地方高校GIS专业开发类课程教学改革与实践

王磊，程钢，景海涛，葛小三，殷楠

（河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作）

一 引言

近年来测绘地理信息产业作为新型业态迅猛发展，从北斗导航卫星系统到国产高分卫星，再到飞入寻常百姓家的位置服务（LBS），无不展示出测绘地理信息行业的勃勃生机和无限活力，成为了科技变革和产业革命的重要战场。在新时代背景下，传统程序设计课程教育已经不能适应新时代信息社会所需的创新型、复合型、应用型人才的培养需求[1]，GIS专业学生需要具备更强的程序设计和开发能力[2-4]，掌握运用现代编程思想、语言，对空间数据进行智能化处理与分析的技术与方法。然而，当前GIS专业毕业生尤其是地方高校GIS专业学生程序设计与开发能力与用人单位的要求还有较大差距[5]。

河南理工大学地理信息科学专业是河南省第一批一流本科专业建设点。教学改革之前存在开发类课程体系不连贯、基础开发课程与专业知识联系不紧密、实践课程缺乏“两性一度”、课程考核方式单一等问题，而学生在学习过程中畏难情绪较大、学习兴趣不高、动手能力差、利用编程思想解决实际问题的能力及综合素养与所学知识失配。针对上述问题，本文结合当今智能时代的发展需求及河南理工大学地理信息科学河南省一流本科专业建设点人才培养的实际情况，对程序设计与开发类课程体系及课程目标的设置进行了深度改革和优化，从教学理念、课程体系、教学方法与考核方式、课程思政、以赛促学等方面对程序设计与开发类课程进行教学改革探索。

二 教学改革探索

GIS专业针对程序设计与开发类课程的教学改革工作，以现代教育教学理念为指导，面向测绘地理信息技术发展需求更新课程体系内容，改进教学方式、方法，立足课程做好立德树人工作，具体包括以下几个方面。

（一） 以“学生中心、成果导向、持续改进”理念为指导

理念是一切工作的先导，改革工作必须理念先行。GIS专业学生培养以“学生中心、成果导向、持续改进”理念为指导，通过制作姓名签、协作学习、翻转课堂等措施，以学生为教学改革的最终受益者，落实学生中心思想，增强学生的自我认同感；以学生的学习成效作为检验教学目标是否达成的标准，并根据目标达成情况改革教学策略与方法；落实持续改进原则，围绕毕业要求，结合科技、行业发展前沿，持续优化和革新课程体系，保持教学内容与时俱进，持续提高课程体系对毕业要求的支撑力度。

（二） 课程体系设置

课程体系是培养方案的核心部分。作为GIS专业人才培养的核心，程序设计与开发类课程体系亟须加快完善，以契合社会发展的新要求[6]。针对开发相关课程较多，不同课程之间关系不明显，缺乏连贯性的问题，结合专业实际及学生学习特点，围绕“知识-能力-素养”三位一体的培养目标，对该专业程序设计与开发类课程体系及内容进行全面改革与优化（如图1）。

图1 GIS专业程序设计与开发课程

课程设置过程中，按照支架式教学安排课程及知识点之间的逻辑关系，既能顾及学生已有的知识结构，又使得学生跳起来能够得着。针对开发能力培养需求和学生实际情况，该专业提出了“两个层次、三个阶段”的程序设计与开发类课程设置和教学模式。

两个层次，是指根据课程内容和难度不同，将此类课程分为基础类课程和高阶类课程。其中，高级语言程序设计（C语言）、面向对象程序设计（C++）、Java程序设计为程序设计与开发基础类课程，着重培养学生对编程的学习兴趣及编程基础，使学生掌握常用的编程语言和程序设计方法，具备编写一定算法对空间相关数据进行初步处理与分析的能力。数据结构、GIS设计与开发、网络与移动GIS、GIS综合实习及各类GIS开发大赛（第二课堂）为程序设计与开发高阶类课程，重点培养学生GIS软件设计与开发思想，使学生掌握GIS软件设计与开发的基本原理与方法，具备利用编程思想与方法进行GIS系统开发、解决大型工程问题的能力。

三个阶段指学生程序设计与开发能力的培养过程。第一个阶段注重学生知识结构的构建，主要讲授程序设计与开发基本方法、程序基本结构、结构化和面向对象程序设计方式，C、C++、C#等语言的基本语法。第二个阶段注重学生运用编程解决问题的能力。学生有了编程的基本知识，接下来就要培养学生解决问题的创新思维，通过数据结构设计和算法的实现，为问题解决提供基本的底层逻辑。第三个阶段，通过桌面、Web、移动GIS系统的开发及各类GIS开发大赛的参与，加深学生对“大型GIS系统”的理解，训练学生编程思想和综合素养的养成。

（三） 教学方法改革

结合一流本科课程建设“两性一度”的要求，遵循学生认知规律，教学团队综合运用了多种教学方法，提升课程教学质量。

1.因材施教、分类培养。因家庭环境、教育水平、个人兴趣等方面的差异，不同学生对开发类课程的接受能力及学习能力差异很大。针对这一问题，教学团队设计了基于在线教育平台的分类培养模式。针对开发基础较弱、开发水平较低的学生，课前通过雨课堂、云班课等在线教育平台推送开发基础知识相关MOOC视频、微课程等学习材料，课后推送测试作业，并督促其按时完成课前预习及课后作业；针对开发能力较强、学有余力的学生，向其推送高阶开发教程及实际开发任务，鼓励并指导其参加易智瑞、超图、MapGIS等组织的全国性开发竞赛，提升他们灵活运用知识、解决实际问题的能力。

2.专业案例、培养志趣。当前程序设计与开发类课程的教学内容，往往单纯介绍语言本身的基础语法，缺乏与专业应用联系，学生难以自己创设出实际情景，容易造成学生上不着天下不着地，找不到立足点和着力点，从而失去对开发语言的学习兴趣。针对该问题，教学团队一方面将测绘、地信、遥感等相关专业知识，如水准网平差、三角高程计算、矢量及栅格数据的读取、几何图形绘制、空间插值等知识引入课程，另一方面，结合河南测绘地理信息特色骨干学科建设群的学科和平台优势，将学科前沿或生产一线的项目作为教学载体，建设课程案例库，采用案例教学方式，引发学生学习兴趣，培养学生专业志趣。

3．团队实践、协作创新。传统程序设计与开发类课程大多仅让学生按照实验指导书“抄写代码”，缺乏对具体实践问题的思考与分析，实践内容高阶性、挑战性不足，无法达到培养学生创新开发能力的目的。针对这一现象，教学团队分别从实践教学内容及教学模式上进行改革。实践内容上，针对不同学习程度的学生设置不同难度的实践内容，并增设自主设计与开发内容，适当增加课程内容的挑战度；教学模式上，探索分组协作学习模式，采用团队激励方式，激发学生的团队合作意识，提高学生的团队合作能力。对于难度相对较大的实践课程，先由老师课上引导，学生课下完成实验，然后通过课上教师讲解与学生分组答辩、讨论等方式相结合，让学生思想火花碰撞、形成创新思维。

（四） 课程考核方式

科学合理的课程考核方式是全面评价学生学习成效的重要手段，同时也是检验课程目标达成情况的重要依据。针对课程教学重视终结性考核、忽略过程性考核的问题，教学团队基于移动学习平台开展线上教学和学生自主学习，利用学习平台自动记录学生学习痕迹，加强学生学习过程监控，增加形成性评价所占的比重，强化过程考核，构建覆盖全过程的课程评价体系。具体评价方式由平时考核、过程考核和结课考核等多种方式构成，平时考核以学生出勤率、回答问题情况等为考核依据；过程考核充分利用现代信息化教学工具（雨课堂、云班课等），对学生学习过程进行记录，包括预习情况、作业情况、实验情况、平时测验成绩、参与讨论情况等，力求全面评价学生的学习成效。

除此之外，针对GIS设计与开发、网络与移动GIS、GIS综合实习等专业开发课程，设计了“组建队伍—项目选题—总体设计—详细设计—编码与测试—编写报告—汇报答辩”的教学流程，增设课程大作业与答辩考核环节，不仅提升学生的编程能力，同时提高学生的写作和表达能力。学生分组选题后，根据自己专业知识及开发基础，针对某一应用领域，自主设计并开发一个小型GIS系统，通过答辩形式向同学和老师展示开发成果。该环节的实施，能够在很大程度上提高学生利用编程思想和技术分析问题、解决问题的能力，激发学生创新思维、培养学生的团队合作意识。

（五） 以赛促学

竞赛是培养学生兴趣、激发学生斗志的重要途径[7]。学科竞赛能够在课堂理论教学的基础上，提高学生实践动手能力及分析问题和解决问题的能力[8]。鉴于此，GIS专业积极组织学生参加全国性大赛和校级大赛，既选拔优秀学生起到以点带面的作用，同时扩大学生创新活动的参与度。对于程序设计与开发能力强的拔尖人才，教学团队鼓励并指导学生参加易智瑞、超图、MapGIS等举办的全国性GIS 软件开发竞赛及“挑战杯”“互联网+”创新创业大赛等，为学生创造交流机会、培养学生的创新意识和团队精神[9]，同时大大提升专业知名度和社会认可度。为了对接全国性大赛选手选拔的需求、并惠及更多学生，河南理工大学每年都要举办空间信息技术软件应用与开发大赛、测绘程序设计大赛、“互联网+”创新创业大赛等校级赛事，全面提高学生参与率，提高实践教学质量。

（六） 课程思政育人

学生培养过程中，注重课程思政，课程育人与专业教育同向同行。以课程知识为载体，挖掘课程思政元素，将唯物辩证系统观贯穿于教学过程，培养学生的辩证思维和综合素养，将普遍性联系原理（抽象方法）、整体部分关系（对象组成）、普遍与特殊关系（类的继承）等融入到课堂教学全过程，授之以鱼，也授之以渔。教学过程中，为引领学生立足专业、服务祖国、服务社会，巧妙引入学界泰斗、楷模的故事，启发、引导学生向前辈学习，发扬“热爱祖国、忠诚事业、艰苦奋斗、无私奉献”的专业精神，实现思政教育与知识体系教育的有机统一。

三 教学改革成效

通过程序设计与开发类课程体系、内容及教学模式的全面改革，GIS专业逐步解决了学生编程兴趣不足、重知识轻能力、缺乏团队合作能力、缺乏系统思维能力等问题，提升了学生自主学习、团队合作、综合解决问题的能力。具体包括以下内容。

（一） 学生综合解决问题的能力有所提高

学生们综合运用编程思想及工具解决问题的能力逐步提升，学生在全国测绘技能大赛、全国大学生GIS应用技能大赛等学科竞赛的成绩逐步提升，学生综合素养在不断提高。近五年，获得全国大学生GIS应用技能大赛特等奖1项、一等奖2项，二等奖1项，获易智瑞、超图、MapGIS大赛等省级以上奖励70余人次。

（二） 学生对开发课程学习兴趣明显提高

随着课程改革的实施，GIS专业的开发课程受到学生们的广泛认可，学生从惧怕编程、讨厌编程，到逐渐喜欢上编程课，学习编程的风气越来越浓，许多同学自学了Python、VB等编程语言，编程逐步成为学生处理数据、解决问题的常用工具。

（三） 用人单位对GIS专业毕业生的反馈良好

近年来，GIS专业学生就业率逐年提高，每届毕业生中均有30名以上的同学到北京超图、京东、上海数慧等知名企业从事开发工作，受到企业的一致好评；另外，多名同学在各高校组织的夏令营、研究生考试复试中表现优异，受到导师的青睐，被保送、录取到中国科学院大学、北京师范大学、同济大学、南京师范大学等知名高校攻读研究生。

四 结语

随着大数据、云计算、人工智能时代的到来，测绘地理信息产业发生巨大变革，行业发展对GIS专业人才提出了更高的要求。针对GIS专业学生程序设计与开发能力培养的短板及河南理工大学GIS专业新时代技术发展需求，对GIS程序设计与开发类课程进行教学改革，多措并举，尤其在教学理念更新、课程体系优化、课程内容组织、教学方法改进、加强实践教学和过程考核以及课程思政方面做了大胆探索和尝试，从实践效果看，大大提高了GIS专业人才培养质量。