地理信息系统专业开放性实验的改革研究

地理信息系统专业开放性实验的改革研究

莫才健

(西南科技大学环资学院　四川绵阳　621010)

摘　要　通过研究开放性实验与GIS专业人才培养关系，提出了开放性实验改革的几个关键问题，并针对在专业人才培养中如何设计开放性实验进行一些探讨，最后对开发性实验室的可持续发展进行了讨论。

关键词　开放性实验；地理信息系统；人才培养

一、前言

地理信息系统(GIS)是20世纪60年代发展起来的一门融计算机技术、测绘科学、遥感、应用数学、信息科学、地球科学于一体的综合和集成的信息技术，为采集、量测、存储、分析、管理、显示、传播和应用于地理和空间有关的数据提供了有效的手段。这项技术自问世以来得到了迅速发展，已应用到涉及军事、环境、石油、电力、土地、医疗、市政、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、资源调查与评估等众多领域。“七五”计划后，我国投入了较大的人力物力进行研究开发。现在我国已经拥有大量的GIS开发平台和一批各具特色的综合或专业性GIS。为了适应科学和技术的发展，培养GIS方面的人才，大学和学院的教学大纲迅速作了调整，在测绘、地质、地理、城市规划、土木工程、环境及其他的教学大纲中均增设了地理信息系统课程。1999年由国务院学位委员会审定批准地理信息系统为大学理科专业，现在我国几乎所有高校都在地理专业、测绘专业、制图专业、环境科学专业开设了与地理信息系统有关的课程。

GIS专业教育具有很强的实践性，各种地理信息系统功能的实现必须经过实验才能够真正地理解和掌握，这也是GIS专业的显著特点。据统计，地理信息系统的实践学时一般都会占整个专业学时的10%，有的甚至达到15%。社会和科学技术的飞速发展，要求毕业学生具有更强的动手能力、创造能力和运用知识的能力，而开放性实验是培养这类能力的有效方法之一。

我校地理信息系统专业2004年开始招生，专业的培养目标和定位就是培养具有一定基本理论、基本知识、基本技能，能在多个行业内从事与空间位置有关的地理数据采集、处理、分析、应用软件系统开发、维护等工作的高级工程技术人才。从培养目标来看，是培养技术性人才，因此需要安排更多的实践教学，但是总的学时和理论课学时的时间基本是固定的，留给实践课的教学学时远远不够，所以更需要实行开放性实验管理才能够满足专业学习的需要。

二、建立开放性实验的意义

1.完善学生的知识结构

通过地理信息系统实验课的进行，学生可以从总体上对GIS有一个较为全面的认识，并掌握初步的GIS应用方法，从而使学生掌握这一先进的技术，完善知识结构。

2.增加学生就业机会

掌握实验的实用性以GIS专业人才将来的就业岗位和发展领域为指导，注重学生实际工作能力的培养和锻炼，开放性实验应与具体生产实践相结合。可将教师的科研、生产项目纳入到开放性实验项目的选题中，或以假定的工程项目为实验目标，让学生通过参与开放性实验，了解本专业的相关工作内容，具体工程实践的流程等，为将来顺利走上工作岗位打下坚实基础。

3.培养创新性人才

GIS专业的实践教学引进开放性实验，其主要优点是实验目的明确，最大限度调动学生参与的积极性，更好地培养学生综合运用理论解决实际问题的能力，有利于创新人才的培养。实行开放性实验教学，可以保证学生有足够的时间完成实验，学生可以利用课余时间做实验，不但增加了学生的动手机会，而且克服了实验学时相对不足的问题；实行开放性实验教学，有利于培养学生综合运用GIS专业知识独立解决问题的能力，开放性实验多给出实验目标，教师仅进行启发式指导，通过学生自己的实践，由浅入深地发现问题、解决问题；实行开放性实验教学，还有利于师生之间及时反馈教学信息，促进教学质量的提高。

4.教学内容改革的需要

把最新的应用技术课程引进课堂，是教学内容改革的重要方面。GIS作为一门新兴学科，是“3S”课程的龙头老大，不仅具有广泛的应用前景，还可对传统专业课程进行改造，促进学科的发展。地理信息系统实验室的建立也是对传统的地理实验手段的改造，变传统的各自孤立的基础实验为计算机软、硬件支持下的采集、存储、管理、检索和综合分析各种空间信息的综合性实验，更快速、更高效、更实用，可以使地理信息系统系的实验课开创出一片新天地。

三、地理信息系统实验开放的含义

1.内容开放

在常规的实验教学环节中，多数学生是按部就班地参与实验，虽然这种基础性的训练不可缺少，但由于学生在理性知识和感性知识上存在一定的差异，造成他们对实验内容的需求不尽相同，不满足于“事先约定”的实验，这要求我们在设计开放性实验时对实验内容要进行开放，允许学生在众多的实验中去选择自己感兴趣的实验，同时坚持学生的主体性原则和教师的指导性原则，即除了鼓励学生自主地、有创意、有目的地选择实验内容外，还要具体分析学生的实际情况，直到学生正确选择实验内容。

2.时间开放

对学生实验时间不限制，由学生自己联系实验室指导老师到实验室进行实验，或找实验室仪器管理员借还实验仪器自己实验。

3.地点开放

由于GIS专业的实验主要以计算机软件上机为主，所以学生既可以在专业机房进行实验，也可以在宿舍或家里进行实验，教师定期指导即可。

4.人员组合开放

从教育目的、长远目的出发，有意识地培养学生与他人合作共事的团队精神。在实际操作中，组成若干实验小组，这种小组根据实验的需要，可散可合，灵活机动，允许跨班级组合，可以让不同层次、特点的学生组合在一起，相互激励，取长补短。

四、进行开放性实验的主要课程内容

GIS专业的主要课程有：地理信息系统原理、数字图像处理、测量学与GPS原理、软件工程、数据库原理与空间数据库、地图学、专业地理信息系统开发、WEBGIS的开发等。随着多媒体技术、空间技术、虚拟现实、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形学技术以及网络信息技术的发展，GIS与这些学科的交叉、边缘领域将成为发展的新兴产业。所以开放性实验可以围绕以下内容进行设计：

(1)多途径空间数据的获取，如数字化测图、地图扫描数字化、GPS定位量测、遥感照片数据处理以及空间数据转换等；

(2)新数据库技术在地理信息系统数据库中的应用，如空间数据引擎(SDE)的使用、利用GeoDatabase数据模型建立空间数据库、采用Oracle等大型关系数据库等；

(3)地理信息的数据处理与分析，如GIS空间分析与应用、利用面向对象技术编程结合计算机图形学算法实现空间处理等；

(4)GIS设计与开发，如组件式应用型GIS的建立、应用型GIS系统的设计与开发等；

(5)地理信息的三维可视化，如利用遥感图像处理软件ERDAS中的虚拟GIS模块进行城市三维显示等；

(6)地理信息的网络发布，如结合动态网页设计技术和WebGIS设计与开发网络GIS、建立小型的校园WebGIS系统等；

(7)地图产品的制作与输出，如实用地图制作、多媒体电子地图的设计与开发等。

五、地理信息系统开放性实验室的可持续发展

1.打好基础，循序渐进

由于GIS所处理和表达的数据对象是空间数据，而空间数据有几何图形和属性特征，图形数据一般采用专用格式进行表达和存储，而属性数据大多采用商品化RDMS(关系型数据库管理系统)进行管理，这就要求学生在学习这门课程之前，应预先学习基础理论(高等数学、数理统计方法)、掌握多种数据的采集手段(如计算机地图制图、专题制图、制图综合等)、学习软件知识(如软件设计基础、程序设计语言等)及数据结构和数据库等基础知识。因此在安排教学计划时，应充分考虑这些要求，同时考虑到这些课程的难度，循序渐进，实现地理信息系统的可持续发展，否则很难达到预期的效果，影响实验室的发展。

2.地理信息系统实验安排应当实习与见习相结合

具有一定地学知识的学生可以在地理信息系统支持下提取现实空间模型的不同侧面，不同层次的空间和时间特征，快速地模拟自然过程的演变或思维过程的结果，取得预测或“实验”的结果，选择优化方案。这种快速的信息模拟对于现有的GIS来说几乎是没有什么代价的，并且能够避免错误决策带来的损失。学生掌握这门技术科学要经历一个学习－实践－再学习－再实践的过程，才能逐渐掌握其中的规律。笔者认为，这种穿插式学习符合学生的认知过程，有利于学生理论与实践相结合。

3.资源共享

随着专业的发展，土木、经管、计算机等学院的某些专业也应开设GIS课程，当然深度可以适当降低，这部分学生的实验与实习课和地理信息系统专业学生的实验共同安排，统一规划，各专业穿插使用实验室，可以避免实验室的重复建设，达到资源共享，优化配置，提高实验室的使用率。

4.积极应用远程网络教育资源，促进GIS实验室的发展

GIS技术的飞速发展要求专业人员必须不断地更新和拓宽自己的专业知识，才能保持专业上的技术优势，这种知识的更新和拓宽不仅是学生在学校学习期间需要进行的，而且应该是终身的，全球互联网上的GIS教育为学生在校期间，尤其是毕业后的自我教育提供了一种重要的学习方式，所以为学生提供网络的服务，也是GIS实验室发展中的一个重要问题。

六、总结

开放性地理信息系统实验室的建设是一个系统工程，只有在计算机的软硬件的支持下，教师和技术人员不断更新自己的知识结构，提高自己的GIS技术应用水平，形成教师及技术人员的良好梯队，发挥团队精神，才能培养合格的有专业特长、综合素质高的人才。

参考文献

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