技能培养是“末”，高校不能“舍本逐末”，沦为职场技能培训的场所。职业技能培训或是适用范围比较窄，或是有过时被淘汰的可能，只有培养学生自主思考，以及独立发现、分析和解决问题的能力，培养具有健全人格的人，才能保障学生后续职业发展的潜力和动力。高等院校在教学中一定要摒弃填鸭式的课堂教学模式，开展“互动式教学”，通过学生与任课教师对同一问题的深入讨论和交换意见来加深学生对专业知识的理解；多通过“研究式教学”，引导学生贯穿“发现问题、研究问题、解决问题”的全过程，使学生在掌握知识的同时，学会观察、发现、思考并提出问题以获得知识；利用“启发式教学”，调动学生的主动性，确立学生的主体地位，鼓励学生提出问题，启发学生独立思考，发展学生的逻辑思维能力。

致谢：感谢武汉中地数码科技有限公司、ESRI中国信息技术有限公司、北京超图软件股份有限公司为GIS专业大学生提供参加开发竞赛的机会。

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Geographical Information System （GIS）； secondary development； programming contest； educational reform

G640

A

1006-9372（2015）03-0042-05

2015-03-21；

2015-04-05。

本文受国家自然科学基金（41302259）及中南大学本科课程考试改革项目资助。

张宝一，男，副教授，主要从事地理信息系统的教学和研究工作。

刘兴权，男，教授， 主要从事地理信息系统的教学和研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式：张宝一，李小丽，杨莉，等.依托竞赛的“GIS二次开发”课程教学改革［J］.中国地质教育，2015，24（3）：42-46.

Title： Teaching Reform on the Course of Geographical Information System（GIS） Secondary Development Based on Programming Contest

Author（s）： ZHANG Bao-yi， LI Xiao-li， YANG Li， DENG Ji-qiu， LIU Xing-quan