地理信息系統金課建設中實踐教學的探索與研究

李 攀 黃 猛 劉 帥 唐路瑤

防災科技學院信息工程學院 河北三河 065201

本課程為計算機科學與技術專業的專業選修課,是一門綜合性很強的實踐類課程[1-5]。該課程以地理空間知識和計算機技術為基礎,運用信息科學的理論與方法,涉及空間數據的采集、處理和管理,空間數據的分析與綜合研究,地理信息系統的建立和應用和GIS開發等內容。通過該課程的學習,學生可以深刻理解計算機軟件開發的應用領域,熟悉多種GIS軟件的應用方法、相關技術和GIS空間分析過程,初步掌握應用GIS工具分析和解決實際問題的能力,培養學生的實踐能力和創新精神,從而從工程化角度提高和培養學生從事大型軟件的開發和應用能力。使學生適應新工科發展的需要,具有創新精神、實踐能力,掌握計算機科學與技術在地學領域應用相關的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法,具有較強專業能力計算機系統開發與應用的專業人員。學生在畢業后可在相關行業從事GIS系統的研制、設計、開發、維護、管理等工作,也可以繼續深造。

1 課程發展及問題

本課程開設將近10年,開設專業涉及計算機科學與技術、信息管理與信息系統等專業,一般作為面向對象語言的入門課程。開設時間為大二,學生具備C語言的基礎,通過多年教學,存在的問題主要有:(1)本校是二本院校,學生的數學和英語基礎較弱,個體差異大,個別學生自學能力很欠缺;(2)有部分學生更重視考研和考公務員的課程,對實踐性強的課程有為難情緒,不愿多花精力;(3)教學手段內容單一,教師對新技術的在課程中的融合還是研究不夠。

2 課程建設目標

課程體系的改革要適應新工科人才的需求,教學方法和手段要多樣,線上線下教學模式要充分有效地融合,實踐教學模式要有針對性,多引入最前沿的內容,實例要更加豐富,更加貼近IT行業的要求,強化面向對象思想,理解數據的處理,培養前臺界面的設計理念,訓練后臺數據庫操作的能力,進一步加強學生軟件項目開發的綜合能力。各項教學環節有詳細規范的指標,環環相扣,邏輯上逐步遞進,注重學生、督導專家、同行教師對課程的評價和建議。改革課程考核方式,加強學生實踐編程能力的考核,使該課程建設在同類課程建設中起示范作用。同時,通過教師對自身科研引入教學,豐富教學內容,提高學生對課程的感性認知,增強學生的學習興趣。

3 課程實施措施

3.1 形成課程建設標準

根據課程在人才培養目標中的地位與作用,明確教學目標,教學內容設計科學、合理,教學環節設計合理,時間分配科學,先進教學理念在教案等內容中予以呈現。根據教學目標要求、課程內容及授課對象特點,選擇一種先進、主流、適合的主要教學方法,形成既體現“高階性、創新性、挑戰度”,又有學科特色的課程建設標準。本課程突出計算機技術在GIS領域的應用,強化計算機編程語言、數據結構、數據庫及計算機網絡等課程的核心知識點,在地理信息系統課程中二次開發、空間數據模型、空間地理數據庫和網絡GIS等內容的緊密聯系,使得計算機專業的學生針對具體專業領域有更多的接觸,有了更好的實踐學習,對于以后項目開發有很好的啟發作用。

3.2 “課程思政”進課堂

根據GIS課程的特點和要求,在教學中引入更多“課程思政”的元素,包括我國北斗衛星、百度地圖等和我們生活息息相關的GIS技術的應用,提高學生的愛國熱情,培養學生的過硬本領,在價值觀的引領方面,更高效地激發學生的學習興趣。尤其通過二十大學習,培養學生先要培養品德,培養對祖國熱愛,培養能夠建設祖國的人才,多引入國家地理行業先進背景案例,激發學生的學習自主能力,不斷提高學生的創新能力,做到有的放矢的學習。

3.3 教學資源優化

優化革新建設完整的優質課程教學資源包括教學視頻、電子教案、教學案例、拓展性閱讀資源、各章(單元、知識點)配套的習題等。在地理信息系統課程的案例中,GIS應用方面進行不斷研究優化,利用先進的VR技術,開發出關于防災減災、災后救援、查找避難場所等沉浸式體驗式實驗,使得學生更好地理解基本概念和基本GIS應用。

3.4 改進課程考核辦法,注重過程考核

根據課程標準、教學內容、培養方案、課程大綱的要求,加強課程試題庫建設,鼓勵教考分離、學生自主機考,突出過程考核,最終形成一套嚴格達成課程畢業要求、方式靈活多樣、行之有效、具有一定挑戰度的課程考核辦法。

3.5 加強教學信息化建設

利用雨課堂等新手段,嚴格課堂教學管理,突出過程考核,輔助考勤,開展課堂測驗。由于學生在課堂上不能一次性消化比如矢量數據模型、柵格數據模型、空間分析等知識點,因此可以利用雨課堂的討論區,進行課程內容的討論,有學習討論、記分討論、普通討論等,使學生在線上也能和老師同學一起學習,通過學習交流,開拓學生的思路,相互促進,共同提高。

3.6 加強教學團隊建設

通過課程建設與教學、積極參加高水平教學競賽、學術交流等途徑,提高課程團隊影響力和知名度。課程教學團隊需確保開課期間,有足夠的時間與精力維護課程論壇、討論區和答疑區,以保證課程教學中的問題得以及時解決。教學團隊定期開展備課活動,不斷提高自身業務水平,由于GIS領域每年都有很多技術革新,教師自身的學習要不斷加強,每一次課程周期要增加新的知識、新的技術,還要通過教師的科研項目對GIS應用進行深入研究和應用。科研促進教學,教學才能更加充實,更有利于創新思維的培養。

4 課程應用方案

4.1 研究方式

收集整理國內高校“地理信息系統”課程和實踐課程的教材、網絡教學資源,通過學術會議、高校和GIS公司的參觀調研,學習相關高校課程建設的經驗,結合我校的特點進行分析比較,將課程落實到行業中,進一步明確建設思路,優化建設方案,提升課程建設的水平。依托應急管理行業,讓學生學有所用,為行業多培養有用之才。

4.2 建設辦法

4.2.1 教學內容方法改革

教學團隊的教師將最新GIS和計算機相關知識引入教學資源中,包括教學大綱、教學計劃、教學視頻、電子教案、教學案例和拓展資料等,立體化呈現知識點及知識點之間的聯系,全面開展多元化的教學模式、線上線下的混合教學,構建課堂教學、在線學習、實驗實踐等的一體化網絡教學模式。采用“項目教學法”進行教學,以具體的工程實例單元為載體,貫徹“讀、想、練、用”的教學方法,采用了課堂教學+網絡自主學習、課堂教學+網絡協作學習、課堂教學+網絡案例教學的教學模式,充分體現IT類專業課程注重實踐的教學特色。通過對典型案例的講解,并把教師科研成果引入課堂,將學生帶入GIS學科前沿和具體的工程實例設計和開發,讓學生對本課程基本理論有一個深入的理解,這樣既激發了學生的學習興趣,又提高了教學效果教學中學生的學習主體性,使學生參與整個教學活動過程,以增強學生學習的自覺性和主動性,達到學生能力培養一體化;全面開展網絡輔助教學,實現教學資源數字化和教學互動網絡化,在課余時間,學生可以通過豐富的網上資源學習課堂上沒有完全弄清楚的問題,也可以留言與老師交流;積極組織學生參加大學生相關的各項學科競賽。各種GIS類競賽不僅可以鍛煉學生的實踐能力,還開闊了學生的眼界,對學生的學習自主性給予了很大的激勵,同時,也通過比賽展示我校學生更好的風采。

4.2.2 實踐教學改革

開設基于課程資源平臺的GIS課程實踐教學項目,構建網絡學習共同體,以研究型學習的形式,采用提前案例學習,與課堂理論教學同步,歷時4個教學周,完成一個實際應用系統的分析、設計與實現,包括實踐項目的課程答辯評價環節。通過實踐項目的開設,學生對數據庫分析設計的方法與步驟有了更為完整的理解,為進一步熟練應用打下基礎,學生普遍認為收獲較大。課程組成員非常重視實踐與教學的緊密聯系,科學研究對教學是很好的補充,二者相輔相成,積極引導學生開展研究性、創新性實驗。在實習實踐教學環節,將GIS作為1個實踐方向,通過集中設計開發,學生可以熟練掌握整個GIS項目流程步驟,舉一反三,這種技能可以應用于其他各個領域。

4.2.3 教學考核改革

在課程考核上,堅持知識和能力并重,學生自主上機考核和開放式考核結合,既有理論知識也有綜合實踐項目完成來進行考核。項目式考試不光考查學生的基本知識掌握程度,還可以考查學生對于GIS問題解決能力和分析能力,以及GIS軟件方面編程能力檢驗。

4.2.4 拓展課下實踐活動

我院的軟件研發中心、VR實驗室、物聯網工程實驗室作為實踐場所,開展各項實踐活動,參與教師科研項目、大學生創新創業項目、學科競賽等活動,鍛煉學生的實踐能力,培養創新和團隊合作精神。開設與課程相關的學術交流活動,通過相互學習,相互促進,不僅提高學生專業水平,還提高學生書寫能力、表達能力,對提高學生自信心是非常有效的方式。

4.2.5 校外資源利用

組織學生參加學術會議,邀請校外企業專家作為課程組專家對本課程的建設進行指導,課程組采用“走出去”和“請進來”多種形式,通過相關企業的技術工程師和教師學生進行座談和交流,對本課程的教學目標、教學方式方法和教學模式等多項內容進行了有益的探討。通過校外實習基地,學生可以進行參觀或者實習,對于學生拓寬視野、提高自身實踐水平有很好作用。

4.3 應用形式及推進方案

基于課程資源平臺進行研究型實踐學習活動,針對實際應用,掌握前后端分析與設計的方法與步驟。應用項目庫案例,可供師生開展案例的教與學,為自主獨立地完成任務,最終協作完成研究型的教學實踐活動。

通過學校的現有條件,充分地拓展學生的知識和能力,進一步了解計算機科學技術在GIS行業中的重要作用、發展趨勢和研究熱點,適應技術的發展和知識的更新。通過參加課外科技活動及訓練,培養學生團隊意識和角色責任意識,進一步增強學生的跨專業知識融合能力、溝通能力和組織協調能力,進一步提高在項目研究中的應用背景理解能力、需求分析能力、綜合設計能力和實驗結果分析能力。通過具體行業依托,本課程與國內外同類大學同類課程相比,實踐性更強,學生得到更好的鍛煉。

結語

圍繞理論教學,展開實踐教學環節,強化學生的實際編程能力,以學生為中心和主體,教師為主導的原則來設計教學過程,圍繞具體典型的軟件項目案例展開教學內容,跟蹤軟件開發的前沿,以真實工程項目為基礎,優化課程體系,加強教學內容改革,不斷深化課程教學方法與手段改革,通過軟件項目進行推進的理論教學,探索以考查學生實踐編程水平為準則的考核方式,提升教師的綜合業務水平,不斷提高教學質量。