面向礦山行業的地理信息系統實踐教學研究

王行風

摘 ?要： 地理信息系統不同的應用領域對其人才的培養都提出了行業要求。聯系礦業行業背景，結合地理信息系統教學實踐，探討了面向礦山行業的地理信息系統實踐教學改革。通過在原有實驗資源基礎上的改造、擴建和新建，貫徹“學科-專業-行業”一體化建設的理念，倡導實踐與科研融合，通過校企結合，大膽探索，構建實踐教學創新環境支撐平臺，探討了地理信息系統應用型人才的培養模式。教學實踐表明，該模式能更好地培養學生創新思維和綜合運用GIS技術的能力，能有效提高地理信息系統課程的教學質量。

關鍵詞： 地理信息系統; 行業特色; 教學改革; 礦業

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：1006-8228（2015）01-52-03

Research on practice teaching system of GIS oriented at mining industry

Wang Xingfeng

（School of Environment and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116， China）

Abstract： With the rapid development of GIS technology， GIS specialization education is demanded in different applications domains. Considering the professional background of China University of Mining and Technology， an idea to build the supporting platform of the innovative environment of GIS is proposed. Based on the original experimental resources， the reform is transformed， extended and constructed. The ideas of construction of specialty and discipline integration in GISare carried out. The merging of teaching practice and research is advocated. The traditional function of the practice environment is expanded and enhanced. The school and enterprise are combined and the support platform of innovative environment is explored boldly. The result shows this model can accelerate a favorable atmosphere for innovation training in classroom teaching process and improve the classroom instruction quality.

Key words： geographic information system; industry specialty; teaching reform; mining industry

0 引言

地理信息系統（GIS，Geographic Information System）是學科與技術的統一體，學科的發展促進了GIS理論體系的形成，技術的進步則拓寬了GIS的應用范圍[1-2]。隨著GIS的逐漸成熟，各具特色的行業專題GIS也不斷涌現，用人單位對GIS人才具備一定的行業背景的需求也日益明顯[3]。因此在傳授GIS理論和培養GIS技能的基礎上，面向行業，從“千家一面”過渡到“一家一世界”的培養模式已成為GIS教學單位的認同[4-5]。

中國礦業大學是國內外著名的礦業最高學府，經過多年的發展，已成為在礦業、能源和資源領域有重要影響、特色鮮明的多科性研究型大學。每年GIS畢業生約有50%～70%到與礦業行業相關的單位中就業。因此，我們在多年的GIS教學活動中，依托我校行業背景，對面向礦業行業的GIS實踐教學體系進行了有益的探討。

1 實踐教學內容體系構建原則

GIS是一門實踐性很強的課程，因此加強GIS實踐教學是提高教學效果的重要手段[6-8]。面向礦業行業的具體需求，結合GIS專業的培養目標的實踐教學體系構建原則我們認為有以下幾點。

⑴ 面向行業，貫徹“學科-專業-行業”一體化建設理念，將學科建設、科研工作與人才培養緊密結合，加強面向行業應用的實踐教學環節，以適應面向礦山就業的需求。

⑵ 根據專業特點和行業需求，凝煉行業特色，重組教學內容，建立適應行業需求、以能力培養為目標、面向個性化培養的多模塊實踐教學體系。

⑶ 以教學與科研的結合為突破口，探索科研融入教學的實施途徑。在教學中，改變傳統的教學方法[9]，將科研項目、科研熱點、科研成果引入教學，促進科研資源向教學資源的轉化。同時在課程教學中適當地安排課外講座、科研報告，通過邀請專家講學、專業教師科研報告等途徑引導學生走向科研創新。

⑷ 改變傳統的“教師演示，學生練習”教學方式，充分利用課堂和網絡兩個平臺，改進多媒體教學手段，積極探索“問題驅動”和項目主導的教學方法。

⑸ 堅持以能力培養為核心的實踐教學觀念。在處理好教學內容的基礎與應用的關系的同時，強化學生基本思維和基本能力的培養，增加實踐教學的柔性，由課內拓展到課外，培養學生的綜合能力和創新能力。

2 實踐教學內容組織

為了有效貫徹創新教育、實踐教育和素質教育理念，我校根據GIS專業的特點和礦業行業的需求，對GIS專業的實踐教學內容從理論基礎、技術方法、應用系統三個視角進行了設計和優化。在保證基本知識、基本技能掌握的前提下，整合和提升前期課程內容，重組實踐教學內容，進行行業拓展，增加面向行業應用的實踐模塊，實現實踐教學內容模塊化，所構建的面向礦山行業的GIS課程實踐教學體系見表1。

表1 ?地理信息系統實踐教學內容體系

[類型＼&模塊＼&說明＼&基本

技能＼&通用

基礎＼&①影像配準;②地理空間數據建庫;③空間數據編輯;④空間查詢;⑤緩沖區;⑥疊置分析;⑦網絡分析;⑧DEM分析;⑨三維分析;⑩地圖制圖。＼&通過熟悉GIS軟件操作，進行GIS基本技能的訓練，幫助學生掌握GIS基本原理，具備完整的地理數據采集、處理、數據庫建設與系統維護及信息服務等能力。＼&行業

拓展＼&①礦圖矢量化處理;②鉆孔儲量計算;③礦體緩沖區處理;④礦體產狀圖制作、地質圖自動編錄。＼&綜合

能力＼&通用

基礎＼&①市區道路拓寬工程;②購房、擇房;③學校選址;④高速公路停車場的選擇;⑤水土流失建模。＼&以地理信息處理與服務的業務流程為基礎，面向具體問題的GIS集成應用，使學生加深對GIS基本原理的理解，培養綜合技能。＼&行業

拓展＼&①礦井生產三維建模;②二三維礦體自動圈定與交互處理;③一井定向解算;④通風網絡分析。＼&創新

技能＼&面向

行業

領域＼&①掌握編程語言，基于組件（AE、SuperMap等）進行應用系統的設計、需求和初步開發;②礦山地測采信息系統分析、設計和實現;③其它行業GIS應用系統（根據需要選擇）。＼&以不同領域GIS應用要求為基點，通過參與教師科研課題，鼓勵學生參與國內GIS大賽，培養學生GIS建模、系統研發、集成應用等技能，使其具備一定的創新能力和應用領域拓展能力。＼&]

3 構建實踐教學科技創新和社會實踐平臺

構建完整的、科學合理的實踐教學體系是實現人才培養目標的根本保證[10]。我校從GIS專業特點和行業需要出發，依托學校教學實驗中心、實驗室及各研究系所，構建了“專業基礎實驗平臺、項目化技能與工程實訓平臺、社會實踐活動平臺、科研科技創新協作平臺”四位一體的學生科技創新與社會實踐平臺（圖1）。

[科技創新與社會實踐平臺][專業基礎

實驗平臺][項目化技能與

工程實訓平臺][社會實踐

活動平臺][科研科技創

新協作平臺]

圖1 ?實踐教學科技創新和社會實踐平臺

3.1 專業基礎實驗平臺

專業基礎實驗平臺以GIS基本概念為基礎，重視對原理方法的驗證和基本技能的培養。專業基礎實驗平臺提供的實驗主要包括驗證型和原理型實驗，包含了課內必選實驗項目和課外自選實驗項目。學院教學實驗室負責學生必選實驗項目的完成，在此基礎上學生也可以自主選擇實驗項目，甚至可以自立課題，在教師指導下設計實驗方案，經申請進入實驗室開展實驗和科研活動。

3.2 項目化技能與工程實訓平臺

產學結合是工程教育改革的一大戰略[11]。對于應用技術極強的GIS來說，學生掌握的不僅是技術技能水平，還應該包括一定的項目管理和運營能力。結合項目加大設計型、綜合型和創新型實驗的開發，構建“獨立-實踐-校企-就業”鏈接式的畢業設計和課程設計的實踐環節，加強校企聯合培養實踐訓練基地、同行業的校外實習基地的建設。通過面向項目的訓練，學生可以實現知識的互補，達到學科結合、互利共贏的教學效果。

3.3 社會實踐活動平臺

畢業實習、假期社會實踐是提高學生動手能力的重要安排，為了更好地貫徹落實學校有關畢業實習和社會實踐的各項要求，進一步保障GIS專業學生實踐工作的順利開展。學校提倡開展多模式的實習教學，實現集中實習和分散實習相結合、校內實習與校外實習相結合、走出去和請進來相結合、專業實習與就業實習相結合、專業實習與參加科技競賽相結合、專業實習與教師科研相結合等。介入企業的生產和經營活動，極大地調動了學生自主學習的積極性，使其專業技能與綜合素質明顯提升，受到企業的廣泛好評。

3.4 科研科技創新協作平臺

借鑒我校其他特色專業卓越工程師的培養模式[12]，探索與科研院所、企業協同培養GIS專業人才的渠道，創新設計培養方案和教學課程，積極引進消化吸收先進的培養方案和教學理念，探索基礎理論和科研素質培養訓練的有效途徑并完善相關配套管理措施，以協同創新中心為載體，建立產學研協同培養行業優秀專門人才的基地。具體的方法和措施有以下。

⑴ 為學生提供科技創新試驗平臺。依托學校學院的科研機構單位，如結合我院“國土環境與災害監測國家測繪地理信息局重點實驗室”、“江蘇省資源環境信息工程重點實驗室”、“教育部礦山生態修復工程研究中心”、“江蘇省3S與國土信息研究中心”、“中德能源與礦區生態環境研究中心礦山生態環境研究所”等國家級、省部級重點實驗室和工程中心，鼓勵高年級學生進入實驗室/工程中心進行科學研究及創新實踐，實驗室所有儀器設備對學生開放。在這些措施的保障下，學生能充分利用高精尖儀器設備，進行各類試驗和分析計算，極大地提高了學生分析問題、解決問題和科學研究的能力。

⑵ 構建了教師科學研究與學生科技創新相結合的科技創新平臺。每年有一大批教師，包括長江學者、國家杰青獲得者、中國青年科技獎獲得者、全國優秀教師、全國百篇博士論文獲得者等，都面向大學生做科研報告，介紹自己的研究方向和研究成果，提供科研、實驗條件及經費支持，吸引學生參加科研項目。同時，在進行畢業設計、畢業論文選題時，80%以上結合教師科研項目和生產實際問題，讓學生參與科研項目和解決生產實際中的關鍵問題，提高了學生創新能力和解決實際生產問題的能力。

⑶ 借助各種大學生科技創新訓練計劃，引導學生開展學科前沿科學研究。針對本科生創新訓練計劃，我校設有國際級、省級和校級創新項目，學生在指導教師的指導下，申請各類創新項目，進行學科前沿的研究，提高創新能力和實際應用能力。

4 實踐教學考核方式改革

課程考核是反映教學效果的重要手段，是教學過程的關鍵環節之一。GIS是理論與技能并重的課程，完全采用筆試難以準確反映學生專業技能掌握情況及對GIS技術手段的掌握、分析和應用能力。因此，為了適應面向礦業行業的GIS人才的培養需求，我校對GIS課程的考核方式進行了改革，建立了將課程考試與學習過程相結合的全過程考核成績評定體系，引導教師開展研究性教學，促進教學改革和教學質量的提高。

全過程考核在考試內容上保證學生對基本概念和基本技能理解和掌握的基礎上，注重知識測試與能力測試的結合。考試形式上實施分階段考核，避免一考定成績，考核形式可選擇考察、測驗、作業、課堂討論、課程設計、讀書報告、小論文、操作實踐、實驗報告、中期考試和結業考試等環節，保證學生的每一次參與都有收獲。全過程考核使學生逐漸淡化了考試緊張感，不再需要“臨時抱佛腳”，激發了學習興趣，調動了學生學習的積極性和主動性，在專業認識、理解和接受上也發生了較大的轉變，課堂形式變得更加豐富，氣氛更加活躍，初步實現了教學由知識的傳授向能力培養的轉換。

5 結束語

GIS專業是一個技能要求高、實踐性強的專業。我校GIS專業面向行業，堅持理論的實踐性，通過了解用人單位的需求，結合我校實際面向礦山行業，進行了基于應用技能的GIS實踐教學改革。實踐教學結果表明，所采取的實踐教學措施有效地提高了學生的動手能力，促進了GIS專業建設。在就業形式嚴峻的情形下，我校GIS專業的就業率始終保持在前列，畢業生就業后能迅速勝任工作，這宣傳了我校的專業品牌，進一步促進了學生就業。但面向行業的GIS專業課程實踐教學改革是一項涉及面廣，技術性和學術性較強的系統工程。因此，如何把GIS專業學生培養成為具有工程實踐能力的高素質人才，使學生具備一定的解決工礦企業實際問題的能力，仍然需要我們不斷探索教學內容、教學方法和教學手段的改革。

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