探讨地理信息系统设计与开发教学中的关键环节

关键字: 地理；信息系统；设计与开发

前言

信息技术发展快，地理信息系统（GIS）已经用在国土规划、环境监测、智慧城市、交通物流等多个方面，社会对能做 GIS 设计、开发的专业人才需求越来越强。高校专业教学结合教学实际以及行业需要，讨论怎样通过改进课程结构、加强实践训练、创新教学方式等方法，建立理论基础扎实、动手能力强、创新能力突出的教学体系，为培养符合行业发展要求的GIS 开发人才提供参考。

1 地理信息系统设计与开发教学现状及问题分析

1.1 课程内容与技术前沿脱节

现在课程内容更新跟不上 GIS 技术发展速度，核心知识部分表现得比较零散。大多数教材还是以传统商业软件操作为主，对开源框架、云 GIS 平台、时空大数据整合等新技术介绍不够，空间数据库设计、WebGIS 架构等内容之间缺少逻辑连接，学生不容易建立起完整的流程思维。

1.2 实践教学体系缺乏实战性

实践教学中多安排验证性实验，学生按照固定步骤调用 API 实现地图加载、基本查询等操作，缺少真实项目环境下的深入训练。实验室设备较为老旧，没有 PostGIS 集群、云开发平台等专业级系统，无法模拟企业实际开发流程，造成学生虽然掌握理论知识但难以应用到实际工作中，工程能力同岗位要求之间存在明显差距。

1.3 教学与评价模式固化单一

教学方法没有引导学生深入理解架构设计逻辑、技术选型依据等关键问题，学生只是被动地接受知识，创新思维受到限制。评价机制没有足够关注代码提交次数、团队合作贡献、解决问题过程等过程性指标，这种做法无法全面衡量学生系统开发能力同时也难以调动他们自主探索、进行工程化思考的积极性。

2 地理信息系统设计与开发教学关键环节优化路径

2.1 构建“三维融合”课程体系，衔接理论与行业需求

高校要把传统知识零散状态打破，建立“核心理论、技术工具、工程实践”三个方面课程体系，让理论深度、行业需求能够准确对接。在核心理论方面，以“系统开发全过程”为主线，把空间数据模型、GIS 架构设计、开发规范等关键内容整合起来。教学中使用“概念图谱、案例分析”的方法，通过比较“城市交通 GIS”、“环境监测 GIS”的架构不同，帮助学生理解知识之间的联系。技术工具方面，按照“开发场景”分成模块设置，每个小模块都配有“工具手册 + 接口案例 + 在线编程练习”。工程实践方面引入实际行业案例，“国土空间规划系统”开发同时要完成“数据入库、拓扑检查、规划指标计算示”整个流程任务，每个案例都配有“需求文档、设计方案、代码仓库”。另外，建立课程内容的更新机制，每学期联合超图、航天宏图等企业召开技术交流会，把云 GIS、三维 GIS 等新技术加入选修模块并同步更新实验手册，确保学生既掌握空间索引、分布式架构等基础理论同时也能熟练使用行业常用工具。

2.2 打造阶梯式实践体系，强化全流程开发能力

高校要把“基础实践、综合实践、项目实战”三级实践体系建立起来同时分层次逐步培养学生的工程化能力。在基础实践阶段，重点训练学生对工具使用熟练程度，设置12 个标准化实验，从“地图加载”“属性查询”到“缓冲区分析”，难度逐步提高，要求学生用 Git 管理代码版本，遵守 PEP8 编码规范并通过学校自建的 GIS 编程平台完成在线测试——平台内置自动判题系统，能检查代码是否完整、是否易读以及运行效率。在综合实践阶段，以“智慧校园 GIS 系统”为项目载体，把班级分成 6 个小组，每组负责 1 个核心子模块，如“宿舍导航”包含路径规划算法、“场馆预约”包含时空冲突检测，每月组织一次技术交流会，每组要提交“接口设计文档”以及“模块测试报告”并进行 15 分钟现场展示。由老师以及同学共同打分，教师要重点帮助学生解决模块之间的配合问题，“导航模块与用户权限模块的数据交互需要通过 JWT 令牌验证”，在项目实战阶段（大四），要深入对接企业实际需求，与地方自然资源局合作开发 “地理信息一张图” 系统 : 前期安排学生跟随工程师参加 3 次需求调研（撰写《需求规格说明书》，涵盖 10 类用户角色、 28 项功能点）；中期采用 SpringBoot+Vue 架构进行开发，由企业导师指导“空间数据分布式存储（分表策略）”以及“前端渲染改进”，校内导师审核《详细设计文档》（涵盖数据库 ER 图、类图）；后期完成企业验收。同时，建设“GIS 开发实验室”，配置 PostGIS 集群服务器、云开发平台确保实战环境同企业一致。

2.3 创新教学与评价模式，激发学生自主探究能力

高校要打破传统教学方式，使用多种教学方法以及评估制度，建立“学练评”结合的体系。在教学方法方面，实施项目驱动式教学 : 以“智慧社区GIS 系统”作为整个学期项目，把教学过程分为四个阶段:“需求分析（第1-2 周）—架构设计（第3-4 周）—模块开发（第5-12 周）—测试部署（第13-16 周）”每周安排“任务清单”（如第5 周需要完成“底图构建 : 集成天地图瓦片 + 自定义 POI 图层”），每节课前 20 分钟由学生汇报学习进展，重点讲解技术难点；课后通过在线平台提供学习资源。采用线上线下结合的教学方式 : 线上 MOOC 平台涵盖“微视频（每节10 分钟同时讲解OpenLayers 事件机制等难点）”“互动题库（含500 多道编程题，支持即时评分）”“代码仓库（包含 30 个可运行案热力图实现）”；线下开展“翻转课堂”，学生以小组形式讲解“系统架构设计方案”，师生一起调试代码，设置“创新加分项”鼓励学生主动探索，全面提高系统开发综合能力。

结束语​

上述改进方法从课程设置、实践内容、教学评估等多个方面打破传统教学限制，既加强理论知识的学习同时又提升工程实践能力，还鼓励学生进行创新思考。这为高校 GIS 设计与开发的教学提供一个可以实际应用的框架，有助于缩小教学内容跟行业需求之间的差距，今后需要连续与企业合作更新教学内容，逐步完善体系，培养更多符合地理信息产业发展需要的高水平开发人才。

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作者简介：

沈豪（1997.8- ）男，汉族，人，助教，硕士研究生，研究方向：遥感影像配准。