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面向多层次需求的GIS专业实践教学体系构建

时间:2013-4-10 10:44:25 点击:

  核心提示:摘要:GIS在不同领域有不同层次和不同尺度的应用,面对社会对GIS专业的多层次需求,作者根据多年来所从事GIS专业教学工作的实践,从GIS的实践教学这个角度出发,阐述了GIS人才就业领域、实践教学体系的构建思想及内容,提出了构建面向多层次需求的实践教学体系的总体思路及保障措施。 关键词:多层次需求...

1 引言
地理信息系统(Geographical Information System,简称GIS)[1,2]经过四十多年的发展,成为一个快速增长的新兴产业。其应用范围从最初的资源管理和土地规划扩展到几乎所有与空间信息相关的领域,如商业、国防、电信、教育、工程、环境、政府、卫生、资源、交通等[3]。GIS多元、多层次的应用格局使得其对GIS专业人才的需求也呈现多元化、多层次的趋势[4]。笔者曾对本校已毕业的GIS学生所从事的工作进行调查,共调查103人,其中从事GIS理论研究的占9.7%,GIS软件开发占40.8%,GIS数据处理占24.3%,GIS行业应用占13.6%,其它占11.7%。虽然调查的人数较少,造成结果可能会有一定的偏差,但从以上数据可知,毕业生从事的工作主要是GIS软件开发、地图数据处理、GIS行业应用及GIS教育。
一方面,高等学校肩负着GIS教学、科研、人才培养、产业化发展的重任,各个高校根据自己的学科优势设置GIS专业,因而培养出来的GIS人才的专业能力参差不齐。虽然GIS人才需求正逐步扩大,GIS就业形势非常好,但现实是很多GIS学生找不到对口的工作,而大量的GIS企业却招不到合适的人才,究其原因,当前GIS教育存在一个严重问题,就是理论与实践脱节。因此加强GIS本科学生实践能力的培养已逐渐成为GIS教育关注的焦点,而实践教学体系则是保障这一培养目标得以实现的关键。
另一方面,随着我国经济的不断发展,社会对掌握GIS基本原理、技术方法、软件开发和应用经验的人才需求愈来愈大。市场需求的多元化迫使GIS专业实践教学体系的构建也必须以市场需求为出发点[5]。因此,为了培养出适应社会多层次需求的GIS专门人才,使GIS学科建设及人才培养能够沿着健康轨道发展,以适应我国社会发展、经济建设和科学发展的迫切需求,作者根据多年来所从事GIS专业教学工作的实践,结合GIS人才市场多层次需求的特点,对GIS专业的实践教学体系构建进行了一些探索、思考和总结。
2 面向多层次需求的GIS专业实践教学体系构成
实践教学是培养学生应用能力和创新能力、实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节,在加强对学生的素质教育与培养创新能力方面有着理论教学不可替代的重要作用。实践教学不仅能传授知识、验证理论、培养技能,而且实践教学相对于理论教学具有直观性、实践性、综合性、设计性与创新性,通过综合性、设计性、研究性等实践训练,能有效地培养学生科学的思维方式,提高学生分析问题和解决问题的能力,促使学生养成良好的科学素养及自主探索真理的精神[6]。
2.1 总体思想
构建GIS专业实践教学体系的总体思想:①完善规章制度,实现科学、高效的管理模式;②不断地改革、创新,形成实践教学体系的模块化,规范化;③构建实践教学质量保障体系。依据培养学生实践动手能力,提高创新思维意识的原则。④实践体系采取分层次、模块化的管理模式。
2.2 GIS专业人才社会多层次需求
不同的行业对地理信息系统的要求具有多样性,但从前面的调查结果分析,我们知道目前国内的GIS从业人员主要分布在政府部门、公司企业、高等院校和科研院所。根据其工作的内容大致可分为三类:理论研究、软件开发、GIS行业应用(图1)。
1、GIS理论研究
从事GIS的研究工作。此类型的GIS专业人员大部分集中在高等院校和科研院所中,研究的内容主要包括空间实体及其相互关系与时空变化的数据模型、在计算机环境下的数据组织方法和实现技术、空间信息分析与可视化、空间应用分析模型、GIS、GPS及RS技术的集成等方面。此类GIS专业人员要有扎实的数理知识功底,熟练的计算机和GIS技术,同时也需要地理学的知识来理解和分析繁杂的数据,从而最有效地用GIS技术来优化工作和数据流程。
2、GIS软件开发
从事GIS系统开发/二次开发工作以及GIS项目的组织管理。该类GIS人才可分为一般程序员、系统设计者、系统分析者、项目管理员。软件开发的主要方向包括多维GIS、WebGIS、组件式GIS、GIS工具软件等。该类人员必须有很好的计算机基础和数学基础,并能够掌握软件工程、GIS功能、数据结构、系统设计、地理模型等领域的知识。
3、GIS行业应用
从事GIS在特定领域的应用。该类GIS人才可分为信息采集者、GIS专题应用者、GIS应用系统使用者、GIS平台系统使用者。现阶段GIS应用人员主要集中在国土资源、环境保护、城市规划等政府部门和电信、电力、房地产公司等企业。他们的工作包括:信息采集、地图的编制、数据的整合、数据的管理、GIS应用服务、用户需求调查、工作流程的组织、有关机构的管理协调等等。此类人员要求具有较强的GIS软件操作能力、良好的计算机软硬件知识基础以及广泛的学科知识基础,包括地图学、地理学、测绘学、环境学、城市规划、信息工程、遥感等多方面的理论和技术[7]。
 
图1 GIS专业人才社会多层次需求
2.3 实践教学体系结构
GIS实践教学体系采取分层次、模块化的管理模式,包括实验教学、实习教学和实训教学。实验教学是知识的单项实践,解决从理论到实践的环节。实习教学是集中式教学,是对知识的综合运用,是对单项实践的串联,强调实践的系统性与完整性。实训教学包括课程设计和毕业实习与设计(论文),是对知识综合运用的进一步提升,强调实践的多方面性和深层次性。实验、实习和实训教学并不是独立的,而应是融为一体的。实验教学要为实习教学或实训教学服务,实习教学要为实训教学服务。同一实验教学可为多个实习教学服务,先开的实习教学又为后开的实习教学或实训教学服务,从而形成实践教学培养的层次性、交叉融合性、连贯性与系统性,构成一体化的实践教学体系。
3 实践教学体系构建
实践教学是深化理论课程知识,培养学生应用能力的有效途径。从GIS从业人员的就业领域和对其知识结构的要求可以看出,GIS专业实践教学体系也必然是多层次的(图2)。
3.1 实践教学体系构建的内容
GIS实践教学体系内容包括四年培养周期所需要进行的必修和选修的实验、实习、实训、毕业设计、学生科技活动等[8]。根据市场多层次需求,我们把地理信息系统专业实践教学也相应地分为研究类实践、软件开发类实践、行业应用类实践(表1)。这些实践也包括每门有实验的课程和每个实践教学环节(实验、实习、实训)。毕业实习与设计作为本科教学的最后实践环节,是对学生综合实践能力的进一步提升。


图2 GIS专业实践教学层次

表1 GIS专业实践教学体系
 实验教学 实习教学 实训教学
理论研究类 计算机文化基础、GIS基础、地图学、计算方法、GPS原理与应用、遥感原理与方法 自然地理实习、地理建模原理与方法实习、GIS空间分析原理与方法 数据库原理设计
软件开发类 面向对象程序设计、CAD二次开发技术、GIS软件工程 程序设计语言实习、计算机图形学实习 数据结构课程设计、GIS应用开发
行业应用类 测量学、GIS软件应用、空间数据库 测量学实习、摄影测量学实习、遥感图像处理软实习 CAD应用设计、GIS软件应用设计、空间数据库设计
毕业实习与设计  毕业实习 毕业设计

1、理论研究类实践。理论研究类实践包括计算机文化基础、GIS基础、地图学、计算方法、GPS原理与应用、遥感原理与方法实验、自然地理实习、地理建模原理与方法实习、GIS空间分析原理与方法实习、数据库原理设计等。
自然地理实习通过野外考察,加深对自然地理学基本原理和实际问题的理解和认识,培养地理学的空间观点和综合分析能力;地理建模原理与方法、GIS空间分析原理与方法实习使学生掌握GIS空间分析建模的逻辑思路与方法;数据库原理设计使学生掌握数据库的基本要领、基本原理、DBMS基本体系结构和基本实现技术,了解典型数据库系统的体系结构,培养学生使用、评价和为实际环境选择数据库系统、构建软件平台的能力。
2、软件开发类实践。软件开发类实践包括面向对象程序设计、CAD二次开发技术、GIS软件工程实验、面向对象程序设计语言实习、计算机图形学实习、数据结构课程设计、GIS应用开发等。
软件开发实践环节使学生加深对面向对象程序设计的理解,具有数据抽象能力,能够掌握GIS空间数据存储结构,掌握GIS基础平台、WebGIS及专题GIS的开发方法,通过实践进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力。
3、行业应用类实践。行业应用类实践包括测量学实习、摄影测量学实习、遥感图像处理软件实习、CAD应用设计、GIS软件应用设计、空间数据库设计等。
测量学和摄影测量学实习使学生在掌握数字测图和摄影测量的理论和方法的基础上,进一步加强动手能力的培养,学会光学经纬仪、水准仪、全站仪等仪器的操作方法,掌握全数字摄影测图过程;遥感图像处理软件实习使学生掌握遥感原理的基础理论以及遥感数字图像处理的过程;GIS软件应用使学生掌握利用GIS软件进行数据的采集与组织、数据管理、查询、编辑和空间分析的方法;空间数据库设计使学生理解空间数据组织结构及空间数据库引擎对空间和非空间、矢量与栅格数据的一体化存储与管理,掌握4D产品入库的过程。
4、毕业实习与设计。毕业实习是对学生三年来所学课程及实际应用能力的一个整体检验。通过实习,要求学生对目前社会或企业研发的前沿知识或技术有所了解,明确在未来工作中的学习方向,并且从中找到自己的差距和不足,同时自己的能力和软件应用水平在实践中也会得到全面提高。毕业设计是本科教学的最后阶段,是毕业前学生进行全面综合训练、培养学生综合素质、创新意识和创新能力的一个重要的实践性教学环节。其目的在于培养学生全面综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能,解决实际问题,是实现本科培养目标要求的重要阶段。
3.2 实践教学方法
实践教学的主要目的是培养学生的动手操作能力和创新能力,因此实践教学内容的改革必须与实验教学方法的改革结合起来,使实践教学的各个环节、各个层次都能培养学生的动手操作能力,激发学生的创新意识。当前大多数实践仍然在采取封闭式的教学方法,实验前由老师集中详细讲授实验目的、原理和步骤,甚至操作示范,学生只能在规定的时间“依葫芦画瓢”,不需主动思维和创新,老师对学生的作用是“授之以鱼”[9]。这种抱着走的模式限制了学生的创造性和主动性,也不宜按市场需求分层次培养GIS人才,为此,根据各个层次的人才培养目标,采取不同的实践教学方法,如学生主体式、教师主导式教学法;讨论式教学法;启发式教学法等方法。
对于专业基础课如《GIS基础》的实验教学,指导教师可以先把它分成七个专题,如①GIS软件构成;②数据输入与准备;③矢量、栅格分析;④空间搜索、邻域操作、相互可视性分析;⑤空间建模;⑥网络分析;⑦数字地形模型等,针对每个专题讲解其操作方法及注意事项,然后让学生自己上机操作。
对于专业课和专业方向实验教学,要改变传统的以教师为主的模式,实现以学生为主体、教师为主导的模式,教师在实验前加强与学生进行实验方案和方法的讨论,布置实习任务,杜绝学生的依赖思想,充分发挥学生的主动性。实习中应加强针对性的提问,并及时检查实验成果资料,有问题及时纠正。
对于毕业设计,由于该实践教学环节是最有条件让学生发挥创造性,因此,必须将创新设计灌输在整个毕业设计的过程中。可采取多种形式的毕业设计模式,其中,开放式毕业设计模式应该大力提倡和推广,学生可根据自己的就业方向,结合专业知识,选择合适的毕业设计题目,写出可行性报告,报学院审批,主管教学的院长组织教学督导组及有关专家进行评审后即可立题,学生可聘请学院有关教师或就业单位的技术人员担任指导教师。毕业设计可以在学校进行,也可在校外进行,但在校外的时间不得超过毕业设计时间的一半。学生应按时提交论文和按时参加答辩,这种模式真正使学生成为设计者,将他们摆在了主体地位。
4 实践教学体系的保障建设
GIS是一门将多学科集为一体的新兴边缘学科,该课程受到较多课程和技术发展的影响。要想使学生很好的学习和掌握好GIS应用技术,那么就一定要建设好实践教学的保障体系。
1、实践教学大纲与指导书建设
实践教学体系的整个培养过程是一个相对漫长的过程,加上实践需要反复性的特点,实践教学指导书在逐步引导学生进行实践学习、巩固和提高上起到了不可忽视的重要作用。实践教学指导书不应仅停留在校内使用,而应通过不断修改、补充和完善,作为课程教材配套出版或单独出版,实现教学成果的推广与交流。
2、构建合理的实践教学考核体系
由于实践教学与理论教学的知识内容和形式有所不同,因此实践教学的评价考核体系也应该不同于理论教学。实践教学应该采取灵活多样的评价考核方法,根据实践教学类别的不同和不同学科的特点,可以采取小组答辩、实习调研报告、软件分析设计书等多种形式来考核学生的实践成果,刺激学生的学习兴趣,吸引学生的求知欲望,引导学生全身心地投入到实践活动,激发学生的创新意识,培养学生的创新思维方式。
3、建设实践教学基地
培养适应市场多层次需要的GIS人才,除校内实践教学基地外,校外实践教学基地的建设也很重要。在学校虽可以进行大量的实习、操作和训练。但没有真正做到在工作岗位上运用所学的知识、熟悉所从事的工作环境。因此,有必要让GIS专业学生和社会有关部门,特别是需要GIS人才的部门、企业建立实验基地,让学生有足够的时间了解、熟悉将来他们工作的环境。同时,建立实习基地还可以沟通学校和用人单位的联系,使学校了解市场动向,及时调整教学内容,以适应市场的需要,同时增加学生的就业机会。
4、专业师资队伍建设
一支高素质的专业师资队伍是保证实践教学体系得以顺利实施的基础和前提,高校教师多数是毕业后直接进入高等院校教学,虽然一般都具有硕士或博士学位,但往往缺乏实际工程经验,教学内容与实际工作难免会出现一些脱节[10]。当前GIS专业教师现状是很大一部分教师系转行而来,由于工作压力,无力进行GIS专业知识进修学习,知识层次不能满足教学需要,特别是实践教学需要。许多教师本身缺少实践锻炼机会,其动手能力有限,因此应加强教师队伍建设。在对教师人员引进后必须参与一定的科研项目,锻炼教师动手能力。
5、加强实验室建设,完善实验条件
实验室建设是实践教学的基础。实验室并不仅仅为GIS专业服务,也可以为测绘、地质、水文、资源环境与城乡规划、交通等专业服务,学校应加大投入。GIS实验室也是开展学术交流与合作,推动科技成果转化,促进高新技术产业发展的基地,是GIS学科的发展基础。
6、加强产学研一体化,注重创新能力培养
科研与教学相结合,以科研促教学,以教学带科研。教学和科研是高校工作的两大重点,把教学和科研有机地结合起来,是提高教学质量、培养高素质人才的有效途径之一。GIS专业的高年级学生在掌握扎实的专业基础之后,应积极主动地参加教师科研项目,才能不断开拓新思路,找到解决问题的新方法和新途径[11]。2001年8月教育部“关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见”中要求:高等学校要重视本科教学的实验环节,要根据科技进步的要求,注重更新实验教学内容,提倡实验教学与科研课题的结合,创造条件使学生较早地参与科学研究和创新活动。为此在大学本科教育中可以考虑建立导师制,学生在导师的正确指导下充分发挥自主学习的积极性、优越性,获得更多机会参与科研项目,锻炼其查找资料、发现问题、分析问题、解决问题的能力。
5 结束语
GIS是一门偏重于技术与实践的学科,实践是GIS综合性人才、创新人才培养的主要阶段之一。时代的进步和科学技术的发展,社会对GIS人才的多层次需求在不断增长,作为培养高素质人才的高校,理应适应社会对人才的需求,贯彻素质教育理念,转变传统教学观念和教学方法,力争为社会培养全面发展的高素质人才。构建面向多层次需求的GIS专业实践教学体系,通过综合性、设计性、研究性等实践训练,能有效地培养学生科学的思维方式,提高学生分析问题和解决问题的能力,促使学生养成良好的科学素养及自主探索真理的精神。
参考文献
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[6] 于猛,单亦先,王绍兰等.构建完善的实践教学体系[J].实验室研究与探索,2009(5):126-128.
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[8] 许捍卫,张友静.论GIS专业的实践教学体系构建[J].测绘通报,2005,(3):62-65.
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[10] 韦波.地理信息系统本科专业实践教学体系的构建[J].高教论坛,2009,(5):25-27.
[11] 汤国安,闾国年,龙毅.基于精品化战略的地理信息系统专业课程与教材一体化建设[J].中国大学教学,2008,(5):44-45.

作者:陈优良,刘小生,李恒凯 来源:网络
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