软件考试驱动的GIS专业教学改革与实践——以“空间数据库”课程为例

宋仁波，张 云，李文慧，王月香，王细元

(淮阴师范学院 城市与环境学院，江苏 淮安 223300)

近年来，随着测绘地理信息产业的快速发展，市场对GIS人才需求呈持续增长的态势[1,8]。目前，许多地方师范院校为应对市场需求也普遍开设了GIS专业。2012年，经教育部普通高等学校本科专业的调整，地理信息系统(geographic information system，GIS)专业改名为地理信息科学专业(geographic information science， GIS)，地理信息科学是1992年Goodchild提出的，与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题[2]，为方便论述这里将二者统称GIS。据不完全统计，目前全国已有200多所高校陆续开设了GIS和测绘工程等相关专业[8]，由于地方师范院校GIS专业发展起步较晚，其社会认知度远不及传统名校，该专业学生的人才培养仍然存在一些问题亟待解决。

目前，随着GIS专业建设的深入开展，GIS领域的相关专家围绕教学团队建设、课程建设、课程改革实践等方面进行了深入研究[1,3-10]，并取得一系列成果。GIS软件是GIS专业的重要支持工具，许多地理设计方面问题的解决往往需要GIS软件的一系列复杂的组合操作才能实现，这就要求GIS专业学生除掌握传统的GIS软件的基本操作外，还需具备一定的软件设计和编程方面的能力。这种能力的培养只有经过专业的教学、实践和考试才能获得。因此，通过以计算机软件考试为任务驱动，改革GIS课程的教学模式、考核方式和评价机制尤为必要。本文围绕该专业核心课程“空间数据库”的教学改革提出意见，以对GIS专业的其它核心课程的改革和建设有所启示。

1 课程教学改革的必要性

1.1 本课程的重要性

GIS的数据处理、制图、可视化和分析以及GIS开发要从多个不同来源接收各种形式的数据，需将这些海量数据进行收集、变换、聚集、索引、链接、存储于空间数据库中，才能进行应用和分析。“空间数据库”是GIS专业的核心课程，它具有很强的理论性、技术性、应用性和实践性，通过该课程的学习不仅能够让学生了解空间数据库的基础理论，以及与空间数据库的设计、维护和和开发技能，为后续GIS专业相关课程的学习、毕业设计以及考研打下坚实的基础，该课程的教学效果将影响学生后续GIS项目开发能力的培养，并最终影响到学生的就业。

1.2 GIS专业现状

目前，我校GIS专业的师资队伍、培养方案和教学体系虽有所改进，但也存在一些问题亟待解决，主要表现在：

1)教师之间缺乏沟通和协作机制。学校“请进来，走出去”的策略培养了一批硕士、博士教师，通过数次的GIS专业培养方案修订，建立了相对完善的GIS培养体系。但GIS专业的教学尤其需要团队建设和教师之间的协作，目前，多数专业教师教学能力虽有所提升，但教师平时各上各自的课，很少沟通和交流，教师之间缺少沟通和协作机制。

2)注重科研，轻视教学。在考核津贴、奖金与课题经费挂钩的评价机制下，多数教师为应对考核和晋升职称，主要时间和精力集中于论文的写作和科研项目的申请，严重影响课堂教学，教师被动教，学生被动学，师生互动性差。

3)课堂教育和课后教育脱节。教师除了课堂上的教学，课下缺少对学生有效的指导和监督，形成“教师课上满堂灌，学生课后无人理”的局面，学生的课后活动往往处于真空地带，缺少学生和专业教师沟通的平台和机制。

4)缺乏有效的督促、激励、考核和评价机制。教师在课堂上虽然能够认真讲授，甚至操作示范，并通过平时作业督促学生课后学习。但对于期末的考核，只能通过试卷考试或上机考试两种考核方式，缺少有效的督促和激励机制，多数学生采用考前一周的突击方式应付考试，考核效果差。

鉴于上述多重因素的叠加影响，多数学生通过GIS专业课程的学习和实践，仅能掌握GIS专业的基本理论知识、相关软件的操作和少量的编程技能，对GIS软件设计与编程的理解和掌握深度不够，导致学生的专业认同感下降，专业自信心不足，严重影响到教师的教学、学生的学习、考研和就业等方面。

1.3 技术和市场分析

GIS技术的发展与计算机技术的发展是密切相关的，近年来，随着计算机软硬件及网络技术的飞速发展，GIS除作为地学领域的数据处理、制图和分析工具，产生许多新的应用方向，如网络导航和地图服务、嵌入式GIS开发和三维GIS深度开发与应用等。目前，市场对GIS专业技术人才需求量很大， 但多数用人单位的实习和工作岗位都要求学生具备一定GIS软件设计和编程能力，这就对地方师范院校GIS专业的人才培养提出更高的要求。

1.4 GIS专业资格认证分析

目前，与GIS专业相关的资格认证主要有两种方式：一是由人力资源和社会保障部、工业和信息化部和教育部等国家部门组织的各种形式的考试(见表1)；二是由GIS软件厂商(如ESRI、SuperMap和MapGIS)或软件公司(如MicroSoft、Sun和Oracle)组织的认证考试。通过上述考试者说明其已具备从事该行业的资格、水平和能力；通过查阅国内外考试认证的价格，与国外高昂的认证价格相比，国内认证价格较低，具有一定的价格优势，但国内GIS专业认证普遍偏向GIS软件的基本数据处理、制图操作和简单的分析与应用，缺少GIS深层次二次开发能力方面的认证。

目前，计算机等级考试(二级)已被全国高校采用作为考查学生计算操作和应用能力的考试，并与学生的毕业挂钩，但其考核内容主要涉及电子办公软件的相关操作和编程语言内容，且其内容与GIS软件设计和编程的关联不大，对于GIS专业课程教学的驱动效应并不明显。因此，要培养学生对GIS二次开发的兴趣，激发其学习的主观能动性，必须督促学生在学习专业课程的同时，参加更高级别软件(水平)的考试才能打开大多数学生通往GIS二次开发的大门，达到专业培养的目标，从而普遍提升学生的考研和就业竞争力。

表1 考试名称和主办单位一览表

2 课程改革的可行性

2.1 教师教学和科研能力的不断提高

近些年来，学院通过开展一系列的教学论坛、学术沙龙，以及组织校内外专家对青年教师的教学、论文撰写和基金申请等进行指导，同时，鼓励专业教师指导学生参加全国性的GIS技能和开发比赛。因此， GIS专业教师的教学、科研和实践能力在不断提高，为课程教学改革的实施提供了有利保障。

2.2 学生专业能力的提高和学习兴趣的增加

目前，由于GIS专业学生的素质的不断提高，经过教师的认真教学和课后指导，多数学生对GIS理论知识的理解以及对GIS相关软件操作能力等专业能力的提升很快。许多进步较快的学生对GIS开发更感兴趣，渴望学习GIS软件设计和编程技术的热情很高，这为课程改革的实施提供了有利条件。

2.3 教学环境和教学条件

近些年来，随着国家财政专项资金对地方高校的大力投入，地方师范院校的教学环境和软硬件设施都有了明显改善。目前，GIS专业拥有专业实验室，配备DELL台式计算机和常用的GIS软件系统(如ArcGIS、SuperMap和MapGIS等)和数据库系统(如SQL Server、Oracle、Sybase等)，课堂上能够确保每位同学拥有一台计算机，方便教师的教学和学生的上机实践，为课程改革的实施提供良好的教学环境和教学条件。

3 课程改革的具体实施

课程改革的实施主要包括方案和工作流程设计、改变教育观念和教学理念、改进教学内容和改进教学方法3个环节，在实施过程中需综合考虑成本和效益等因素，才能保证课程改革顺利实施。

3.1 实施方案和工作流程设计

课程改革方案的实施主要包括以下4个步骤：

1)通过专业教师对上述各种认证考试进行全面的介绍，同时引导学生合理选择认证考试类型、考试科目和考试级别；

2)在任课教师的指导下，根据考试类型、考试科目和级别，将学生分成不同的学习小组，并根据考试科目安排教学内容；

3)运用任务驱动和情景教学方法展开课堂教学，并通过考前技术培训、课后作业和模拟考试加强对学生的引导和监督；

4)综合运用平时作业、课程论文、期末考试和软件考试考核方式进行学生的综合成绩评定，实施流程如图1所示。

图1 课程改革实施工作流程

3.2 改变教育和教学理念

受儒家“学而优则仕”思想的影响，我国教育界长期形成重文轻理的畸形教育理念，导致重理论轻实践的教学实践。随着现代科技进步和社会分工，市场需要更多的专业技术人才，而政府倡导的“大众创业，万众创新”更需要应用创新人才。因此，面对这一机遇和挑战，GIS专业教师需要及时转变和更新教育观念，在关注专业学历教育的同时，重视行业执业资格的教育，实现“双管齐下”，才能培养出更具竞争力的专业技术人才。

具体来说，GIS专业教师不仅要关注学生的课堂教学效果，而且要关注教学的效益、教学目标的可测性和量化，要求教师转变传统的封闭式的教学理念，主动将课程教学延伸到课堂之外，教育和引导学生参加与GIS专业相关的执业资格认证考试，并提供必要的技术指导和培训。

3.3 改进教学内容

主要围绕软件考试的任务和目标合理选择教材和设计课程教学内容。同时，为提高考试通过率，对教材中晦涩难懂的章节进行合理的删减，以利于学生课后自学，教学内容主要包括：数据库基础知识、空间数据库、空间数据库设计、空间数据库的建立与维护、空间数据库技术应用实例和空间数据库发展趋势，其详细教学内容见表2。

表2 “空间数据库”课程教学内容一览表

通过表2的课程内容的学习，使学生能够掌握一到两种GIS平台的同时，掌握一到两种数据库设计工具，此外，还能够精通一到两种编程语言和开发工具，并能够熟练地编写GIS应用程序。

3.4 改进教学方法

在确定教学内容后，应综合考虑课程的教学目标、学生的素质以及教学条件，选择与之相适应的教学方法。常用的教学方法主要包括讲授法、讨论法、直观演示法、练习法、读书指导法、任务驱动法、参观教学法、现场教学法和自主教学法等[11]。目前，GIS专业教师虽然普遍注重课堂教学，但缺少必要的课后辅导，课堂教学中由于任课教师是主角，学生只能被动、机械的模仿。此外，由于课堂教学没有给学生足够的学习压力，导致课堂学风散漫，增大了教师教学的难度，学生掌握教学内容的情况较差。

在教学的初期，为增加学生学习的积极性和主动性，任课教师应通过主动宣讲和讨论的方式引导学生参加认证考试，通过与学生进行协商，结合学生自身的认识能力和兴趣，让他们自主选择认证考试类型和级别，并组成学习小组，以便教师在课堂上展开分组教学。在教学中期，在学生的能力有所提高后，采用任务驱动的教学方法，通过给学生布置考试任务，使学生自己查阅相关考试科目的复杂资料，并对考试科目的知识体系进行整理，进行自主学习，再由教师选出疑难点进行详细讲解。在教学后期，教师针对各小组学生的参考科目，通过课堂模拟考试的情景教学，增加学生参加考试实践能力和自信心的同时，充分发掘学生的潜能，鼓舞学生的考试士气。

3.5 完善考核和评价机制

传统的GIS专业课程的考核方法和评价方式比较单一，主要通过平时作业和期末考试两种形式。对学生缺少激励机制，容易造成学生考前突击应对考核的情况，考核效果差。

为克服上述考核和评价方式的缺陷，除延续平时作业、期末考试，将学生参考的软件考试成绩也作为一项考核项目，将上述三项考核成绩分别乘上各自的权重数，再求和得出期末总评成绩。这样可以更为全面地反映学生对课堂教学内容的掌握程度和学生课后学习的状况，为公正地评价学生的课内外的学习情况提供依据。此外，课内外考核相结合的方式对改善课程的教学效果也产生了积极的推动作用。

4 课程改革效果分析

通过近几年GIS专业的“空间数据库”的授课效果来看，任课教师将软件考试驱动的教改方案应用到课堂教学，取得良好的实施效果，已有多位学生通过了软件考试，并获得了网络程序员、计算机三级等资格(水平)或等级证书。

1)改善课堂教学氛围，维护正常教学秩序。由于学生是带着通过软件考试的任务进行课程的学习，因此，在课堂上学生会积极配合任课教师的讲解和演示，同时，在多数同学都在学习的情况下，个别同学即使不想学习，也不好意思干扰其他同学，改善了课堂教学氛围，保持良好的课堂教学秩序。

2)学生的自主学习能力提高。在课堂教学之外，教师通过给学生布置考试任务，使学生自己查阅考试资料，并对考试的知识点进行整理，进行自主学习和实践，提高了学生课后自主学习的能力。

3)部分学生消极怠工，不参加认证考试。由于通过认证考试带有一定难度，部分学生由于自身认识和态度方面的问题，会选择逃避的方式不参加认证考试，教师应选择恰当的方式，如以通过考试的同学为榜样进行鼓励，不可盲目批评。

5 结束语

综上所述，通过软件考试为驱动，改革GIS专业的课程教学，不仅使学生的学习积极性和主动性明显提高，而且改善了课堂教学氛围，维护了课堂教学秩序。同时，通过课堂教学、课后辅导和考前技术培训等一系列教学环节，使学生的软件设计和编程的实践能力得到提升。此外，通过软件考试获得的证书不仅能够证明学生的学习能力、实践能力，也为学生的就业提供有力的保障。

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