階梯式GIS軟件工程實踐教學體系研究

萬波 方芳 葉亞琴 左澤均

【摘要】為了滿足社會對高層次的GIS軟件開發的需要，地理信息系統專業學生必須提高GIS軟件開發能力，研究具有系統化、挑戰性、標準化、導向性、模塊化等特點的階梯式GIS軟件工程實踐教學體系，有助于促進學生系統思維的訓練并能循序漸進地加強實踐能力。

【關鍵詞】軟件工程 實踐教學 階梯式

【項目資助】中國地質大學（武漢）教學研究項目（2013B17）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）01-0224-02

一、國內高校GIS軟件工程實踐教學現狀

1.國內高校GIS專業教育現狀

隨著我國地理信息系統（Geography Information System，簡稱GIS）產業的蓬勃發展， GIS及相關專業的綜合性高級專業人才成為地理信息產業關注的重要話題之一。近年來，GIS在學科建設、人才培養、技術應用等方面取得了長足進步，但由于各高校開設GIS專業的條件、時機及基礎各有不同，導致我國各高校GIS教育水平良莠不齊、缺乏統籌規劃，在知識結構、教學機制、課程設置、理論與實踐結合等方面還有待提高，嚴重影響了我國高素質GIS人才的培養，制約著GIS產業向縱深方向的發展。

目前，我國有超過150所高校開設了地理信息系統或其相關專業。GIS教育規模的快速增長，滿足了社會對GIS專業人才的數量需求，但離質量上的要求還有很大差距。國內各大GIS相關企業對于畢業生的質量不太滿意。2005年的一次從業人員調查顯示，254位被調查者中有近三分之二（62%）的人對高校的GIS教育持不認可態度，他們表示不滿意高校畢業生的業務能力和專業水平。在2010年對全國若干家GIS企業的調查中，我們發現企業管理層和人力資源方面負責人對GIS畢業生的意見主要集中在以下幾方面：第一，學生的實踐能力較差。有的畢業生編程能力不足或者是編程語言使用不夠規范，無法正常完成公司交給的任務，公司需要花費較長時間重新培訓；第二，創新思維和系統思維能力不足，只能按照非常詳細的計劃書一步步完成計劃書的內容，甚至需要計劃書把每一步具體怎么做都寫出來，無法自己去按照客戶需求完成任務。

2.國內高校GIS軟件工程實踐存在問題

首先，是缺乏對學生進行系統思維的訓練。很多時候我們會從三個層次來理解地理信息系統這個學科，即地理，信息和系統。但我們現在的畢業生的專業知識主要集中在信息這一層面上，地理知識由于在信息的采集和處理中必須用到，因此在教學中還是會有足夠的涉及。但是在系統這一層面上，由于課程涉及較少，而且諸如軟件工程，GIS工程等課程都作為選修課出現。學生并沒有對這些系統課程引起足夠的重視，導致學生的系統思維能力不足。

其次，理論教學與實踐教學嚴重脫節。綜合各高校GIS專業人才培養方案來看，目前高校GIS專業在實踐教學方面主要存在著四個方面的問題：其一，計算機或軟件開發類課程實習與GIS課程脫節；其二，課程實習與課程實習脫節；其三，基礎實習與綜合實習脫節；其四，實踐內容與實際需求脫節。加上各實踐課程間缺乏系統性和連貫性，不利于強化和鞏固知識點，實踐教學質量難于保證，最終導致學生軟件開發能力參差不齊，與社會需求脫節。

因此，如何構建一個科學系統的實踐教學體系，是當前頗為緊要的任務。論文探討的是將GIS軟件系統設計的知識點和技能要素融入各門課程，建立階梯式GIS軟件工程實踐教學體系，促進學生系統思維的訓練并循序漸進地加強實踐能力。

二、階梯式GIS軟件工程實踐體系的具體內容

階梯式GIS軟件工程實踐體系作為培養GIS軟件開發工程師的實踐教學主線，目的在于基礎性、系統性和有序性課程實習作為知識點輔助練習，個性化項目實踐和第二課堂作為培養創新能力，其能力培養及實踐技能訓練主要分為三個級別（如表1所示），分別是GIS軟件開發基礎技能、GIS軟件專業化訓練以及GIS軟件系統開發訓練。

表1 階梯式GIS軟件工程實踐體系訓練內容

1.GIS專業軟件工程能力訓練體系

GIS專業軟件能力訓練體系包含基礎技能、專業技能及系統開發等三個層次，其教學目標分別為基礎、語言、編程工具三位一體，工程、系統和專業方向三位一體以及理論與系統結合、技能與職業素養結合。

其中，基礎技能的實踐教學結合教學計劃中《計算機高級語言課程設計》、《面向對象程序設計課程設計》、《數據結構課程設計》等實踐環節，設置GIS基本幾何及幾何計算的內容來實踐面向對象的思想；專業技能層次則結合《數據庫課程設計》、《GIS面向對象軟件工程》等實踐環節，基于數據庫存儲的GIS基礎圖形編輯系統的實踐內容，使學生掌握GIS系統的存儲、管理、編輯、顯示、查詢、分析以及二、三維建模；系統開發層次則結合企業實踐及畢業設計環節，加強網上地圖服務系統開發、嵌入式應用等方面實踐能力。

表2 GIS軟件工程能力訓練體系

2.階梯式GIS軟件工程實踐的分級內容

階梯式GIS軟件工程實踐初、中、高級階段分別對應著不同的目標、課程與具體要求，各層次目標矩陣如表3、表4及表5所示。挑戰級別針對學有余力的同學，可利用第二課堂、大學生課外科技活動等方式開展，結合《移動GIS》、《三維GIS》等相關選修課程，其目標矩陣如表6所示。

表3 階梯式GIS軟件工程實踐初級階段目標矩陣

表4 階梯式GIS軟件工程實踐中級階段目標矩陣