軟件考試驅(qū)動的GIS專業(yè)教學改革與實踐
——以“空間數(shù)據(jù)庫”課程為例

宋仁波，張 云，李文慧，王月香，王細元

(淮陰師范學院 城市與環(huán)境學院，江蘇 淮安 223300)

近年來，隨著測繪地理信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場對GIS人才需求呈持續(xù)增長的態(tài)勢[1,8]。目前，許多地方師范院校為應對市場需求也普遍開設(shè)了GIS專業(yè)。2012年，經(jīng)教育部普通高等學校本科專業(yè)的調(diào)整，地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)專業(yè)改名為地理信息科學專業(yè)(geographic information science， GIS)，地理信息科學是1992年Goodchild提出的，與地理信息系統(tǒng)相比，它更加側(cè)重于將地理信息視作為一門科學，而不僅僅是一個技術(shù)實現(xiàn)，主要研究在應用計算機技術(shù)對地理信息進行處理、存儲、提取以及管理和分析過程中提出的一系列基本問題[2]，為方便論述這里將二者統(tǒng)稱GIS。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國已有200多所高校陸續(xù)開設(shè)了GIS和測繪工程等相關(guān)專業(yè)[8]，由于地方師范院校GIS專業(yè)發(fā)展起步較晚，其社會認知度遠不及傳統(tǒng)名校，該專業(yè)學生的人才培養(yǎng)仍然存在一些問題亟待解決。

目前，隨著GIS專業(yè)建設(shè)的深入開展，GIS領(lǐng)域的相關(guān)專家圍繞教學團隊建設(shè)、課程建設(shè)、課程改革實踐等方面進行了深入研究[1,3-10]，并取得一系列成果。GIS軟件是GIS專業(yè)的重要支持工具，許多地理設(shè)計方面問題的解決往往需要GIS軟件的一系列復雜的組合操作才能實現(xiàn)，這就要求GIS專業(yè)學生除掌握傳統(tǒng)的GIS軟件的基本操作外，還需具備一定的軟件設(shè)計和編程方面的能力。這種能力的培養(yǎng)只有經(jīng)過專業(yè)的教學、實踐和考試才能獲得。因此，通過以計算機軟件考試為任務(wù)驅(qū)動，改革GIS課程的教學模式、考核方式和評價機制尤為必要。本文圍繞該專業(yè)核心課程“空間數(shù)據(jù)庫”的教學改革提出意見，以對GIS專業(yè)的其它核心課程的改革和建設(shè)有所啟示。

1 課程教學改革的必要性

1.1 本課程的重要性

GIS的數(shù)據(jù)處理、制圖、可視化和分析以及GIS開發(fā)要從多個不同來源接收各種形式的數(shù)據(jù)，需將這些海量數(shù)據(jù)進行收集、變換、聚集、索引、鏈接、存儲于空間數(shù)據(jù)庫中，才能進行應用和分析。“空間數(shù)據(jù)庫”是GIS專業(yè)的核心課程，它具有很強的理論性、技術(shù)性、應用性和實踐性，通過該課程的學習不僅能夠讓學生了解空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)理論，以及與空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、維護和和開發(fā)技能，為后續(xù)GIS專業(yè)相關(guān)課程的學習、畢業(yè)設(shè)計以及考研打下堅實的基礎(chǔ)，該課程的教學效果將影響學生后續(xù)GIS項目開發(fā)能力的培養(yǎng)，并最終影響到學生的就業(yè)。

1.2 GIS專業(yè)現(xiàn)狀

目前，我校GIS專業(yè)的師資隊伍、培養(yǎng)方案和教學體系雖有所改進，但也存在一些問題亟待解決，主要表現(xiàn)在：

1)教師之間缺乏溝通和協(xié)作機制。學?！罢堖M來，走出去”的策略培養(yǎng)了一批碩士、博士教師，通過數(shù)次的GIS專業(yè)培養(yǎng)方案修訂，建立了相對完善的GIS培養(yǎng)體系。但GIS專業(yè)的教學尤其需要團隊建設(shè)和教師之間的協(xié)作，目前，多數(shù)專業(yè)教師教學能力雖有所提升，但教師平時各上各自的課，很少溝通和交流，教師之間缺少溝通和協(xié)作機制。

2)注重科研，輕視教學。在考核津貼、獎金與課題經(jīng)費掛鉤的評價機制下，多數(shù)教師為應對考核和晉升職稱，主要時間和精力集中于論文的寫作和科研項目的申請，嚴重影響課堂教學，教師被動教，學生被動學，師生互動性差。

3)課堂教育和課后教育脫節(jié)。教師除了課堂上的教學，課下缺少對學生有效的指導和監(jiān)督，形成“教師課上滿堂灌，學生課后無人理”的局面，學生的課后活動往往處于真空地帶，缺少學生和專業(yè)教師溝通的平臺和機制。

4)缺乏有效的督促、激勵、考核和評價機制。教師在課堂上雖然能夠認真講授，甚至操作示范，并通過平時作業(yè)督促學生課后學習。但對于期末的考核，只能通過試卷考試或上機考試兩種考核方式，缺少有效的督促和激勵機制，多數(shù)學生采用考前一周的突擊方式應付考試，考核效果差。

鑒于上述多重因素的疊加影響，多數(shù)學生通過GIS專業(yè)課程的學習和實踐，僅能掌握GIS專業(yè)的基本理論知識、相關(guān)軟件的操作和少量的編程技能，對GIS軟件設(shè)計與編程的理解和掌握深度不夠，導致學生的專業(yè)認同感下降，專業(yè)自信心不足，嚴重影響到教師的教學、學生的學習、考研和就業(yè)等方面。

1.3 技術(shù)和市場分析

GIS技術(shù)的發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的，近年來，隨著計算機軟硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS除作為地學領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理、制圖和分析工具，產(chǎn)生許多新的應用方向，如網(wǎng)絡(luò)導航和地圖服務(wù)、嵌入式GIS開發(fā)和三維GIS深度開發(fā)與應用等。目前，市場對GIS專業(yè)技術(shù)人才需求量很大， 但多數(shù)用人單位的實習和工作崗位都要求學生具備一定GIS軟件設(shè)計和編程能力，這就對地方師范院校GIS專業(yè)的人才培養(yǎng)提出更高的要求。

1.4 GIS專業(yè)資格認證分析

目前，與GIS專業(yè)相關(guān)的資格認證主要有兩種方式：一是由人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部和教育部等國家部門組織的各種形式的考試(見表1)；二是由GIS軟件廠商(如ESRI、SuperMap和MapGIS)或軟件公司(如MicroSoft、Sun和Oracle)組織的認證考試。通過上述考試者說明其已具備從事該行業(yè)的資格、水平和能力；通過查閱國內(nèi)外考試認證的價格，與國外高昂的認證價格相比，國內(nèi)認證價格較低，具有一定的價格優(yōu)勢，但國內(nèi)GIS專業(yè)認證普遍偏向GIS軟件的基本數(shù)據(jù)處理、制圖操作和簡單的分析與應用，缺少GIS深層次二次開發(fā)能力方面的認證。

目前，計算機等級考試(二級)已被全國高校采用作為考查學生計算操作和應用能力的考試，并與學生的畢業(yè)掛鉤，但其考核內(nèi)容主要涉及電子辦公軟件的相關(guān)操作和編程語言內(nèi)容，且其內(nèi)容與GIS軟件設(shè)計和編程的關(guān)聯(lián)不大，對于GIS專業(yè)課程教學的驅(qū)動效應并不明顯。因此，要培養(yǎng)學生對GIS二次開發(fā)的興趣，激發(fā)其學習的主觀能動性，必須督促學生在學習專業(yè)課程的同時，參加更高級別軟件(水平)的考試才能打開大多數(shù)學生通往GIS二次開發(fā)的大門，達到專業(yè)培養(yǎng)的目標，從而普遍提升學生的考研和就業(yè)競爭力。

表1 考試名稱和主辦單位一覽表

2 課程改革的可行性

2.1 教師教學和科研能力的不斷提高

近些年來，學院通過開展一系列的教學論壇、學術(shù)沙龍，以及組織校內(nèi)外專家對青年教師的教學、論文撰寫和基金申請等進行指導，同時，鼓勵專業(yè)教師指導學生參加全國性的GIS技能和開發(fā)比賽。因此， GIS專業(yè)教師的教學、科研和實踐能力在不斷提高，為課程教學改革的實施提供了有利保障。

2.2 學生專業(yè)能力的提高和學習興趣的增加

目前，由于GIS專業(yè)學生的素質(zhì)的不斷提高，經(jīng)過教師的認真教學和課后指導，多數(shù)學生對GIS理論知識的理解以及對GIS相關(guān)軟件操作能力等專業(yè)能力的提升很快。許多進步較快的學生對GIS開發(fā)更感興趣，渴望學習GIS軟件設(shè)計和編程技術(shù)的熱情很高，這為課程改革的實施提供了有利條件。

2.3 教學環(huán)境和教學條件

近些年來，隨著國家財政專項資金對地方高校的大力投入，地方師范院校的教學環(huán)境和軟硬件設(shè)施都有了明顯改善。目前，GIS專業(yè)擁有專業(yè)實驗室，配備DELL臺式計算機和常用的GIS軟件系統(tǒng)(如ArcGIS、SuperMap和MapGIS等)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如SQL Server、Oracle、Sybase等)，課堂上能夠確保每位同學擁有一臺計算機，方便教師的教學和學生的上機實踐，為課程改革的實施提供良好的教學環(huán)境和教學條件。

3 課程改革的具體實施

課程改革的實施主要包括方案和工作流程設(shè)計、改變教育觀念和教學理念、改進教學內(nèi)容和改進教學方法3個環(huán)節(jié)，在實施過程中需綜合考慮成本和效益等因素，才能保證課程改革順利實施。

3.1 實施方案和工作流程設(shè)計

課程改革方案的實施主要包括以下4個步驟：

1)通過專業(yè)教師對上述各種認證考試進行全面的介紹，同時引導學生合理選擇認證考試類型、考試科目和考試級別；

2)在任課教師的指導下，根據(jù)考試類型、考試科目和級別，將學生分成不同的學習小組，并根據(jù)考試科目安排教學內(nèi)容；

3)運用任務(wù)驅(qū)動和情景教學方法展開課堂教學，并通過考前技術(shù)培訓、課后作業(yè)和模擬考試加強對學生的引導和監(jiān)督；

4)綜合運用平時作業(yè)、課程論文、期末考試和軟件考試考核方式進行學生的綜合成績評定，實施流程如圖1所示。

圖1 課程改革實施工作流程

3.2 改變教育和教學理念

受儒家“學而優(yōu)則仕”思想的影響，我國教育界長期形成重文輕理的畸形教育理念，導致重理論輕實踐的教學實踐。隨著現(xiàn)代科技進步和社會分工，市場需要更多的專業(yè)技術(shù)人才，而政府倡導的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”更需要應用創(chuàng)新人才。因此，面對這一機遇和挑戰(zhàn)，GIS專業(yè)教師需要及時轉(zhuǎn)變和更新教育觀念，在關(guān)注專業(yè)學歷教育的同時，重視行業(yè)執(zhí)業(yè)資格的教育，實現(xiàn)“雙管齊下”，才能培養(yǎng)出更具競爭力的專業(yè)技術(shù)人才。

具體來說，GIS專業(yè)教師不僅要關(guān)注學生的課堂教學效果，而且要關(guān)注教學的效益、教學目標的可測性和量化，要求教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的封閉式的教學理念，主動將課程教學延伸到課堂之外，教育和引導學生參加與GIS專業(yè)相關(guān)的執(zhí)業(yè)資格認證考試，并提供必要的技術(shù)指導和培訓。

3.3 改進教學內(nèi)容

主要圍繞軟件考試的任務(wù)和目標合理選擇教材和設(shè)計課程教學內(nèi)容。同時，為提高考試通過率，對教材中晦澀難懂的章節(jié)進行合理的刪減，以利于學生課后自學，教學內(nèi)容主要包括：數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識、空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計、空間數(shù)據(jù)庫的建立與維護、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用實例和空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展趨勢，其詳細教學內(nèi)容見表2。

表2 “空間數(shù)據(jù)庫”課程教學內(nèi)容一覽表

通過表2的課程內(nèi)容的學習，使學生能夠掌握一到兩種GIS平臺的同時，掌握一到兩種數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具，此外，還能夠精通一到兩種編程語言和開發(fā)工具，并能夠熟練地編寫GIS應用程序。

3.4 改進教學方法

在確定教學內(nèi)容后，應綜合考慮課程的教學目標、學生的素質(zhì)以及教學條件，選擇與之相適應的教學方法。常用的教學方法主要包括講授法、討論法、直觀演示法、練習法、讀書指導法、任務(wù)驅(qū)動法、參觀教學法、現(xiàn)場教學法和自主教學法等[11]。目前，GIS專業(yè)教師雖然普遍注重課堂教學，但缺少必要的課后輔導，課堂教學中由于任課教師是主角，學生只能被動、機械的模仿。此外，由于課堂教學沒有給學生足夠的學習壓力，導致課堂學風散漫，增大了教師教學的難度，學生掌握教學內(nèi)容的情況較差。

在教學的初期，為增加學生學習的積極性和主動性，任課教師應通過主動宣講和討論的方式引導學生參加認證考試，通過與學生進行協(xié)商，結(jié)合學生自身的認識能力和興趣，讓他們自主選擇認證考試類型和級別，并組成學習小組，以便教師在課堂上展開分組教學。在教學中期，在學生的能力有所提高后，采用任務(wù)驅(qū)動的教學方法，通過給學生布置考試任務(wù)，使學生自己查閱相關(guān)考試科目的復雜資料，并對考試科目的知識體系進行整理，進行自主學習，再由教師選出疑難點進行詳細講解。在教學后期，教師針對各小組學生的參考科目，通過課堂模擬考試的情景教學，增加學生參加考試實踐能力和自信心的同時，充分發(fā)掘?qū)W生的潛能，鼓舞學生的考試士氣。

3.5 完善考核和評價機制

傳統(tǒng)的GIS專業(yè)課程的考核方法和評價方式比較單一，主要通過平時作業(yè)和期末考試兩種形式。對學生缺少激勵機制，容易造成學生考前突擊應對考核的情況，考核效果差。

為克服上述考核和評價方式的缺陷，除延續(xù)平時作業(yè)、期末考試，將學生參考的軟件考試成績也作為一項考核項目，將上述三項考核成績分別乘上各自的權(quán)重數(shù)，再求和得出期末總評成績。這樣可以更為全面地反映學生對課堂教學內(nèi)容的掌握程度和學生課后學習的狀況，為公正地評價學生的課內(nèi)外的學習情況提供依據(jù)。此外，課內(nèi)外考核相結(jié)合的方式對改善課程的教學效果也產(chǎn)生了積極的推動作用。

4 課程改革效果分析

通過近幾年GIS專業(yè)的“空間數(shù)據(jù)庫”的授課效果來看，任課教師將軟件考試驅(qū)動的教改方案應用到課堂教學，取得良好的實施效果，已有多位學生通過了軟件考試，并獲得了網(wǎng)絡(luò)程序員、計算機三級等資格(水平)或等級證書。

1)改善課堂教學氛圍，維護正常教學秩序。由于學生是帶著通過軟件考試的任務(wù)進行課程的學習，因此，在課堂上學生會積極配合任課教師的講解和演示，同時，在多數(shù)同學都在學習的情況下，個別同學即使不想學習，也不好意思干擾其他同學，改善了課堂教學氛圍，保持良好的課堂教學秩序。

2)學生的自主學習能力提高。在課堂教學之外，教師通過給學生布置考試任務(wù)，使學生自己查閱考試資料，并對考試的知識點進行整理，進行自主學習和實踐，提高了學生課后自主學習的能力。

3)部分學生消極怠工，不參加認證考試。由于通過認證考試帶有一定難度，部分學生由于自身認識和態(tài)度方面的問題，會選擇逃避的方式不參加認證考試，教師應選擇恰當?shù)姆绞?，如以通過考試的同學為榜樣進行鼓勵，不可盲目批評。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過軟件考試為驅(qū)動，改革GIS專業(yè)的課程教學，不僅使學生的學習積極性和主動性明顯提高，而且改善了課堂教學氛圍，維護了課堂教學秩序。同時，通過課堂教學、課后輔導和考前技術(shù)培訓等一系列教學環(huán)節(jié)，使學生的軟件設(shè)計和編程的實踐能力得到提升。此外，通過軟件考試獲得的證書不僅能夠證明學生的學習能力、實踐能力，也為學生的就業(yè)提供有力的保障。

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