面向社會需求的GIS二次開發課程教學改革

李小龍　滑珺　譚永濱

摘要：為緩解相關企事業單位對GIS開發人員的巨大需求與學生就業困難的矛盾，提出了一種面向社會需求的GIS二次開發課程教學改革方案。分別從課程體系、案例任務、人才需求、抽簽答辯等四個方面進行改革，提高學生動手能力。

關鍵詞：GIS二次開發；社會需求；教學改革；任務庫；答辯

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0117-03

一、引言

地理信息科學（Geographic Information Science，GIS）是地理學、測繪學及計算機科學相結合的交叉學科，以信息技術（Information Technology，IT）為基礎，對地理空間數據進行管理與應用，分析自然和社會現象空間分布、相互關聯及時空變化規律，并進行地圖可視化。自上世紀60年代問世以來，GIS每一步發展都緊隨計算機技術變革的腳步。2017年GIS相關產業市場規模達5000億元以上，同時，全國開辦GIS專業的高校也已超過180所，但由于GIS教學與實際應用脫節，往往出現企業招聘難與專業學生就業難同時存在的奇特矛盾現象[1]。作者查詢了“51job”“智聯招聘”“3S招聘網”等招聘網站，調查顯示，GIS開發與研發崗位需求最大。為此，在高校專業教學過程中應十分重視動手能力的培養。

“GIS二次開發”是GIS專業的核心課程之一，具有較強的理論性、技術性、應用性和實踐性[2]，綜合運用理論知識和編程技術，完成應用型地理信息系統的功能設計與開發實現。該課程多在大三開設，旨在培養學生從事GIS應用軟件二次開發的能力，對學生后續的畢業設計及工作應聘具有重要影響。該課程以往的教學改革多從參加競賽[3，4]、參與項目[5]、利用案例與任務[6，7]等方面開展，較少從社會需求方面綜合分析[8，9]，而滿足社會需求恰恰是最主要的目標。為解決招聘難與就業難的雙重矛盾，在GIS二次開發教學中應緊密跟蹤行業動向，提高學生動手能力[10]。下面結合社會需求，探討GIS二次開發的特點、教學中的問題及教學方法改革。

二、GIS二次開發教學中的問題

根據課程特點和作者近年的教學經驗，并結合對相關調查研究，發現在GIS二次開發教學過程中存在以下主要問題。

（一）教學內容零散

教師在授課過程中，多以基本GIS功能的編程實現為主，如空間數據讀寫、可視化、空間分析等，較少結合行業應用系統，融合GIS功能，去解決業務中的實際問題。學生掌握知識內容零散，不利于理順知識脈絡，容易遺忘。

（二）教學手段傳統

傳統的教學手段為“上課講PPT—下課留作業—實驗課練手”，學生機械地完成各自的基本學習內容，缺乏互動性，不適合培養實踐性和團隊合作性要求較高的GIS二次開發人才。

（三）學習積極性不高

由于該課程需要具有一定的GIS軟件應用和程序開發能力，對多數學生來說，門檻較高，難度較大，產生了畏懼心理。此外，學生不了解社會需求的趨勢，也缺少就業壓力的驅動，對課程的重視程度不夠。

（四）成績考核形式單一

學生成績組成多以“平時表現（10%）+實習報告（30%）+期末考試（60%）”組成，并且考核內容相同，使得背誦能力強和文檔寫作好的學生容易獲得高分，這對于實踐性要求較高的GIS二次開發課程來說，不能反映學生真實的學習效果，缺乏區分度。

三、GIS二次開發教學方法改革

針對課程教學中存在的問題，提出具體教學改革的方法。

（一）加強課程體系建設

在前序課程的理論教學中，要循序漸進逐步深入[11]。理論部分，先學習地圖學、GIS原理與空間分析等課程，了解地圖數學基礎及符號表達，掌握GIS的定義、功能結構、數據描述與管理、分析可視化等，理解緩沖區分析、疊置分析、網絡分析及三維地形分析等空間分析方法；程序開發部分，先學習C程序設計、數據結構、GIS程序設計基礎等課程，掌握編程語言的語法與程序結構，理解數據組織與底層功能實現；實踐部分，先學習GIS軟件應用、GIS工程設計與應用、空間數據庫原理等課程，了解GIS功能結構，掌握GIS需求分析與軟件設計，以及數據存儲與訪問。

在前序課程的實踐教學中，基礎軟件、開發工具包、編程語言、編程環境等盡量一致。比如，可使用C、C++及C#為主的編程語言，其語法規則相似，編程環境也可統一（Visual Studio），減少學生為掌握一門新的編程語言而浪費的時間。

（二）構建合理的案例庫及任務庫

案例庫是指教學過程中師生共同探討的開發實例集合，包含需求描述、設計思路、源代碼及示例數據，而任務庫則是指學生課后需要完成的程序開發類作業的集合，包含需求描述、設計提示及示例數據。案例庫和任務庫（以下簡稱“兩庫”）是教師教學的主要內容，也是訓練學生提高GIS二次開發動手能力的主要資源，兩庫建設的合理性是影響教學質量的主要因素之一。

兩庫的建設需要遵循以下三點要求：首先，內容涵蓋所有知識點，包括數據組織與處理、查詢檢索、空間計算分析、地圖可視化等；其次，邀請企業共同參與兩庫建設，以企業近期相關項目為基礎，經過內容抽取與改造，形成案例或任務，使之符合教學大綱要求的同時，也與社會需求接軌；最后，對案例和任務進行類別劃分，案例分為易、中、難，而任務劃分為模仿型、擴展型和開放型，每種任務設置不同的滿分分數。模仿型任務主要以模仿案例中的內容為主，任務中列出詳細需求、解決思路、參考提示等；擴展型任務是對模仿型任務的深入探索及綜合應用，提高難度，任務中同樣列出詳細需求、解決思路、參考提示等；開放型任務只列出基本的需求，主要靠任務選擇者根據需求自由設計并實現相關功能。

（三）激發學習積極性

學習態度是影響GIS二次開發學習效果的重要因素之一，必須激發學生學習的積極性[12]。可以通過以下四點提高學習興趣：首先，在教學內容上要體系完整、由淺入深、逐步引導，降低入門門檻，通過完成小的功能，提升學生的自信心，消除畏懼心理；其次，從產業發展及社會需求角度，分析本課程學習的必要性，一方面，從近年GIS產業產值逐年增長情況，年均增長率超過30%，2017年總產值超過5000億元，說明GIS行業發展前景廣闊，就業機會增多，另一方面，從網絡招聘信息中統計GIS崗位設置、需求人數及薪資待遇等角度分析，說明從事GIS開發工作的優勢；其次，分析國內各知名高校從事GIS研究的優勢，證明不僅企事業單位急需GIS開發人員，高校研究生導師也傾向錄取開發基礎扎實、動手能力強的學生；最后，講述本校優秀畢業生及業內知名人士的經歷，說明具有GIS開發能力，會增加成功的機會，利用榜樣的力量，增強學生學習的動力。

（四）豐富成績考核形式

為體現實踐類課程真實的教學效果，應豐富考核形式，提高區分度[13]。成績考核的形式仍為“平時成績+期末考試+實驗”，但是所包含的內容及分數占比有所不同。平時成績占總成績比例提高到15%，考核內容主要包括到課率、作業完成情況及課堂表現，其中，課堂表現不僅參考平時回答問題態度，同時重點參考在參與案例分組討論過程中的積極性和合理性。期末考試采用筆試形式，占總成績的比例降到35%，主要考查學生對相關常識、基本概念與方法等理論知識的掌握情況。實驗分為獨立完成的基本實驗和分組完成的高級實驗，占總成績的比例提高到50%，其中前者占比30%，后者占比20%，主要考查學生動手編寫程序及解決問題的能力。

實驗部分的改革是此課程教學改革的重點。基本實驗以模仿型任務為主，內容盡量涵蓋課堂上所學的GIS二次開發基本知識點，包括數據管理、編輯、分析及可視化等。基本實驗要求每個學生在指定任務組中自由選擇三個任務，獨立完成并撰寫實驗報告，最后進行任務完成情況的答辯。由于學生較多，為節省時間，令學生現場抓鬮抽取其中一個需要答辯的任務，綜合評判現場答辯情況及實驗報告，給予相應的基本實驗分數，其過程如圖1所示。而高級實驗以擴展型和開放型任務為主，要求學生組隊完成，2—4個人一組，每組選取一個難度適合自己的任務，組員間充分討論，分工合作，進行系統設計、程序開發及撰寫實驗報告。高級實驗要求現場隨機抽取各小組一名成員進行答辯，其成績作為所在小組成員答辯環節的成績，結合小組提交的一份實驗報告，給出高級實驗分數，其過程如圖2所示。

高級實驗實施過程中有以下優點：首先，分組完成，可以提高學生團隊精神，小組成員間可以相互學習；其次，現場隨機抽取答辯人，避免“搭順風車”現象，使得人人都需要了解任務設計與實現的全過程；最后，自由選取不同難度的任務，可增加區分度，使喜愛思考、開發能力強的同學脫穎而出，獲取更高的分數，激發學習的積極性。

四、結語

GIS二次開發作為GIS專業核心課程之一，具有很強的技術性與實踐性，其教學模式必須以社會需求為導向，提高學生的實踐動手能力和適應社會合作與競爭的能力。本次課程教學改革中充分引入社會資源，利用企業真實項目構建案例庫與任務庫，讓學生模擬解決實際行業問題，使教學與社會需求接軌。同時，采用答辯形式進行成績評定，能夠客觀地展現學習效果，突出優秀人才。經過近兩年的教學實驗，發現撰寫開發類畢業論文及從事開發類工作的學生數量逐年增多，就業難度逐漸降低，可見本次教學改革取得了一定的正面效果。本文只針對一門課程進行教學改革嘗試，而學生專業素質的培養，需要其他相關課程的共同努力，不斷交流學習，提高教學質量。

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