地理信息系统综合应用实习课程的建设与创新

曾文　龚君芳　王慧敏

摘 要 技术实践能力培养是地理信息系统相关专业教学的重要内容。虽然地理信息系统相关实践课程众多，但往往针对具体专门领域的训练，综合性实践课程仍然缺乏。针对设计的中国地质大学（武汉）地理信息科学专业课程——地理信息系统综合应用实习，本文介绍了课程目标、内容设置和实施过程方面的创新设计，并对连续4年的实习情况进行了分析。实践证明，学生通过该课程学会了将专业知识进行综合整理，并应用到具体项目之中，既提高了实践技能，又培养了分析解决问题和团队合作的能力。

关键词 地理信息系统 实践教学 综合应用实习 课程改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.10.062

Construction and Innovation of Geographic Information

System Comprehensive Practical Course

ZENG Wen， GONG Junfang， WANG Huimin

（School of Information Engineering， China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract Cultivating technical practice ability plays an important role in geographic information system （GIS） education. Although there are many GIS-related practical courses， most of them are designed for specific training purposes and meanwhile comprehensive practical courses are still lacking. This paper introduces the design of GIS comprehensive practical course of geographic information science specialty in China University of Geosciences （Wuhan）. Purposes， contents and procedures of this course are all innovatively designed and implement results during the last 4 years are analyzed. It is proved that completion of the course helps students integrate and apply professional knowledge into a specific project， and hence promote their practical skills as well as their abilities of analyzing & handing problems， and working together as a team.

Keywords geographic information systems； practice teaching； comprehensive practical course； curriculum reform

0 引言

近年來，随着数字地球、智慧城市以及各行业信息化建设的推广和升级，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术及其应用得到了快速发展，[1]GIS专业人才的需求急剧增长。各个行业日益广泛的 GIS应用工程，对高校 GIS专业培养的学生提出了更高的要求，要求他们在扎实理论基础之外，更要具备过硬的实践能力与系统实现能力。[2]

中国地质大学（武汉）的GIS专业非常重视实践教学，开设了一系列实践课程，[3]仅独立的课程设计就涵盖计算机高级语言、面向对象程序设计、数据结构与算法、数据库原理与应用、空间数据库等方面，还有自然地理与地质学野外实习、测量学实习、地图学实习等实习课程。学生通过这些课程的学习，自身实践能力有一定的提高。但是，这些实践课程只针对专门课程或具体知识点，相互之间缺少配合与衔接，不利于学生掌握系统性完整性的知识和技能，难以满足社会对 GIS 应用人才的需求。[4]

因此，我们从2014年开始，在大三下学期期末开设了GIS综合应用实习课程。为期三周，合计4.5个学分。该课程面向实际应用和工程需求，引导学生消化梳理所学专业基础知识，自主分析思考，综合应用所学知识与技能，依据 GIS 数据工程和软件工程的原理和方法，自己动手，实现一个综合性GIS应用系统。[5]

1 定位与目标——知识贯通，综合实践，构建完整系统

GIS专业的学习涉及地理学、信息科学、测绘科学、地图制图学等众多学科，覆盖面极广，[6][7]需要在对专业基础知识有了一定的积累之后进行系统的整理归纳，通过实习实践综合应用于现实问题，提高自主思考、自主解决实际问题的能力。[8]

GIS 综合应用实习课程的设置，高度契合GIS专业的培养目标，是培养GIS工程师或设计师的重要教学环节，同时也是学生毕业设计与实习的提前操练。课程目标是促使学生：（1）加深对测绘工程、GIS原理、GIS工程、空间分析、GNSS等专业课程的理解掌握，将所学的GIS知识进行综合整理；（2）通过构建一个完整的 GIS 应用原型系统，熟悉掌握数据采集、处理、分析和展示的技术设备和技术手段，为实际工作中的GIS应用构建打下基础；（3）理论联系实际，学会独立分析、积极思考、创新设计，并精益求精地解决问题；（4）培养GIS需求分析和系统设计能力；（5）培养团队精神，以及任务分工和协同工作能力。

2 内容设置——校园为题，数据为基，鼓励应用创新

课程设计了与学生最熟悉的校园环境相关的若干综合性项目课题，如数字校园、校园房产、校园管网等，学生自主组成3～5人的团队，针对所选题目，进行外业测量、数据采集、数据建库、专题展示、查询统计分析、成果输出，并构建桌面 GIS（C/S结构）、WebGIS （B/S 结构） 或移动GIS（M/S结构）形式的软件系统。

题目具体要求如下：

（1）三维数字校园。建立三维虚拟校园，清晰逼真展示校园内的每栋建筑、道路、绿化带、运动场等区域的外在形象及周边环境，实现场景放大、缩小和漫游，并根据需要提供文字、图片、视频，360全景多角度标记展示功能。系统在三维建模和场景展示的基础上，应开发功能，针对特定人群（学生、教师、游客等）提供有价值的空间信息服务，例如指路、导购等。

（2）校园房产系统。对校园房产数据（包括校园东区、西区、北区的教学楼、宿舍楼、实验楼、办公楼、家属楼、图书馆等）进行采集、整理、数字化，完成属性数据和图形数据的建库处理，进行系统需求分析、功能设计、系统实现，实现对校园房产的输入、编辑、浏览、查询、统计与输出等数字化管理。系统应在房产数据管理的基础上，自主添加辅助专题数据，开发专题管理或分析决策功能，如：管理和养护房屋相关资产和设备，统计对比二级单位房屋、设备资产占有量，提供自习教室查询及分析上课地点安排合理性，等等。

（3）校园管网数字化系统。地下管网担负物资、能源和信息的传输作用，是校园重要的基础设施，是学校生存和发展的物质保证之一。随着教育事业的发展和校园规模的扩大，校园地下管网变得越来越复杂，已涵盖给排水网、热力管网、天然气管网、电力网、通讯网等多种类型。本课题旨在应用GIS理论与技术对校园地下管网系统进行管理，有效地解决管网资料的存储、查询、管理和分析。学生应基于自己的知识背景和行业理解，在系统中提供一定的生活服务或辅助决策功能，例如：渍涝易发点识别管理、 管道间距安全分析、应急关阀分析、WiFi 热点覆盖分析，等等。

从以上题目的设置可以看到，课程任务并非封闭和固化，并未对软件架构、开发语言、GIS 平台、数据库等技术实现细节作出限定，每个题目的内容都有“规定动作”和“自选动作”。但是，鉴于课程的定位和目标，实习指导书强调了对实现方案的基本要求：（1）数据必须体现空间性，具有明确的坐标参照；（2）系统必须进行地图展示，支持图上查询；（3）必须运用空间分析方法实现自选功能。

3 实施与考核——分组执行，自主设计，管控实施过程

课程教学采取以学生为主体，教师从旁协助辅导的方式，最大化地锻炼和展示学生能力。学生自主选题，自主设计实施细节。老师重点在于前期参与学生选题的讨论，严格过程管理，抓实中期检查和后期考核，以考促学。

课程管理采用专业—班级—小组3级体系，通过严格的考核制度保证实习纪律和实习时间，通过里程碑式检查保证任务按时完成。3～5人的实习小组按照性格贴合、能力互补、分工明确的方式组合，形成团队综合能力最大化模式。工作成果及实习报告以小组为单位提交，实习报告及终期汇报中需要明确说明组内各成员的工作内容以及实际贡献，结合实习过程中的阶段性检查，基本杜绝了滥竽充数情况的发生。

课程相关工作分为外业和内业两部分。实地测绘、数据收集和移动终端应用测试在地大校园进行，数据整理、数据入库、软件开发和系统构建在实验室进行。

学生的最后成绩由平时表现、中期检查、结课检查三部分构成，平时表现和中期检查各占比20%，结课检查（实习报告和终期汇报）占比60%，最终评分结构如表1所示。

4 实习情况分析——兴趣浓厚，形态多样，体现技术趋势

多数学生在本课程学习中表现出很大的兴趣和创造热情，在备选题目范围内实现了有趣而多样的应用。一些小组将几个题目的内容融合在一起实现，比如“校园三维房产管理系统”；一些小组将校园三维场景与互联网商务相结合，如“舌尖上的地大”；还有小组将房产与课表结合起来，分析评估各学院学生一天的平均行走距离。

根据4年来的教学统计，在选题方面，超过60%的小组开发了校园房产系统，30%左右的小組选择了三维数字校园，开发校园管网数字化系统的小组较少。通过与学生的交流发现，这种状况主要源于数据采集的难易程度，也与学生的行业背景知识有关。在数据采集方面，使用全站仪的小组多于使用 GPS 设备的小组，这与前期学生测绘知识和技能的掌握有关。值得指出的是，有小组充分运用互联网数据资源，将OpenStreetMap 数据、百度地图和自行测绘得到的数据配准融合使用。

在数据存储方面，使用 SQL SERVER的小组最多，其次是使用桌面数据库 MDB，也有少数小组使用 Oracle；在二维 GIS平台的使用上，涵盖ArcGIS、MapGIS、SuperMap、QGIS 等常见软件；三维 GIS 平台则更为多样，包括Skyline、Unity 3D、HopeMap 3D、GMGlobe等。

在系统形态方面，基于浏览器B/S构架的系统最多，面向桌面系统的C/S构架次之。支持移动智能终端（手机和平板）的系统，都同时开发了浏览器访问页面。 B/S构架的系统使用 Java Script 占多数，其次是采用.Net 体系。C/S 构架，使用微软公司 Visual Studio 的 WinForm 框架的系统占主导。但一个值得注意的现象是，2017年开发桌面系统的小组已有近一半使用 Qt框架。为数不多的 M/S移动端开发均基于Android，没有小组在iOS上进行开发。

5 结语

GIS 综合应用实习课程的设计，体现了系统性、完整性、全流程和工程化的原则。系统性方面，涵盖数据、设备、软件和应用；完整性方面，提出一个具体应用需求，完成完整的解决方案；“全流程”指的是覆盖数据的采集、建库、管理、分析和应用；“工程化”指的是按照软件工程的原则和方法进行开发并提交相关文档报告。

该课程的建设实践，则体现出开放性、启发式、自主性、组织化等特点：（1）自选动作培养学生创新能力；（2）教师全程观察，适时点拨，授之以渔而非授之以鱼；（2）鼓励自主选择技术路线和实现方案，实现百花齐放；（4）自由组合，以小组形式完成项目，既考核系统整体，也注重个人贡献。

在设计和实践方面的一系列创新，使得课程受到学生普遍欢迎，达到良好的教学效果。连续4个年级的实践表明，在提炼需求小组讨论设计方案分工执行集成汇总解决问题的过程中，学生普遍能够独立分析问题和解决问题，系统设计和实现能力得到显著提高，形成了乐于协作、勇于创新、认真踏实的工作态度。课程的设计和实践达到了教学目标。

从学生实习成果的分析，可以体察一些明显的技术趋向（如 Qt 的崛起和开源平台的流行），也发现了现有专业教学的欠缺（如 GPS 测绘、移动 GIS、3S集成），为 GIS 专业进一步的教学改革提供了有价值的参考。

参考文献

[1] 龚健雅，王国良.从数字城市到智慧城市：地理信息技术面临的新挑战[J].测绘地理信息，2013.38（2）：1-6.

[2] 贾泽露.GIS专业实践教学综合改革研究[J].测绘科学，2007.32（6）：199-201.

[3] 郑贵洲，林伟华，彭俊芳.地理信息科学专业多层次实践体系构建及学生综合能力培养[J].测绘与空间地理信息，2018（2）：14-17.

[4] 黄解军，袁艳斌，张晓盼，詹云军，崔巍.面向地理信息系统（GIS）专业创新型人才培养的教学改革与探索[J].大学教育，2013（11）：93-94.

[5] 龚君芳，王改芳，李圣文.“GIS综合应用实习”课程改革探讨[J].实验技术与管理，2015.32（3）：216-218.

[6] 陈正江，汤国安，任晓东.地理信息系统设计与开发[M].北京：科学出版社，2005.

[7] 张新长，任伏虎，郭庆胜，曾文，王海鹰.地理信息系统系统工程[M].北京：测绘出版社，2015.

[8] 吕建军，龚君芳，许勇，李干鹏.地理信息系统开发实训平台设计与实现[J].实验技术与管理，2018.35（5）：138-141.