地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計實驗教學(xué)研究

時間：2024-10-23 07:15:02 地理畢業(yè)論文

　　地理信息系統(tǒng)專業(yè)是一個綜合性的多學(xué)科交叉的實踐型學(xué)科，下面是小編搜集整理的一篇探究地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計實驗教學(xué)的論文范文，歡迎閱讀查看。

地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計實驗教學(xué)研究

　　摘要：“GIS工程設(shè)計”的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生GIS設(shè)計的綜合能力，因此，該課程的實踐教學(xué)很重要。本文提出將“GIS工程設(shè)計”的實踐教學(xué)體系分為基礎(chǔ)實驗和綜合設(shè)計兩部分，研究實踐教學(xué)安排，改善實習(xí)的考核體系和輔助教學(xué)方法，形成一套高效的實踐教學(xué)模式。

　　關(guān)鍵詞：實驗教學(xué);GIS工程;基礎(chǔ)實驗;教學(xué)模式

　　地理信息系統(tǒng)專業(yè)是一個綜合性的多學(xué)科交叉的實踐型學(xué)科，在教學(xué)過程中考慮面向工程和面向應(yīng)用是非常必要的[1-2]。在“GIS工程設(shè)計”課程教學(xué)過程中，不僅要培養(yǎng)學(xué)生使用GIS軟件構(gòu)建一個GIS應(yīng)用系統(tǒng)的能力，還要重視培養(yǎng)學(xué)生的GIS軟件設(shè)計與開發(fā)能力。因此，在“GIS工程設(shè)計”課程中設(shè)計科學(xué)的實驗內(nèi)容，探討符合學(xué)科特點的教學(xué)方法，建立有效的實驗教學(xué)模式是非常必要的。“GIS工程設(shè)計”是武漢大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)必修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計GIS的綜合能力。該課程也是一門涉及多門學(xué)科的綜合性課程，在學(xué)習(xí)這門課程之前，學(xué)生需要學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)課程，具備一定的背景知識和扎實的理論基礎(chǔ)。具體來說，這些課程主要包括：地理信息系統(tǒng)原理、地圖學(xué)、計算機圖形學(xué)、計算機程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫原理等[3-4]。“GIS工程設(shè)計”也是一門實踐性很強的課程，除了在課堂上用一些案例輔助教學(xué)外，還要充分利用基礎(chǔ)實驗和綜合設(shè)計等實踐手段�；A(chǔ)實驗教學(xué)作為該課程關(guān)鍵的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)之一，能夠加強學(xué)生對課程知識點的理解和掌握。在學(xué)生具備一定的GIS設(shè)計與開發(fā)的基礎(chǔ)知識之后，就可以進行應(yīng)用型的GIS開發(fā)綜合性設(shè)計。通過綜合性、設(shè)計性、研究性的GIS設(shè)計與開發(fā)的訓(xùn)練，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)性思維方式，提高學(xué)生分析專業(yè)問題和解決專業(yè)問題的能力，促使學(xué)生養(yǎng)成良好的專業(yè)科學(xué)素養(yǎng)。在GIS專業(yè)的實驗教學(xué)方面，很多學(xué)者探討了開放式實驗教學(xué)方法[5]，重點研究了GIS軟件設(shè)計中實驗教學(xué)的實驗內(nèi)容[6-11]，并分析了教師隊伍的建設(shè)方法[12]。在教學(xué)過程中總結(jié)出一種比較有效的“1(基礎(chǔ))+1(綜合)+D(多元環(huán)境)”的實驗教學(xué)模式，該模式可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和動手能力，避免扼殺GIS專業(yè)學(xué)生的主動性和創(chuàng)新性。

　　1、實驗環(huán)境的選擇

　　實驗教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生實際解決專業(yè)問題的能力，GIS工程與計算機軟件密切相關(guān)，因此在實驗教學(xué)中應(yīng)當(dāng)特別注意選擇所使用的開發(fā)平臺、程序語言和軟件開發(fā)方式。所依據(jù)的重要原則是：學(xué)生的實驗環(huán)境盡量與當(dāng)前GIS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要相適應(yīng)，面向國家發(fā)展需要[1-2]，面向GIS工程。.NET平臺是由一組用于建立Web服務(wù)應(yīng)用程序和Windows桌面應(yīng)用程序的軟件組件構(gòu)成，包括.NET框架和.NET開發(fā)工具。.NET平臺有很多優(yōu)點：支持多種語言的互操作，可跨多種操作平臺，具有很高的安全性，支持HTTP、XML等各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。如今，多數(shù)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)均基于COM技術(shù)，而.NET平臺對COM技術(shù)有很好的支持。同時，該平臺自身的優(yōu)越性也決定了其在開發(fā)地理信息系統(tǒng)中的廣泛使用。C#是從C和C++語言演化而來，是Microsoft專門為使用.NET平臺而創(chuàng)建的。其語法比較簡單，但是功能非常強大，相比其他語言具有很多優(yōu)點，學(xué)生學(xué)習(xí)入門也比較快。ArcGISEngine(簡稱AE)是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個完整的嵌入式的GIS組件庫。利用Arc-GISEngine對GIS進行開發(fā)可以滿足用戶的需求，所設(shè)計的應(yīng)用程序具有直觀、便捷等特點。利用這種技術(shù)，可以極大地縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高開發(fā)效率�？梢姡@種基于組件式的GIS二次開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景�；A(chǔ)實驗和綜合設(shè)計均是在.NET平臺下利用ArcGISEngine組件庫進行GIS軟件設(shè)計與開發(fā)。考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時所掌握的計算機基礎(chǔ)知識，學(xué)生依據(jù)自己對計算機程序語言的熟悉程度選擇VC，C#，VB或C++等，這樣就增加任課老師的教學(xué)工作量和講課的難度。實驗平臺選擇的多元化有利于學(xué)生根據(jù)自己的知識結(jié)構(gòu)選擇最節(jié)省的計算機語言學(xué)習(xí)時間，把主要精力投入GIS工程設(shè)計中。“GIS工程設(shè)計”教學(xué)與有些課程是緊密關(guān)聯(lián)的，在GIS專業(yè)的教學(xué)計劃安排上就應(yīng)當(dāng)考慮這個問題，同時也應(yīng)當(dāng)在該課程開設(shè)之前讓學(xué)生們明白這種關(guān)系。就知道要學(xué)好“GIS工程設(shè)計”必須先掌握哪些基礎(chǔ)知識。其次，主講老師在課程的教學(xué)過程中也容易調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和分配教學(xué)時間，以便學(xué)生能順利理解和掌握該課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。“GIS工程設(shè)計”課程的前期核心課程包括：計算機編程語言(VC，VB，C#或C++等)、地理信息系統(tǒng)基本原理、GIS軟件應(yīng)用(ARCGIS)。由于該課程的課時有限，因此需要學(xué)生在上該課程之前復(fù)習(xí)這些前期課程，特別是需要熟悉計算機編程語言。計算機編程語言是GIS工程中的基本工具，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，編程語言的種類非常多，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生明白：在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該注重培養(yǎng)自己快速掌握編程語言的能力，至少應(yīng)當(dāng)熟練掌握GIS專業(yè)常用的編程語言。為了顧及學(xué)生所熟悉的計算機編程語言有所不同，學(xué)生在構(gòu)建GIS軟件時可以選擇自己熟悉的某一編程語言，也可以用指定的編程語言，在教學(xué)過程中主要用VB或C#。

　　2、基礎(chǔ)實驗內(nèi)容的設(shè)置

　　基礎(chǔ)實驗是與課堂理論教學(xué)同步且緊密結(jié)合的上機操作課，要求學(xué)生通過基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)能夠掌握地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計與開發(fā)的基礎(chǔ)知識。根據(jù)課堂理論教學(xué)內(nèi)容與實驗教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的原則，對理論知識體系和基礎(chǔ)實驗內(nèi)容進行科學(xué)分析和整合，確定基礎(chǔ)實驗的內(nèi)容和實驗教學(xué)目標(biāo)是非常必要的[3]。“GIS工程設(shè)計”的基礎(chǔ)性實驗是強調(diào)讓學(xué)生掌握快速構(gòu)建一個小型地理信息查詢系統(tǒng)框架的方法及其相關(guān)基礎(chǔ)知識。在實習(xí)過程中，考慮到教學(xué)課時的限制，需要讓學(xué)生先快速掌握AE的使用方法，針對他們將要構(gòu)建的系統(tǒng)而言，主要是掌握使用AE構(gòu)建一個系統(tǒng)的基本步驟、主要接口的使用方法等。在學(xué)生熟悉了所使用的軟件開發(fā)環(huán)境后，就可以依據(jù)軟件工程的要求進行軟件設(shè)計與開發(fā)�；A(chǔ)實驗內(nèi)容是每個學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)知識，“GIS工程設(shè)計”課程的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容如表1所示。

　　3、綜合性實驗設(shè)計

　　“GIS工程設(shè)計”綜合性實驗基本上涵蓋了該課程的主要知識點，學(xué)生利用這些基礎(chǔ)知識解決GIS工程中的問題是該實習(xí)的主要教學(xué)目標(biāo)。在教學(xué)過程中采用“問題式學(xué)習(xí)”教學(xué)方法，以問題為中心，與課程內(nèi)容相聯(lián)系，學(xué)生參與全過程，解決真實的GIS工程設(shè)計問題。為此，在實習(xí)之前采用基于類似工程或案例的方式進行教學(xué)，這是國外許多著名大學(xué)所采用的教學(xué)方法。實習(xí)要求學(xué)生圍繞一個適當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用型GIS進行軟件設(shè)計與開發(fā)，根據(jù)所學(xué)理論知識和方法進行系統(tǒng)分析、設(shè)計，并實現(xiàn)(或部分實現(xiàn))系統(tǒng)功能。綜合性實驗分為兩類：課內(nèi)的實驗和課外的實踐。課外實踐的方式主要是鼓勵學(xué)生參加老師的GIS工程項目或參加有些組織舉行的GIS設(shè)計大賽。

　　3.1綜合性實驗的內(nèi)容選擇

　　由于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)時間限制，讓學(xué)生對一個陌生領(lǐng)域GIS系統(tǒng)進行設(shè)計與開發(fā)不太可行，那樣會在熟悉專業(yè)知識上消耗學(xué)生很多的時間與精力，從而偏離了實踐教學(xué)的目的。而像面向新生的校園信息查詢系統(tǒng)、城市公交查詢系統(tǒng)、城市旅游景點查詢系統(tǒng)等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能簡易直觀，和學(xué)生日常生活聯(lián)系也比較多，學(xué)生對此類系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計有興趣和熱情，作為待建系統(tǒng)是不錯的選擇。綜合性實驗的初始地圖數(shù)據(jù)由教師提供，學(xué)生需要結(jié)合相應(yīng)的專題由自己通過網(wǎng)絡(luò)獲取相應(yīng)的專題數(shù)據(jù)或更新數(shù)據(jù)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上獲取地圖數(shù)據(jù)的途徑很多，例如，天地圖、GOOGLE等網(wǎng)站。學(xué)生再根據(jù)自己系統(tǒng)開發(fā)的需要對數(shù)據(jù)作進一步處理，以此培養(yǎng)學(xué)生獲取空間數(shù)據(jù)和集成空間數(shù)據(jù)的能力。GIS工程的首要任務(wù)就是“需求分析”，其中要確定需求的空間數(shù)據(jù)，以及獲取途徑。每一組學(xué)生需要依據(jù)所學(xué)的知識，在規(guī)定的時間內(nèi)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取和處理工作，最后進行空間數(shù)據(jù)的集成。從大工程觀教育理論[2]來看，這樣的實習(xí)內(nèi)容可以培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神，讓他們形成一種具有專業(yè)精神的工程理念，在數(shù)據(jù)獲取和整理的過程中讓他們懂得職業(yè)操守的重要性。為了培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格按照軟件工程的要求進行GIS軟件開發(fā)的能力，在綜合性實驗中每個學(xué)生必須完成需求分析報告、系統(tǒng)總體設(shè)計書和系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計書的編寫，這些文檔必須符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生往往認(rèn)為，這些報告是沒有必要的，他自己一個人就可以完成從需求分析到軟件調(diào)試的整個過程。但一個大型的GIS工程需要一個團隊來完成，這些文檔也是軟件工程中按照規(guī)定需要完成的標(biāo)準(zhǔn)化文檔，因此在實驗教學(xué)過程中強調(diào)“大工程觀”是非常必要的，“大工程觀”是在美國工程教育興起的“回歸工程”浪潮中被提出的，是對工程教育與科學(xué)教育進行比較后提出的一個理念[2]。

　　3.2課外實踐的多元化

　　學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)僅僅依靠基礎(chǔ)實驗和課堂的綜合性實驗這兩個部分的學(xué)習(xí)是不夠的，還需要通過參加一些GIS工程項目或科研活動來提高動手能力和創(chuàng)造能力。采用多元化的課外實踐活動，讓學(xué)生從GIS工程項目的不同方面學(xué)會解決專業(yè)問題，這是一種開放式的實驗教學(xué)。武漢大學(xué)每年都有老師指導(dǎo)的學(xué)生自選的科研項目，國家也給大學(xué)生提供了有關(guān)科研項目的資助;GIS協(xié)會或GIS軟件公司每年主辦的大學(xué)生GIS設(shè)計與開發(fā)比賽，如ARCGIS、MAPGIS、SUPERMAP等的軟件設(shè)計比賽;每年暑假有GIS企業(yè)提供的實習(xí)機會;老師提供的有關(guān)GIS工程項目的軟件開發(fā)任務(wù)或空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)任務(wù)。當(dāng)然，學(xué)生也可以結(jié)合畢業(yè)論文或者GIS課程集中實習(xí)來進一步提高他們的GIS軟件開發(fā)能力。學(xué)生在課外學(xué)習(xí)期間為他們提供必要的學(xué)習(xí)資料和指導(dǎo)是非常必要的，學(xué)校為學(xué)生建立了一個教學(xué)資源網(wǎng)，其中就設(shè)置了教學(xué)課件、參考書目、相關(guān)軟件、實習(xí)指導(dǎo)書、相關(guān)信息與數(shù)據(jù)、專業(yè)網(wǎng)站、學(xué)習(xí)園地、專題討論等欄目區(qū)。教學(xué)資源網(wǎng)可以為學(xué)生提供多種可供選擇的學(xué)習(xí)方式，可以增強教學(xué)中的互動性，對學(xué)生實踐環(huán)節(jié)起到了輔助和推進作用。在教學(xué)資源網(wǎng)上可以提供有關(guān)該課程實踐環(huán)節(jié)所需要的資料供學(xué)生下載，這些資料可供學(xué)生在課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)，也可以讓學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)提交需要討論的問題，以便老師集中時間進行指導(dǎo)。

　　4、課程實踐環(huán)節(jié)的考核方法

　　課程實踐效果的考查是一個非常重要的環(huán)節(jié)，作為實踐性課程，“GIS工程設(shè)計”的考核方法應(yīng)有別于其他的課程，檢驗的重點不是理論成績，而是學(xué)生能否理論聯(lián)系實際，最終提高自己的動手操作和實踐能力。傳統(tǒng)的考核方式比較單一，過于側(cè)重理論，難以真實反映學(xué)生掌握知識和應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。為此，本課程加大了實踐環(huán)節(jié)的考核力度，實踐環(huán)節(jié)的考核分?jǐn)?shù)占本課程總成績的45%，期終考試成績占55%。同時直接與實習(xí)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容占期終考試內(nèi)容的50%。實踐環(huán)節(jié)的總分是100分，其中，按照實習(xí)要求完成了基本功能設(shè)計與軟件開發(fā)的學(xué)生可以得80分，其它20分用于評價學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、設(shè)計的創(chuàng)新能力和GIS工程的專業(yè)素質(zhì)。自主學(xué)習(xí)能力主要體現(xiàn)在學(xué)生是否依據(jù)工程的需要，設(shè)計和開發(fā)了超出實習(xí)要求的功能模塊;設(shè)計的創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在設(shè)計的理念和美學(xué)效果上;GIS工程專業(yè)素質(zhì)主要體現(xiàn)在文檔的規(guī)范程度、協(xié)作精神和學(xué)習(xí)態(tài)度等方面。如果學(xué)生只是實現(xiàn)了規(guī)定的軟件功能，而在文檔規(guī)范程度、設(shè)計效果、學(xué)習(xí)態(tài)度、專業(yè)精神等方面沒有達到基本要求就需要扣分�？己诉^程中，我們采用了互動式和交流式的考核方法，從而考核學(xué)生在他所完成的實驗成果中對工程的理解程度，同時還可以發(fā)現(xiàn)是否有抄襲他人成果的情況。課程的課內(nèi)實習(xí)需要強調(diào)集體協(xié)作，這體現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)獲取和集成階段，因為空間數(shù)據(jù)采集的工作量比較大，學(xué)生需要以分組的形式完成一個完整空間數(shù)據(jù)庫的建立。軟件設(shè)計書的編寫和軟件開發(fā)任務(wù)，每個學(xué)生必須獨立完成。在課內(nèi)實習(xí)階段，必須明確每個教學(xué)時間單元需要完成的實習(xí)任務(wù)，否則很難保證完成實習(xí)任務(wù)，每個實習(xí)階段必須有相應(yīng)的成果，例如：完成的空間數(shù)據(jù)庫、需求分析報告、總體設(shè)計書、詳細(xì)設(shè)計書、開發(fā)的軟件和實驗報告等。因此，要求學(xué)生必須有協(xié)作精神，必須按時完成實習(xí)任務(wù)，這部分體現(xiàn)在GIS工程專業(yè)素質(zhì)的考核分?jǐn)?shù)中。大部分學(xué)生的課外實踐往往在該課程結(jié)束之后，這部分的考核往往無法在該課程中體現(xiàn)，采取的方法是：在地理信息系統(tǒng)課程集中實習(xí)中對這部分學(xué)生的成績加分，但是，對于能在該課程結(jié)束之前已經(jīng)完成額外實習(xí)任務(wù)可以考慮加分的學(xué)生，則在他們的平時成績的自主學(xué)習(xí)能力考核項目中加分。

　　5、討論

　　該課程的實習(xí)只是GIS專業(yè)整個實踐環(huán)節(jié)的一個階段，應(yīng)該從整個專業(yè)建設(shè)的角度來考量，比如：如何處理與計算機基礎(chǔ)課程之間的關(guān)系，是否需要考慮整個教學(xué)過程中使用一種編程語言，有關(guān)GIS工程設(shè)計與開發(fā)的所有實踐課程是否需要一個統(tǒng)一的實習(xí)環(huán)境(軟件平臺、編程語言、數(shù)字區(qū)域)，課外實習(xí)應(yīng)否從“學(xué)校模式”向“校企合作模式”轉(zhuǎn)換，至少針對部分學(xué)生可以采用這種教學(xué)模式。在教師隊伍的建設(shè)上應(yīng)該更強調(diào)面向工程的教學(xué)，任課老師和輔導(dǎo)老師應(yīng)該雙師型，適應(yīng)GIS產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才的需要。

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