地理信息程序設計與開發課程組教學改革實踐

馮永玖　高峰　李陽東　楊曉明

【摘 要】海洋技術是開發與利用海洋資源和能源、拓展人類生存空間的技術。地理信息系統理論與開發課程是上海海洋大學的海洋技術專業教育中的核心部分，培養學生有關地表和海洋的空間認知、地理數據處理、空間分析與專業領域應用的能力。本文著重探討了5門GIS課程組的內容、教材建設和教育教學改革實踐方案。通過教學改革是學生得到綜合性、全方位的鍛煉，實現學生GIS編程的提高和升華。

【關鍵詞】地理信息系統；程序設計；課程組；教學改革；創新實踐

0 引言

海洋技術是開發與利用海洋資源和能源、拓展人類生存空間的技術。海洋開發大范圍的、精確的海洋環境數據支撐，要獲得這些數據需要進行海底勘探、取樣、分析和水下施工等。完成這些任務需要一系列海洋技術的支撐，包括深海勘察、探測、深潛、化學、生物、遙感、聲學、測繪等技術。因此，我國高等學校中海洋技術專業涵蓋的范圍較廣，主要培養具備海洋科學的基本知識及海洋高新技術開發研究的能力，能從事海洋高科技、海洋資源開發、海洋工程及相關學科專業工作的高級專門人才，但是不同的高效高校有其不同的側重點。

上海海洋大學海洋技術專業培養具備海洋科學基本理論知識，掌握海洋遙感地理信息、海洋測繪、水聲學探測等基礎知識和基本技能，能在海洋信息、遙感和地理信息系統（GIS），或海洋測繪、海洋工程勘測領域，具備從事海洋勘測、工程測量、海洋信息技術開發與應用及相關科學研究與管理基本能力的高素質復合人才。

1 GIS開發課程組成

上海海洋大學海洋技術專業側重，地理信息系統（GIS）、遙感、測繪和聲學。GIS課程組涉及地理信息系統理論、開發與應用的課程，是我校海洋技術專業教育中最核心的部分之一，培養學生有關地表和海洋的空間認知、地理數據處理、空間分析與專業領域應用的能力。

本課程組包括《地理信息系統》、《可視化程序設計》、《GIS開發與應用》、《WebGIS原理與開發》和《GIS綜合應用實習》5門理論與實踐課程（表1），其中《地理信息系統》是GIS開發的基礎理論課程，《可視化程序設計》是程序開發的中階編程課程，其余課程為GIS開發的實踐與綜合應用課程。所有課程均得到上海市教育高地重點課程建設立項資助，2015年《GIS開發與應用》獲上海市教委重點建設課程資助。

1.1 地理信息系統

“地理信息系統”是為海洋技術的專業基礎課，內容主要包括地理信息系統的基本概念和原理、地理空間數據概念、空間地理數據獲取及空間參考、空間數據庫建立、空間分析、數字地形模型與地形分析、空間插值、空間建模與空間決策支持，以及空間數據的表現和可視化等。講授過程注重理論與實踐結合，使學生深刻理解并牢固掌握地理信息系統的基本概念與技能，并為其后續學習和研究指引正確方向、打好堅實基礎。

1.2 可視化程序設計

“可視化程序設計”課程是為洋技術類的專業教育必修課程，是本專業學生學習地理信息系統設計和開發等后續課程的基礎。該課程主要講授三部分內容：（1）介紹基于C#語言的面向對象程序設計模式，（2）介紹Windows 系統下可視化程序設計基礎，（3）介紹基于VS.NET的可視化程序設計的一般方法。本課程的主要目的，在于使學生掌握Windows操作系統下可視化程序設計的基本知識，培養學生可視化程序設計的能力，為后續課程以及從事海洋技術相關工作打下基礎。

1.3 GIS開發與應用

“GIS開發與應用”是為海洋技術專業本科生的專業核心課程。在海洋技術專業本科生的學習中，該課程起著激發學生對專業的興趣，培養學生初步養成運用現有商業GIS工具及利用組件式GIS工具，開發滿足特定要求、具有一定功能的軟件來解決實際應用問題的相關技能。通過本課程的教與學，使學生掌握GIS的一般功能和應用領域、基本具備利用現有商業GIS工具來解決實際問題的能力，掌握自定義GIS軟件開發的過程、熟悉主流開發環境、掌握用戶定制GIS的基本編程技能技巧，增強該專業學生應用GIS來解決海洋領域相關實際問題的能力，同時拓寬該專業學生今后從事海洋工作的領域。

1.4 WebGIS原理與應用

“WebGIS原理與應用”是為海洋技術的專業方向選修課，在海洋技術專業本科生的學習中，起著激發學生對專業的興趣、培養學生初步養成運用WebGIS技術和方法解決實際問題的能力的作用。通過WebGIS課程的教學，使學生正確掌握WebGIS的基本原理、方法及WebGIS的關鍵技術，培養學生的動手能力，并能綜合運用于對海洋管理、開發等實際問題的分析，初步具有解決一般WebGIS應用的分析和構建能力。

1.5 GIS綜合應用實習

“GIS綜合應用實習”以課堂所講授的地理信息系統的原理、方法為指導，結合GIS通用平臺（ArcGIS Desktop）的具體操作和應用，加深對GIS 原理、方法的理解，更全面了解GIS在各領域的應用。通過兩周的應用實習能夠利用ArcGIS Desktop完成一定任務。使同學進一步了解地理信息系統工具功能和作用，初步具有應用地理信息系統平臺解決實際工作的能力。為同學今后從事海洋科學和技術有關領域的工作、研究、深造打下良好的基礎。

2 教材和教學資料建設

2.1 教材選用

本課程組采用的教材為高等教育 “十一五”國家級規劃教材、美國“Introduction to Geographic Information Systems”（科學出版社出版）、以及院校985的相關教材，這些教材在其他院校地理信息系統專業中使用較廣，使得我們與國內更高級別的院校和國際相關院校接軌，有效地適應海洋技術專業的國際化需求。

2.2 自編講義和資料

本課程組涉及的課程均為實踐性較強、需要進行上機操作的課程，同時目前有關GIS操作的書籍對于海洋知識的兼顧顯得不夠，因此我們自編了部分講義，包括可視化編程、GIS單機開發和WebGIS網絡開發的教師教學程序，以及相關的資料，均交由學校印刷供學生參考使用。

3 教育教學教改與研究

在2013年之前，我校GIS開發類課程使用不同的程序語言進行教學。例如，《可視化程序設計》使用Visual C++語言和平臺，這是微軟在全球范圍應用非常廣的平臺。學生在大一期間雖然已經學習過《C++程序設計》，但是主要以講授語法為主，不涉及可視化程序設計，缺乏GIS開發相關的實踐經驗。

此外，早期GIS單機開發的標準語言是Visual Basic（VB）語言，所以后續GIS單機程序設計均采用VB.NET。這造成了前期基礎課程使用的程序語言與后續GIS開發課程并不一致，學生在語言轉換上需要花費很多課時，并且最終的掌握程度并不理想。近4年，基于ArcGIS的單機開發在首選語言已經定為C#，原VB.NET則成為第二建議語言。因此，為了夯實海洋技術專業學生的語言基礎，并且為今后更高難度的GIS開發課程打下基礎，有必要對課程組進行教學改革，統一教學所采用的程序語言、建立多元化的教學模式、統一考核的方式和評判標準，實現課程之間的承繼和無縫銜接，最終培養學生在GIS開發和數據處理方面的扎實能力。

本項目主要將貫穿于海洋技術專業2-4年級的GIS開發類課程組，進行有機聯系，增強其連貫性，實現該類課程組之（下轉第19頁）（上接第40頁）間的承繼與遞進教學，提高學生對GIS開發的掌握能力，實現相關學生GIS開發能力的突破。實施的措施包括：（a）通過課程組內的教學研討實現教學內容的有機協調及整體性；（b）對程序設計語言進行統一，獨立主機程序為C#、基于網絡的GIS程序為JavaScript；（c）對學生對GIS開發的掌握程度進行適時調研，實現有針對性的教學；（d）統一課程的考核方式，包括程序設計部分和報告部分；（e）通過大學生創新項目和畢業論文（設計），實現大學生GIS開發能力的升華培養和創新實踐。

4 結語

通過課程組的總體設計、教師研討，實現各階段GIS開發類課程的承繼性和整體性；通過建立一支從年富力強到經驗豐富的教師團隊，保證課程組教學、實踐與應用的順利開展。

通過課程組內的教學研討，建立了GIS開發類課程之間的有機關聯，實現了教學內容的有機協調；統一了單機類GIS開發課程的基礎語言（C#語言），實現各階段課程的承繼性和整體性。針對學生對GIS開發的掌握程度，進行適時調研和分析，從而調節教學進度和教學方式，實現有針對性的教學；統一課程的考核方式，包括程序設計和報告。學生有效地掌握了從基礎到高階的GIS開發技術，在后續綜合實習、大學生創新和畢業設計階段，進一步開展綜合性、全方位的鍛煉，實現學生GIS編程的提高和升華。

【參考文獻】

[1]Kang-tsungChang，張康聰，陳健飛.地理信息系統導論（第3版）[M].清華大學出版社，2009.

[2]湯國安.地理信息系統教程[M].高等教育出版社，2007.

[3]張豐.GIS程序設計教程[M].浙江大學出版社，2012.

[4]劉培林，林熒中，榛.C#可視化程序設計案例教程[M].機械工業出版社，2015.

[5]吳信才.地理信息系統設計與實現[M].電子工業出版社，2002.

[6]吳信才.基于JavaScript的WebGIS開發[M].電子工業出版社，2013.

[責任編輯：朱麗娜]