地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

陳鵬

[摘要]地理信息系統(tǒng)自成立以來，經(jīng)過十多年的發(fā)展，課程體系與培養(yǎng)模式已具備一定規(guī)模，但在實(shí)踐環(huán)節(jié)仍存在一些問題。針對地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教師水平等幾個(gè)方面提出改革措施與建議，以期更好地培養(yǎng)地理信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生二次開發(fā)能力，并提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]地理信息系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；ArcEngine

[中圖分類號]G642

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671-5918（2018）03-0120-03

地理信息系統(tǒng)是一門實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)的學(xué)科，在日常的教學(xué)中除了對基本理論的講解外，還應(yīng)注重學(xué)生的實(shí)踐能力，即提高學(xué)生上機(jī)編程操作學(xué)時(shí)，鍛煉學(xué)生實(shí)際編寫代碼的能力，使學(xué)生形成良好的編程思維與專業(yè)素養(yǎng)，這對地理信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生未來面向開發(fā)崗位時(shí)具有重要作用。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法

ArcEngine軟件是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）開發(fā)的新一代地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)組件，目前這款軟件在地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)中已得到廣泛應(yīng)用。吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院地理信息科學(xué)專業(yè)地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)課程就是用該軟件進(jìn)行理論與實(shí)踐教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為五個(gè)部分，即矢量地圖基本操作、空間數(shù)據(jù)查詢、空間分析、專題地圖操作、地圖輸出。課程總學(xué)時(shí)為84學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)為20學(xué)時(shí)。其中理論學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是對地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)基本理論、方法的講解，以ArcEngine軟件為例。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是理論內(nèi)容的拓展，是學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的重要過程。

由于該課程屬于操作性較強(qiáng)的課程，理論講解時(shí)需采用多媒體教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)課程采取上機(jī)實(shí)踐的方式。采用多媒體講解理論課程的原因是由于本課程中涉及到大量的代碼編寫和系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程，因此，需采用較為直觀的教學(xué)方法，讓學(xué)生能對講解的內(nèi)容更為清晰的理解；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采取講解與實(shí)際操作結(jié)合的方法，講解仍以多媒體課件為主，在課件的內(nèi)容上與理論教學(xué)內(nèi)容課件稍有不同，該課件內(nèi)容主要是詳細(xì)的系統(tǒng)功能代碼及實(shí)現(xiàn)步驟。這部分課件在設(shè)計(jì)過程中除了滿足實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，還應(yīng)做到調(diào)理清晰、步驟明確、易學(xué)易用。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，除了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)外，地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)課程還可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，在網(wǎng)上搜集相關(guān)資料，以及教師上傳教學(xué)資源，包括學(xué)習(xí)資料、實(shí)習(xí)指導(dǎo)書、實(shí)例代碼等，為學(xué)生提供多種可供選擇的學(xué)習(xí)方式，充分體現(xiàn)“互動(dòng)教學(xué)”的特點(diǎn)。

二、基于ArcEngine軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)

對于地理信息科學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)中的相關(guān)內(nèi)容，如數(shù)據(jù)采集、專題地圖、空間分析等，須通過實(shí)際的上機(jī)操作，才能讓學(xué)生針對具體研究內(nèi)容，更為詳細(xì)的了解本學(xué)科的相關(guān)問題，使學(xué)生真正掌握和理解地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)的本質(zhì)問題。具體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

第一，地圖基本操作，讓學(xué)生掌握利用ArcEngine軟件實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽功能，包括實(shí)現(xiàn)地圖放大、縮小、漫游及全圖顯示操作為目的。

第二，空間數(shù)據(jù)查詢，讓學(xué)生掌握利用ArcEngine軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)加載與查詢等為目的。主要內(nèi)容包括：加載常見的Shape-file、Coverage、PersonalGeodatabase、ArcSDE、TIN、Raster、CAD等數(shù)據(jù)到ArcEngine軟件的地圖窗口中；數(shù)據(jù)查詢功能的實(shí)現(xiàn)是用戶經(jīng)常使用的內(nèi)容，如使用Identity、Find工具及IQueryFilter查詢接口的使用方法等；讓學(xué)生學(xué)會空間數(shù)據(jù)的加載與查詢功能，為后續(xù)的開發(fā)提供基礎(chǔ)。

第三，空間分析，讓學(xué)生掌握使用ArcEngine軟件實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析及疊置分析等功能為目的。要內(nèi)容有：緩沖區(qū)分析功能實(shí)現(xiàn)過程為，利用.NET平臺中的C#語言編寫點(diǎn)、線、面緩沖區(qū)功能代碼，實(shí)現(xiàn)該功能，如河水泛濫影響的范圍，利用編寫的緩沖區(qū)功能實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)分析功能代碼編寫為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑功能，如從學(xué)校到火車站的最優(yōu)路徑選擇；疊置分析功能代碼編寫實(shí)現(xiàn)后，利用該功能實(shí)現(xiàn)針葉林與闊葉林的混交地帶面積。

第四，專題地圖制作，讓學(xué)生掌握ArcEngine軟件中專題地圖制作器Rendere的使用方法為目的。通過代碼與Rendere制作器的講解，讓學(xué)生能夠使用Rendere進(jìn)行點(diǎn)密度、餅圖、柱狀圖、玫瑰圖、單值圖等常見專題圖功能實(shí)現(xiàn)的代碼編寫方法，最后講解專題圖的渲染與保存的實(shí)現(xiàn)代碼。

第五，地圖輸出，讓學(xué)生掌握ArcEngine軟件地圖輸出過程中的整飾方法為目的。專題地圖輸出是實(shí)際應(yīng)用中較為常見的，在輸出過程中需要對輸出時(shí)的坐標(biāo)、位置、樣式等進(jìn)行設(shè)定，利用ArcEngine軟件中地圖整飾框架（apSurrundFrae）對象中的IapSurrund接口，該接口提供了整飾對象間的公共功能，并可以決定和修改要素的尺寸。同時(shí)利用IapSurrund、ISale-Te對JarkerNrthArr等接口定制比例尺與指北針，讓學(xué)生掌握這些接口實(shí)現(xiàn)的代碼，按教學(xué)要求輸出地圖。

學(xué)生通過上述系統(tǒng)化的上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，了解地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)中基本功能實(shí)現(xiàn)代碼及開發(fā)流程，大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生代碼學(xué)習(xí)的能力，拓展了學(xué)生的編程思維。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探討

（一）地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)教學(xué)內(nèi)容和方法改革

實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是將理論教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為動(dòng)手能力的重要過程]。所以，實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容更為重要，為了更好地讓學(xué)生掌握編程技巧，除了對教學(xué)方法改革外，還應(yīng)了解教育的對象，設(shè)計(jì)針對性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及操作內(nèi)容，使學(xué)生易學(xué)易用，產(chǎn)生興趣。因此，教學(xué)內(nèi)容與方法是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的核心工作。為了實(shí)現(xiàn)這一核心工作，主要采取兩項(xiàng)改革措施，具體如下：

1.實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)調(diào)整。通過2-3次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃的修訂，逐步調(diào)整地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)幾個(gè)方面內(nèi)容。一是計(jì)算機(jī)語言方面的知識加強(qiáng)，通過增加1-2門選修課讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和掌握程序語言的編程技巧，培養(yǎng)學(xué)生編程思維，使學(xué)生對編程產(chǎn)生興趣；二是具體案例調(diào)整，找出學(xué)生最容易接受的代碼實(shí)現(xiàn)方法，并編寫功能為案例；三是深化地理信息系統(tǒng)、遙感、GPS三方面的開發(fā)知識，因地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)與“3S”中的基本知識、實(shí)現(xiàn)流程密不可分，因此，此方面需要深化學(xué)習(xí)。四是讓學(xué)生到地理信息系統(tǒng)公司進(jìn)行實(shí)習(xí)，讓學(xué)生將學(xué)到的知識與實(shí)際需求進(jìn)行有效結(jié)合，讓學(xué)生盡快了解行業(yè)內(nèi)的開發(fā)方法與流程。

2.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，與實(shí)際相結(jié)合。對于地理信息系統(tǒng)專業(yè)而言，二次開發(fā)是未來學(xué)生就業(yè)中必須掌握的一項(xiàng)內(nèi)容，是學(xué)生了解地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)在各個(gè)行業(yè)、學(xué)科內(nèi)應(yīng)用的基本過程，同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)解決本學(xué)科相關(guān)問題的關(guān)鍵。因此，地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的優(yōu)化與調(diào)整至關(guān)重要。對于教學(xué)中的地圖瀏覽功能、空間分析功能、數(shù)據(jù)管理、專題地圖及地圖輸出是地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)中最為基本的功能，是目前地理信息系統(tǒng)行業(yè)中較為常用的幾種開發(fā)方法，在教學(xué)中將公司中的一些實(shí)際開發(fā)方法引入實(shí)驗(yàn)課程，并作詳細(xì)講解，為學(xué)生未來就業(yè)提供保障。

（二）提高學(xué)生自學(xué)輔導(dǎo)力度

地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)學(xué)生自學(xué)輔導(dǎo)非常重要，是提高學(xué)生自學(xué)的主要方式，開發(fā)中最主要的方法為程序編寫，而程序的學(xué)習(xí)除了理論課講解的內(nèi)容外，還需加大學(xué)生自學(xué)的力度，通過多讀程序、上機(jī)練習(xí)、多多思考，逐漸形成編程思維，養(yǎng)成良好的程序編寫習(xí)慣。

1.教學(xué)主導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變

自學(xué)輔導(dǎo)體現(xiàn)的核心思想是以提高學(xué)生的能力、智力為主，突出教師的“導(dǎo)”與學(xué)生的“學(xué)”。ArcEngine軟件在規(guī)定的學(xué)時(shí)限制內(nèi)很難完成所有內(nèi)容，因此學(xué)生需要在課下時(shí)進(jìn)行自學(xué)，配合課堂中實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，系統(tǒng)地掌握本實(shí)驗(yàn)中的詳細(xì)內(nèi)容與實(shí)際操作方法。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系調(diào)整

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是知識的應(yīng)用及能力的培養(yǎng)，同時(shí)也是思維的創(chuàng)新和編程素質(zhì)的提高過程，地理信息科學(xué)專業(yè)是以應(yīng)用型技術(shù)為主，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)果，直接影響到最終教學(xué)質(zhì)量與實(shí)踐教學(xué)這一關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。所以本專業(yè)應(yīng)為學(xué)生提供盡可能多的實(shí)踐操作機(jī)會，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的運(yùn)行模式符合應(yīng)用環(huán)節(jié)，最大限度的發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛力，增強(qiáng)學(xué)生開發(fā)意識和能力。圍繞“應(yīng)用型”這一實(shí)踐教學(xué)目的，采取如下措施：

（1）保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)占40%以上，所有實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)，從時(shí)間、內(nèi)容、技術(shù)等方面保證學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間。

（2）保證學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。加大學(xué)生實(shí)踐力度，對所有實(shí)踐環(huán)節(jié)制定相應(yīng)考核方法，用定量的方法衡量和保證學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

（3）教學(xué)實(shí)踐體系與理論教學(xué)體系交叉互并。在理論與教學(xué)中，尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中形成理論-實(shí)踐-再理論-再實(shí)踐的教學(xué)模式，提高學(xué)生實(shí)踐操作能力。

（4）保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞技術(shù)應(yīng)用能力為培養(yǎng)目標(biāo)。重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，營造地理信息二次開發(fā)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，用所學(xué)理論加之實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生感受和了解地理信息系統(tǒng)中二次開發(fā)技術(shù)與流程。

3.加強(qiáng)學(xué)生自學(xué)輔導(dǎo)力度

實(shí)踐證明，學(xué)生的課下學(xué)習(xí)內(nèi)容更為重要，依據(jù)當(dāng)代大學(xué)生的認(rèn)識和發(fā)展規(guī)律，加大學(xué)生課下的學(xué)習(xí)力度。在培養(yǎng)學(xué)生們形成良好的自學(xué)習(xí)慣的同時(shí)，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會利用現(xiàn)有的各種資源，如網(wǎng)絡(luò)、論壇及圖書等，從中自學(xué)專業(yè)相關(guān)內(nèi)容，尤其是地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)中的編碼技巧與方法，增加學(xué)生課后輔導(dǎo)方式，采取課后答疑或是線上答疑。從學(xué)校角度來講，應(yīng)開放實(shí)驗(yàn)室及學(xué)生學(xué)習(xí)資源。如本校目前規(guī)定所有院系實(shí)驗(yàn)室將無償對所有專業(yè)學(xué)生隨時(shí)開放，讓學(xué)生擁有更好的學(xué)習(xí)資源。

4.改善上機(jī)教學(xué)環(huán)境。

配備更為專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔導(dǎo)教師，如在學(xué)生編程方面培養(yǎng)時(shí)，可引進(jìn)計(jì)算機(jī)專業(yè)教師，這樣對提高學(xué)生編程能力具有重要意義。除此之外，還應(yīng)改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟硬件環(huán)境及案例數(shù)據(jù)庫，引進(jìn)專業(yè)軟件改善學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生了解專業(yè)編程環(huán)境提供良好的平臺。

四、教學(xué)改革內(nèi)容評價(jià)

（一）評價(jià)指標(biāo)體系

教學(xué)改革內(nèi)容是否合理與完善，需要進(jìn)行評估，而評估的首要任務(wù)是構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體系與評估模型。依據(jù)研究中的教學(xué)改革內(nèi)容，設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容評價(jià)體系，其中以及指標(biāo)包括教學(xué)信息收集、教學(xué)內(nèi)容評價(jià)、信息反饋；二級指標(biāo)包括領(lǐng)導(dǎo)聽課、教學(xué)檢查、督導(dǎo)檢查、學(xué)生信息員、學(xué)生評測、單位評估、專業(yè)評估、課程評估、同行評估、學(xué)校反饋、領(lǐng)導(dǎo)反饋及學(xué)生反饋。評價(jià)模型采用加權(quán)綜合方法對研究內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)。在評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)收集過程中采用定性與定量化兩種方法對各指標(biāo)體系進(jìn)行賦值。

（二）評價(jià)模型構(gòu)建

加權(quán)綜合評價(jià)法對于各指標(biāo)的一些計(jì)算則使用線性加權(quán)模型計(jì)算指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的貢獻(xiàn)度。利用上述構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系與加權(quán)綜合評價(jià)模型，對本實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革進(jìn)行評估，得出評估結(jié)果為90分（優(yōu)）。雖然評價(jià)結(jié)果較優(yōu)，但在今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中對實(shí)驗(yàn)改革中還應(yīng)進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以期為本課程達(dá)到最優(yōu)教學(xué)效果。

五、結(jié)語

地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容突出基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需強(qiáng)調(diào)開發(fā)方法、技術(shù)與應(yīng)用。由于該課程力求讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)開發(fā)方法，熟悉地理信息系統(tǒng)相關(guān)行業(yè)開發(fā)方法、軟件及開發(fā)流程。通過研究該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容，從而使學(xué)生能夠真正掌握地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)內(nèi)容。通過對地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的更新，積極改革地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，積極加強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)輔導(dǎo)，改善上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，配備專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔導(dǎo)教師，等等。

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