面向礦山行業(yè)的地理信息系統(tǒng)實踐教學(xué)研究

王行風(fēng)

摘 ?要： 地理信息系統(tǒng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ淙瞬诺呐囵B(yǎng)都提出了行業(yè)要求。聯(lián)系礦業(yè)行業(yè)背景，結(jié)合地理信息系統(tǒng)教學(xué)實踐，探討了面向礦山行業(yè)的地理信息系統(tǒng)實踐教學(xué)改革。通過在原有實驗資源基礎(chǔ)上的改造、擴建和新建，貫徹“學(xué)科-專業(yè)-行業(yè)”一體化建設(shè)的理念，倡導(dǎo)實踐與科研融合，通過校企結(jié)合，大膽探索，構(gòu)建實踐教學(xué)創(chuàng)新環(huán)境支撐平臺，探討了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式。教學(xué)實踐表明，該模式能更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合運用GIS技術(shù)的能力，能有效提高地理信息系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 地理信息系統(tǒng); 行業(yè)特色; 教學(xué)改革; 礦業(yè)

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)（GIS，Geographic Information System）是學(xué)科與技術(shù)的統(tǒng)一體，學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了GIS理論體系的形成，技術(shù)的進(jìn)步則拓寬了GIS的應(yīng)用范圍[1-2]。隨著GIS的逐漸成熟，各具特色的行業(yè)專題GIS也不斷涌現(xiàn)，用人單位對GIS人才具備一定的行業(yè)背景的需求也日益明顯[3]。因此在傳授GIS理論和培養(yǎng)GIS技能的基礎(chǔ)上，面向行業(yè)，從“千家一面”過渡到“一家一世界”的培養(yǎng)模式已成為GIS教學(xué)單位的認(rèn)同[4-5]。

中國礦業(yè)大學(xué)是國內(nèi)外著名的礦業(yè)最高學(xué)府，經(jīng)過多年的發(fā)展，已成為在礦業(yè)、能源和資源領(lǐng)域有重要影響、特色鮮明的多科性研究型大學(xué)。每年GIS畢業(yè)生約有50%～70%到與礦業(yè)行業(yè)相關(guān)的單位中就業(yè)。因此，我們在多年的GIS教學(xué)活動中，依托我校行業(yè)背景，對面向礦業(yè)行業(yè)的GIS實踐教學(xué)體系進(jìn)行了有益的探討。

1 實踐教學(xué)內(nèi)容體系構(gòu)建原則

GIS是一門實踐性很強的課程，因此加強GIS實踐教學(xué)是提高教學(xué)效果的重要手段[6-8]。面向礦業(yè)行業(yè)的具體需求，結(jié)合GIS專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)的實踐教學(xué)體系構(gòu)建原則我們認(rèn)為有以下幾點。

⑴ 面向行業(yè)，貫徹“學(xué)科-專業(yè)-行業(yè)”一體化建設(shè)理念，將學(xué)科建設(shè)、科研工作與人才培養(yǎng)緊密結(jié)合，加強面向行業(yè)應(yīng)用的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以適應(yīng)面向礦山就業(yè)的需求。

⑵ 根據(jù)專業(yè)特點和行業(yè)需求，凝煉行業(yè)特色，重組教學(xué)內(nèi)容，建立適應(yīng)行業(yè)需求、以能力培養(yǎng)為目標(biāo)、面向個性化培養(yǎng)的多模塊實踐教學(xué)體系。

⑶ 以教學(xué)與科研的結(jié)合為突破口，探索科研融入教學(xué)的實施途徑。在教學(xué)中，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法[9]，將科研項目、科研熱點、科研成果引入教學(xué)，促進(jìn)科研資源向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化。同時在課程教學(xué)中適當(dāng)?shù)匕才耪n外講座、科研報告，通過邀請專家講學(xué)、專業(yè)教師科研報告等途徑引導(dǎo)學(xué)生走向科研創(chuàng)新。

⑷ 改變傳統(tǒng)的“教師演示，學(xué)生練習(xí)”教學(xué)方式，充分利用課堂和網(wǎng)絡(luò)兩個平臺，改進(jìn)多媒體教學(xué)手段，積極探索“問題驅(qū)動”和項目主導(dǎo)的教學(xué)方法。

⑸ 堅持以能力培養(yǎng)為核心的實踐教學(xué)觀念。在處理好教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)與應(yīng)用的關(guān)系的同時，強化學(xué)生基本思維和基本能力的培養(yǎng)，增加實踐教學(xué)的柔性，由課內(nèi)拓展到課外，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

2 實踐教學(xué)內(nèi)容組織

為了有效貫徹創(chuàng)新教育、實踐教育和素質(zhì)教育理念，我校根據(jù)GIS專業(yè)的特點和礦業(yè)行業(yè)的需求，對GIS專業(yè)的實踐教學(xué)內(nèi)容從理論基礎(chǔ)、技術(shù)方法、應(yīng)用系統(tǒng)三個視角進(jìn)行了設(shè)計和優(yōu)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(nèi)容，重組實踐教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行行業(yè)拓展，增加面向行業(yè)應(yīng)用的實踐模塊，實現(xiàn)實踐教學(xué)內(nèi)容模塊化，所構(gòu)建的面向礦山行業(yè)的GIS課程實踐教學(xué)體系見表1。

表1 ?地理信息系統(tǒng)實踐教學(xué)內(nèi)容體系

[類型＼&模塊＼&說明＼&基本

技能＼&通用

基礎(chǔ)＼&①影像配準(zhǔn);②地理空間數(shù)據(jù)建庫;③空間數(shù)據(jù)編輯;④空間查詢;⑤緩沖區(qū);⑥疊置分析;⑦網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行GIS基本技能的訓(xùn)練，幫助學(xué)生掌握GIS基本原理，具備完整的地理數(shù)據(jù)采集、處理、數(shù)據(jù)庫建設(shè)與系統(tǒng)維護(hù)及信息服務(wù)等能力。＼&行業(yè)

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

能力＼&通用

基礎(chǔ)＼&①市區(qū)道路拓寬工程;②購房、擇房;③學(xué)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(wù)的業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，面向具體問題的GIS集成應(yīng)用，使學(xué)生加深對GIS基本原理的理解，培養(yǎng)綜合技能。＼&行業(yè)

拓展＼&①礦井生產(chǎn)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(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析。＼&創(chuàng)新

技能＼&面向

行業(yè)

領(lǐng)域＼&①掌握編程語言，基于組件（AE、SuperMap等）進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、需求和初步開發(fā);②礦山地測采信息系統(tǒng)分析、設(shè)計和實現(xiàn);③其它行業(yè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)（根據(jù)需要選擇）。＼&以不同領(lǐng)域GIS應(yīng)用要求為基點，通過參與教師科研課題，鼓勵學(xué)生參與國內(nèi)GIS大賽，培養(yǎng)學(xué)生GIS建模、系統(tǒng)研發(fā)、集成應(yīng)用等技能，使其具備一定的創(chuàng)新能力和應(yīng)用領(lǐng)域拓展能力。＼&]

3 構(gòu)建實踐教學(xué)科技創(chuàng)新和社會實踐平臺

構(gòu)建完整的、科學(xué)合理的實踐教學(xué)體系是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的根本保證[10]。我校從GIS專業(yè)特點和行業(yè)需要出發(fā)，依托學(xué)校教學(xué)實驗中心、實驗室及各研究系所，構(gòu)建了“專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺、項目化技能與工程實訓(xùn)平臺、社會實踐活動平臺、科研科技創(chuàng)新協(xié)作平臺”四位一體的學(xué)生科技創(chuàng)新與社會實踐平臺（圖1）。

[科技創(chuàng)新與社會實踐平臺][專業(yè)基礎(chǔ)

實驗平臺][項目化技能與

工程實訓(xùn)平臺][社會實踐

活動平臺][科研科技創(chuàng)

新協(xié)作平臺]

圖1 ?實踐教學(xué)科技創(chuàng)新和社會實踐平臺

3.1 專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺

專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺以GIS基本概念為基礎(chǔ)，重視對原理方法的驗證和基本技能的培養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)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(nèi)必選實驗項目和課外自選實驗項目。學(xué)院教學(xué)實驗室負(fù)責(zé)學(xué)生必選實驗項目的完成，在此基礎(chǔ)上學(xué)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(dǎo)下設(shè)計實驗方案，經(jīng)申請進(jìn)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(xùn)平臺

產(chǎn)學(xué)結(jié)合是工程教育改革的一大戰(zhàn)略[11]。對于應(yīng)用技術(shù)極強的GIS來說，學(xué)生掌握的不僅是技術(shù)技能水平，還應(yīng)該包括一定的項目管理和運營能力。結(jié)合項目加大設(shè)計型、綜合型和創(chuàng)新型實驗的開發(fā)，構(gòu)建“獨立-實踐-校企-就業(yè)”鏈接式的畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，加強校企聯(lián)合培養(yǎng)實踐訓(xùn)練基地、同行業(yè)的校外實習(xí)基地的建設(shè)。通過面向項目的訓(xùn)練，學(xué)生可以實現(xiàn)知識的互補，達(dá)到學(xué)科結(jié)合、互利共贏的教學(xué)效果。

3.3 社會實踐活動平臺

畢業(yè)實習(xí)、假期社會實踐是提高學(xué)生動手能力的重要安排，為了更好地貫徹落實學(xué)校有關(guān)畢業(yè)實習(xí)和社會實踐的各項要求，進(jìn)一步保障GIS專業(yè)學(xué)生實踐工作的順利開展。學(xué)校提倡開展多模式的實習(xí)教學(xué)，實現(xiàn)集中實習(xí)和分散實習(xí)相結(jié)合、校內(nèi)實習(xí)與校外實習(xí)相結(jié)合、走出去和請進(jìn)來相結(jié)合、專業(yè)實習(xí)與就業(yè)實習(xí)相結(jié)合、專業(yè)實習(xí)與參加科技競賽相結(jié)合、專業(yè)實習(xí)與教師科研相結(jié)合等。介入企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營活動，極大地調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使其專業(yè)技能與綜合素質(zhì)明顯提升，受到企業(yè)的廣泛好評。

3.4 科研科技創(chuàng)新協(xié)作平臺

借鑒我校其他特色專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)模式[12]，探索與科研院所、企業(yè)協(xié)同培養(yǎng)GIS專業(yè)人才的渠道，創(chuàng)新設(shè)計培養(yǎng)方案和教學(xué)課程，積極引進(jìn)消化吸收先進(jìn)的培養(yǎng)方案和教學(xué)理念，探索基礎(chǔ)理論和科研素質(zhì)培養(yǎng)訓(xùn)練的有效途徑并完善相關(guān)配套管理措施，以協(xié)同創(chuàng)新中心為載體，建立產(chǎn)學(xué)研協(xié)同培養(yǎng)行業(yè)優(yōu)秀專門人才的基地。具體的方法和措施有以下。

⑴ 為學(xué)生提供科技創(chuàng)新試驗平臺。依托學(xué)校學(xué)院的科研機構(gòu)單位，如結(jié)合我院“國土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室”、“江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室”、“教育部礦山生態(tài)修復(fù)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(qū)生態(tài)環(huán)境研究中心礦山生態(tài)環(huán)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(xué)生進(jìn)入實驗室/工程中心進(jìn)行科學(xué)研究及創(chuàng)新實踐，實驗室所有儀器設(shè)備對學(xué)生開放。在這些措施的保障下，學(xué)生能充分利用高精尖儀器設(shè)備，進(jìn)行各類試驗和分析計算，極大地提高了學(xué)生分析問題、解決問題和科學(xué)研究的能力。

⑵ 構(gòu)建了教師科學(xué)研究與學(xué)生科技創(chuàng)新相結(jié)合的科技創(chuàng)新平臺。每年有一大批教師，包括長江學(xué)者、國家杰青獲得者、中國青年科技獎獲得者、全國優(yōu)秀教師、全國百篇博士論文獲得者等，都面向大學(xué)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(jīng)費支持，吸引學(xué)生參加科研項目。同時，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文選題時，80%以上結(jié)合教師科研項目和生產(chǎn)實際問題，讓學(xué)生參與科研項目和解決生產(chǎn)實際中的關(guān)鍵問題，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實際生產(chǎn)問題的能力。

⑶ 借助各種大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)科前沿科學(xué)研究。針對本科生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，我校設(shè)有國際級、省級和校級創(chuàng)新項目，學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，申請各類創(chuàng)新項目，進(jìn)行學(xué)科前沿的研究，提高創(chuàng)新能力和實際應(yīng)用能力。

4 實踐教學(xué)考核方式改革

課程考核是反映教學(xué)效果的重要手段，是教學(xué)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。GIS是理論與技能并重的課程，完全采用筆試難以準(zhǔn)確反映學(xué)生專業(yè)技能掌握情況及對GIS技術(shù)手段的掌握、分析和應(yīng)用能力。因此，為了適應(yīng)面向礦業(yè)行業(yè)的GIS人才的培養(yǎng)需求，我校對GIS課程的考核方式進(jìn)行了改革，建立了將課程考試與學(xué)習(xí)過程相結(jié)合的全過程考核成績評定體系，引導(dǎo)教師開展研究性教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提高。

全過程考核在考試內(nèi)容上保證學(xué)生對基本概念和基本技能理解和掌握的基礎(chǔ)上，注重知識測試與能力測試的結(jié)合?？荚囆问缴蠈嵤┓蛛A段考核，避免一考定成績，考核形式可選擇考察、測驗、作業(yè)、課堂討論、課程設(shè)計、讀書報告、小論文、操作實踐、實驗報告、中期考試和結(jié)業(yè)考試等環(huán)節(jié)，保證學(xué)生的每一次參與都有收獲。全過程考核使學(xué)生逐漸淡化了考試緊張感，不再需要“臨時抱佛腳”，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，在專業(yè)認(rèn)識、理解和接受上也發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變，課堂形式變得更加豐富，氣氛更加活躍，初步實現(xiàn)了教學(xué)由知識的傳授向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)束語

GIS專業(yè)是一個技能要求高、實踐性強的專業(yè)。我校GIS專業(yè)面向行業(yè)，堅持理論的實踐性，通過了解用人單位的需求，結(jié)合我校實際面向礦山行業(yè)，進(jìn)行了基于應(yīng)用技能的GIS實踐教學(xué)改革。實踐教學(xué)結(jié)果表明，所采取的實踐教學(xué)措施有效地提高了學(xué)生的動手能力，促進(jìn)了GIS專業(yè)建設(shè)。在就業(yè)形式嚴(yán)峻的情形下，我校GIS專業(yè)的就業(yè)率始終保持在前列，畢業(yè)生就業(yè)后能迅速勝任工作，這宣傳了我校的專業(yè)品牌，進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生就業(yè)。但面向行業(yè)的GIS專業(yè)課程實踐教學(xué)改革是一項涉及面廣，技術(shù)性和學(xué)術(shù)性較強的系統(tǒng)工程。因此，如何把GIS專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)成為具有工程實踐能力的高素質(zhì)人才，使學(xué)生具備一定的解決工礦企業(yè)實際問題的能力，仍然需要我們不斷探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張海榮等.地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，

2008.

[2] 楊慧，楊丹，車耀偉等.網(wǎng)絡(luò)地圖API在“地理信息系統(tǒng)設(shè)計”教學(xué)中的

應(yīng)用[J].測繪科學(xué)，2008.38（5）：183-187

[3] 吳浩，袁艷斌，楊劍等.具有行業(yè)特色的GIS卓越工程師實踐教學(xué)平臺

探索研究-以武漢理工大學(xué)為例[J].時代教育，2012.4：35-36

[4] 曾青云，鄭玉雙，許伶軍.中國成人教育改革頂層設(shè)計的思考[J].中國

成人教育，2014.1：10-14

[5] 周海萍.新建本科院校應(yīng)如何培育人才培養(yǎng)特色[J].中國成人教育，

2014.2：38-40

[6] 顧留碗，王春，王崠.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的GIS專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)

建[J].測繪工程，2012.21（6）：89-91

[7] 薛云，張維，劉鳳矯.地理信息科學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建研究[J].中

國電力教育，2014.3：147-148

[8] 徐兵.《地理信息系統(tǒng)》課程實驗教學(xué)要點分析[J].軟件導(dǎo)刊，2014.13

（1）：167-168

[9] 胡卓瑋.基于案例分析的“組件地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)方法設(shè)計[J].

測繪通報，2013.12：122-125

[10] 李正中，李鵬飛.面向行業(yè)的自動化專業(yè)課程教學(xué)改革探索[J].中國

電力教育，2011.16：84-85

[11] 王浩程.面向卓越工程師培養(yǎng)，構(gòu)建現(xiàn)代工程實訓(xùn)平臺[J].中國大學(xué)

教學(xué)，2011.6：83-85

[12] 吳浩，孫久運，花向紅等.面向礦產(chǎn)行業(yè)的GIS卓越工程師培養(yǎng)模式

研究[J].測繪科學(xué)，2013.38（5）：185-188