GIS軟件開(kāi)發(fā)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討★

張志華　楊樹(shù)文　楊　軍　王中輝　李雪梅

(1.蘭州交通大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；　2.甘肅省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州　730070)

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GIS軟件開(kāi)發(fā)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討★

張志華1，2楊樹(shù)文1,2楊軍1,2王中輝1,2李雪梅1,2

(1.蘭州交通大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730070)

摘要：分析了蘭州交通大學(xué)GIS教學(xué)發(fā)展與現(xiàn)狀，結(jié)合GIS專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了具體的教學(xué)改革與改進(jìn)建議，并開(kāi)展了面向應(yīng)用與創(chuàng)新能力的高校GIS軟件教學(xué)實(shí)踐模式，為全國(guó)高校GIS教育工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地理信息科學(xué)，軟件開(kāi)發(fā)，教學(xué)改革

地理信息科學(xué)實(shí)踐教學(xué)是本科教學(xué)工作的重要組成部分，其比重占總學(xué)分的30%左右，在專業(yè)課中的比重幾乎能達(dá)到50%。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)GIS和遙感專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力的推手，為日后更好地學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新的能力，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，具有理論教學(xué)不可替代的作用。實(shí)踐教學(xué)不僅能將書(shū)本上的理論知識(shí)具體化，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)踐，理解消化教材中的理論，還會(huì)提升技能，達(dá)到熟能生巧的目的。往往實(shí)踐教學(xué)具有綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性等實(shí)踐訓(xùn)練[1-4]，可以事半功倍地培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)式思維方式，提高學(xué)生分析、解決理論與實(shí)踐問(wèn)題的能力。據(jù)此，根據(jù)筆者多年來(lái)從事GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)工作，結(jié)合GIS專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的特點(diǎn)，以ArcGIS Engine軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐課程為例，對(duì)GIS專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了一些探索、思考和總結(jié)，提出了GIS專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的一些措施。

1ArcGIS Engine及其實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)

ArcGIS Engine是ESRI公司發(fā)布的GIS解決方案ArcGIS產(chǎn)品家族中的一員，提供豐富的應(yīng)用程序接口API。利用ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，簡(jiǎn)稱為AE程序開(kāi)發(fā)，它的特點(diǎn)是：跨平臺(tái)、高效率以及軟件功能強(qiáng)大，提供了地學(xué)、測(cè)繪、遙感、環(huán)境等專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)較為常見(jiàn)的應(yīng)用解決方案。ArcGIS具有功能上的復(fù)雜性：基本服務(wù)模塊，由核心Arc-Objects構(gòu)成，幾乎所有的GIS應(yīng)用程序都需要，如要素幾何體(feature geometry)和顯示(display)；數(shù)據(jù)存取模塊，ArcGIS Engine可以對(duì)許多柵格和矢量格式進(jìn)行存取，包括強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)庫(kù)(Geodatabase)；地圖表達(dá)模塊，創(chuàng)建和顯示帶有符號(hào)和標(biāo)注的地圖；開(kāi)發(fā)組件模塊，用于快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的界面控件；運(yùn)行時(shí)選項(xiàng)模塊，ArcGIS Engine運(yùn)行時(shí)可以與標(biāo)準(zhǔn)功能或其他高級(jí)功能一起部署。ArcGIS Engine還具有開(kāi)發(fā)控件的多樣性。使用ArcGIS控件開(kāi)發(fā)GIS應(yīng)用程序是AE開(kāi)發(fā)的一種常用方式，ArcGIS Engine提供了大量高級(jí)開(kāi)發(fā)控件，使開(kāi)發(fā)人員可以建立或擴(kuò)展GIS應(yīng)用程序和創(chuàng)建高質(zhì)量的地圖用戶界面，如：LicenseControl，MapControl，SceneControl，PageLayoutControl，ToolbarControl，GlobeControl等。綜合上述ArcGIS Engine的特點(diǎn)，在GIS專業(yè)教學(xué)方面有如下特點(diǎn)：1)ArcGIS Engine提供的GIS應(yīng)用功能多，在具體開(kāi)課之前，學(xué)生需要先熟悉GIS的制圖軟件；2)控件的多樣性，從另一個(gè)層面上分析，即多類庫(kù)、多接口，不易理解;3)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言環(huán)境具有多樣性，支持VC++，C#，VB等可視化編程環(huán)境，即開(kāi)發(fā)環(huán)境具有可選性；4)ArcGIS Engine涉及到眾多學(xué)科，除GIS外，還有軟件工程、計(jì)算科學(xué)、算法分析、數(shù)據(jù)庫(kù)等，需要學(xué)生們前期基礎(chǔ)扎實(shí)。

2ArcGIS Engine教學(xué)中存在的問(wèn)題

1)C#平臺(tái)環(huán)境不熟悉。本校GIS專業(yè)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言方面，普遍選擇C++語(yǔ)言進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是AE開(kāi)發(fā)資料最多、最成熟的是利用C#進(jìn)行開(kāi)發(fā)，且實(shí)踐課程開(kāi)發(fā)也都以C#為平臺(tái)進(jìn)行講解，而C#語(yǔ)言，GIS專業(yè)學(xué)生并未開(kāi)設(shè)，這就需要學(xué)生從C++向C#進(jìn)行過(guò)渡，自學(xué)C#語(yǔ)言并熟悉C#編程環(huán)境，從一定程度上，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

2)ArcGIS Engine類庫(kù)眾多，開(kāi)發(fā)流程復(fù)雜，控件眾多，不易掌握。AE實(shí)踐開(kāi)發(fā)前，要準(zhǔn)備好應(yīng)用程序所需的地圖文檔和空間數(shù)據(jù)；要確定應(yīng)用程序的類型，選擇合適的API和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境；而最重要的是，理解ArcGIS Engine類庫(kù)結(jié)構(gòu)、它們的依賴關(guān)系和基本功能，由于類庫(kù)眾多，關(guān)系復(fù)雜，不易理解，從而阻礙了學(xué)生們學(xué)習(xí)AE組件的興趣。

3)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)偏少。AE開(kāi)發(fā)實(shí)踐課在GIS專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)課程設(shè)計(jì)中只有32學(xué)時(shí)，面對(duì)AE復(fù)雜的實(shí)踐內(nèi)容，有限的課時(shí)，

使得學(xué)生們僅能掌握一些基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)功能。如果要深入學(xué)習(xí)，還需增加一定的課時(shí)，或激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用課余時(shí)間去學(xué)習(xí)。

4)缺乏應(yīng)用背景，學(xué)習(xí)積極性不高。從學(xué)生的視角分析，他們只會(huì)按照教學(xué)內(nèi)容或教材上程序進(jìn)行編程，對(duì)用到的相關(guān)函數(shù)與圖形算法的思考不足，由于缺乏足夠應(yīng)用背景，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)模糊，導(dǎo)致學(xué)生們都處于被動(dòng)學(xué)習(xí)中，同時(shí)，大多數(shù)同學(xué)認(rèn)為將來(lái)的工作和學(xué)習(xí)很少涉及專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)方面的知識(shí)，所以對(duì)AE實(shí)踐學(xué)習(xí)方面重視程度不夠，從而學(xué)習(xí)積極性不高，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3教學(xué)方法改革與改進(jìn)

3.1加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐輔導(dǎo)

理論與實(shí)踐并重，實(shí)踐出真知。實(shí)踐的教學(xué)的課時(shí)應(yīng)占到一定的比重，理論與實(shí)踐各占一半較為合適，即課內(nèi)理論教學(xué)的同時(shí)，大量的實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)應(yīng)分配到上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)上。為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解和掌握，應(yīng)及時(shí)布置一些相關(guān)專業(yè)理論問(wèn)題或算法給學(xué)生，比如布置一些圖形功能及圖形顯示方面的算法，既讓學(xué)生熟悉C#程序設(shè)計(jì)環(huán)境，熟悉AE與C#如何聯(lián)合進(jìn)行程序編寫(xiě)。又通過(guò)推敲程序代碼，培養(yǎng)學(xué)生的編寫(xiě)程序、調(diào)試程序及測(cè)試程序等實(shí)踐動(dòng)手能力。

3.2采用教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生的空間想象力與語(yǔ)言表達(dá)能力

在經(jīng)過(guò)一定階段課內(nèi)理論及課外實(shí)踐教學(xué)任務(wù)后，根據(jù)專業(yè)知識(shí)理論，安排一次大作業(yè)，每人一題，或是一些簡(jiǎn)單圖形程序的編寫(xiě)，或是某個(gè)具體的算法編程實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生們自由發(fā)揮(沒(méi)有什么參考)。

要求基于C#框架，對(duì)有關(guān)GIS的算法進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，編寫(xiě)出具體的程序代碼、設(shè)計(jì)思路及主要用到的C#與AE函數(shù)及控件，通過(guò)制作PPT，詳細(xì)記錄實(shí)踐中間過(guò)程，總結(jié)實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，與其他同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)和分享，無(wú)形中提高了教學(xué)質(zhì)量，樹(shù)立積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。同時(shí)，在編寫(xiě)代碼時(shí)，提高學(xué)生的空間想象力與邏輯思維能力，在教學(xué)互動(dòng)中，又能培養(yǎng)其語(yǔ)言表達(dá)能力。

3.3隨機(jī)抽取考核，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在課程結(jié)束后，安排一次答辯，分為AE課程設(shè)計(jì)成果PPT展示、軟件演示操作以及評(píng)委提問(wèn)等環(huán)節(jié)，采用現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查的方式抽取20%學(xué)生進(jìn)行答辯。這種教改方式對(duì)提升實(shí)踐教學(xué)水平，促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)具有積極的作用，有利于督促學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度、注重平時(shí)積累、加強(qiáng)實(shí)踐鍛煉，進(jìn)一步以扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)功底提高AE課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.4發(fā)揮主觀能動(dòng)性，界面隨意設(shè)計(jì)

最終的考核方式以平時(shí)作業(yè)與最終實(shí)驗(yàn)程序?yàn)橹?，每次作業(yè)都強(qiáng)調(diào)，程序界面隨意設(shè)計(jì)，控件可隨機(jī)擺放，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，將個(gè)人的基本信息設(shè)置在程序中，通過(guò)不同的顏色搭配、隨意的程序界面設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的審美觀，更可防止學(xué)生偷懶作弊。

3.5鼓勵(lì)學(xué)生積極參加國(guó)內(nèi)的GIS大賽

隨著GIS的飛速發(fā)展，各大GIS軟件廠商都會(huì)協(xié)同GIS學(xué)會(huì)組織GIS大賽，比較有名的GIS大賽有：ESRI開(kāi)發(fā)大賽、SuperMap開(kāi)發(fā)大賽、MapGIS開(kāi)發(fā)大賽等，各類大賽都設(shè)置豐厚的獎(jiǎng)品，對(duì)GIS軟件開(kāi)發(fā)具有很大的激勵(lì)作用。本校GIS專業(yè)學(xué)生，都應(yīng)該組團(tuán)報(bào)名參賽，通過(guò)GIS開(kāi)發(fā)大賽不僅能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能使得參賽的學(xué)生對(duì)GIS的理論及軟件開(kāi)發(fā)具有更深入的了解，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)語(yǔ)

GIS專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)應(yīng)靈活采用多種教學(xué)模式相結(jié)合的形式，通過(guò)加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐和輔導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的編寫(xiě)程序、調(diào)試程序及測(cè)試程序等實(shí)踐動(dòng)手能力；通過(guò)教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生的空間想象力與語(yǔ)言表達(dá)；隨機(jī)抽取考核，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；通過(guò)發(fā)揮主觀能動(dòng)性，界面隨意設(shè)計(jì)，提升個(gè)人設(shè)計(jì)思維；通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加國(guó)內(nèi)的GIS大賽，全面提高學(xué)生的理論與實(shí)踐水平；通過(guò)吸取各方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善教學(xué)體系，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，結(jié)合學(xué)校的學(xué)科背景和特點(diǎn)，辦出有自己特色的GIS專業(yè)，培養(yǎng)有市場(chǎng)的GIS專業(yè)人才。

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Teaching reform of curriculum design on GIS software development★

Zhang Zhihua1,2Yang Shuwen1,2Yang Jun1,2Wang Zhonghui1,2Li Xuemei1,2

(1.FacultyofGeometrics,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China;2.GansuProvincialEngineeringLaboratoryforNationalGeographicStateMonitoring,Lanzhou730070,China)

Abstract: Through analyzing the development and present situation of GIS teaching in Lanzhou Jiaotong University, combining with the teaching practical experience in the course of GIS professional software, first analyzed the practical problems in the teaching process, proposed targeted solution to teaching reform and improvement, and the author carried out the GIS software teaching mode orienting to universities which emphasized on the capability of application and innovation, providing a reference to national GIS educators in colleges and universities.

Key words: GIS, software development, teaching reform

Practice and research of Problem-Based Learning method inEngineeringMechanicsTeaching★

Liu YaoJia JieWu Hexiang

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

Key words:Problem-Based Learning(PBL), engineering mechanics, teaching mode, curriculum

Abstract:In order to improveEngineeringMechanicsteaching quality, the paper introduces PBL teaching mode into curriculum teaching, builds up the teaching system with building students self-learning and cultivating students’ creativity and solving engineering practice problems as the critical teaching core, describes its specific teaching process, and finally points out that: PBL teaching mode can not only improve students learning activity but also cultivate their inquiry-based learning habit.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0235-02

收稿日期：2016-03-04★：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：41401050，61462059)；金川公司-蘭州交通大學(xué)預(yù)研基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：JCYY2013015)；蘭州交通大學(xué)青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201501)

作者簡(jiǎn)介：張志華(1980- )，男，博士，副教授

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A