從GIS競賽看地理信息系統專業教學體系的構建與創新

一、GIS大賽簡況

學科競賽是在緊密結合課堂教學或新技術應用的基礎上，以競賽的方法培養學生綜合能力，引導學生通過完成競賽任務來發現問題、解決問題，增強學習興趣及研究的主動性，培養團隊協作意識和創新精神的系列化活動。近年來，由中國地理信息產業協會及國內外著名GIS 軟件公司發起，面向高等院校和科研機構在校大學生（包括專科、本科學生及碩士、博士研究生） 的GIS 開發大賽，是在校大學生課外活動中一項具有極強示范性與引導性的競賽活動，越來越受到各相關院校、廣大任課教師的重視以及學生的普遍歡迎，參賽人數逐年增多，影響范圍不斷擴大，已成為全國測繪地理類專業院校中影響最大的賽事之一。

1.GIS大賽分類

目前，比較成功的GIS賽事主要有由ESRI 中國（北京）有限公司發起的“ESRI 杯中國大學生GIS 軟件開發大賽”、武漢中地數碼有限公司發起的“全國高校GIS技能大賽”、北京超圖軟件股份有限公司發起的“Supermap杯全國高校GIS大賽”和中國地理信息產業協會發起的“全國大學生GIS技能大賽”（見表1）。

2. GIS大賽內容

四個GIS大賽每屆都有一個主題和創意，參賽人數逐年增多，形式和內容不斷豐富，面向不同學習階段學生的知識結構設置不同比賽分組。不同的組織方設置的大賽內容不盡相同，具體差別如表2。

總體而言，大學生GIS 開發賽的內容按難易程度，分成制圖組、空間分析組及軟件開發組3 個層次。制圖組的參賽題目可以是二維地圖，也可以是三維場景，數據自備，要求地圖美觀專業、顯示流暢、數據分層合理規范，不存在拓撲錯誤。空間分析的題目可參考賽會的備選題目，也可自行選定，但要求學生必須利用指定參賽GIS 軟件平臺的指定框架，不通過任何編程即完成許多與空間分析相關的工作，對學生的綜合能力和分析能力要求較高。軟件開發組則題目不限，充分發揮參賽者的想象力，依據大賽提供的開發平臺，通過二次開發，最終提供可演示并能運行的軟件應用程序以及相關的設計、說明文檔和開發的源代碼，旨在讓學生結合相關行業應用，綜合運用所學的專業基礎知識，通過對所涉及相關行業領域知識的學習及補充，設計開發一個GIS 行業應用系統，難度大且對學生各方面能力要求高。整個參賽過程從選題、查找資料、方案設計到實際制作、提交設計報告和最終成果，涉及計算機與圖形學、地理信息系統原理、地理信息系統設計與應用、GIS 控件初步開發、地圖學等多門課程內容，是對學生所學多門課程及實驗、課程設計、實習等知識的綜合考查和運用。

二、GIS實踐教學設計與轉化

1.從GIS大賽中暴露的實踐教學問題

（1）實踐教學內容跟不上時代步伐。GIS學科的一個突出特點是內容更新快、技術發展快。這對其實踐教學提出的要求也必然是緊跟時代步伐，實踐內容要隨著信息時代的高速發展而不斷更新。然而，現在很多教師在上實驗課時仍然使用同一本實驗教學指導書、一成不變的實驗案例，教授一成不變的實驗內容，這顯然與GIS的時代要求相違背。因此，必須改變這種傳統的實驗教學內容，隨著時代發展和技術的更新不斷更新實踐教學內容。

（2）課程設置不夠合理。我校參賽選手大多是二、三年級學生，由于專業課程開設滯后，部分學生專業知識缺乏，不少學生不能根據競賽題意準確、合理地設計方案，缺乏系統性，設計主題不明確、論證不全面。

（3）理論與實踐聯系不緊密。地理信息系統專業教學主要包括課堂理論講授和實踐操作兩大部分。理論講授的時候一般是通過圖表、公式、文字的方式，很難將其在實際中的應用形象地表達出來；實踐時同樣如此，由于成熟的商業化軟件均有簡單的交互界面和完善的封裝功能，絕大部分操作通過菜單完成，在實踐過程中學生很難聯想到軟件底臺所運用到的理論知識，大部分只是熟記操作步驟，就軟件學軟件，造成理論學習與軟件應用實踐之間的脫節。

（4）學生被動實踐。在實踐教學上，由于受現有教學資源和條件的限制，教學必需的基本實踐很難實現，學生的一些創意更加難以實現。在多數情況下，學生只是被動地接受教師安排的簡單驗證性實驗，只能被動地根據實踐基地的生產進度和要求進行階段性實踐（往往只是簡單的重復性勞動），這種學習過程缺乏主動性，達不到預期的學習效果。

綜上所述，如何針對大學生GIS 開發競賽的特點、性質，結合實驗課、課程設計、實習以及畢業設計（論文） 等實踐教學的內容，加強GIS 開發設計實踐教學，克服上述不足，提高大學生GIS 開發設計基本功成為GIS 專業實踐教學改革的主要著眼點之一。

2.課程體系改革設計

以上所列的問題普遍存在，這就要求GIS實踐教學必須轉變思路，緊密結合人才培養目標，從學生和GIS專業特點精密結合的角度進行思考，才能切實實現GIS理論教學與實踐教學的有機結合，通過實踐增強學生對GIS抽象理論的直觀理解，提升基本技能，增強學習興趣。為此，本學院對地理信息系統專業實踐課程體系、教學內容與教學模式進行改革與探索。

針對GIS 大賽的內容和形式以及創新人才培養的需要，制定了地理信息系統專業新的培養計劃，確定了專業培養目標和創新人才培養方案。在教學內容上強調理論和實踐并重，加強設計性實驗環節。為了滿足學生參加全國大學生GIS大賽的需要，將相應課程提前，在大三結束之前學完重點專業基礎理論課和技術課。因此，在制定地理信息系統專業新的教學計劃時，壓縮課內學時數，減少必修課數量，增加選修課和公共選修課，以減輕學生負擔，讓學生有更多的時間參與實踐和擴展知識面。同時，為了適應現代社會和科學技術發展的需要、適應創新人才培養的需要，在教學內容和課程設置方面做到厚基礎、寬口徑、重實踐。改變知識面的狹窄局面，將知識量的增加轉變為知識結構的優化，加強綜合性、設計性實踐環節的教學和訓練，改變以往課程數量多而全的特點，加強重要課程，讓學生學懂學透，優化課程進程順序，讓課程之間銜接達到最優。

為使教學內容和課程設置多樣化、個性化，滿足不同學生的不同需要，促使其興趣愛好、專業特長得到充分發揮，將技術類課程按深度不同、容量不同、特點不同分為兩個層次。

第一個層次是地理信息基礎類課程，目的是使學生掌握地理信息技術最基本的原理和技術，打好基礎。如“測量學”、“遙感概論”、“地理信息系統概論”等課程。在這個層次中，除了理論教學外，還安排驗證性實驗，目的是讓學生通過實際動手，掌握一般的實驗方法和技巧，鞏固已學到的理論知識。

第二個層次，為了提升學生的綜合能力和創新能力，加強課程設計環節，開設了“專題地圖設計”、“GIS設計及應用”、“資源與環境遙感”等課程。

另外將各種地理信息軟件穿插于各門相關課程中，如ArcGIS、MapGIS、ENIV、SPSS等軟件。在這一層次中，目的是培養學生綜合已學知識的能力，充分調動主觀能動性，培養和發揮創新精神和個性特長以及協作能力。這部分的實驗主要是非驗證性實驗，可讓學生自主設計和開展實驗，從而極大地激發創新欲望，對培養他們的實際動手能力和創新精神是非常有利的。將GIS大賽的賽前培訓常規化、制度化和課程化，可以適時選拔優秀學生參加全國以及各種形式的GIS大賽，為創新人才的不斷涌出創造條件。

為了保障專業實踐教學環節和地理信息系統專業實驗課程的實施，學校投入大量經費，設立了地理信息系統實驗室、地圖制圖實驗室、遙感實驗室和軟件開發開放實驗室。實驗室可以面向本科生和研究生開設多門地理信息系統專業實驗課、創新實驗、課程設計和畢業設計等，還可以承擔學生的課外GIS大賽輔導和各類GIS大賽賽前培訓任務。將實踐教學方式分為校內實驗教學、校內專業實習、校企實習基地、校企共建實驗室、大學生科技創新、全國GIS校園大賽和GIS職業資格認證，它們之間緊密結合為學生提供實踐學習機會。

GIS 技能大賽為激發高校學生對GIS 技術的學習熱情、推廣GIS 技術的普及、推動GIS 技術的應用、促進GIS 相關專業教學改革、提高實驗教學質量和人才培養質量、提升畢業生就業實力、輸送更多具有創新思維與實踐動手能力的GIS 優秀人才、推進地理信息產業的發展，具有重要而深遠的意義。

基金來源：山東省教育廳教改項目資助，魯東大學教學改革項目資助（21103），山東省高等學校科技計劃項目（J11LE12），山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金（BS2011NY005）

作者單位：魯東大學地理與規劃學院（264025）