GIS教学体系探讨 ——以北京大学本科教育为例 邬 伦

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1 GIS教学体系探讨 ——以北京大学本科教育为例 邬 伦
遥感与地理信息系统研究所 空间信息科学与技术系 2003年8月28日

2 地理信息系统的定义与内涵 （Geographic information systems，GIS）
一方面，地理信息系统是一门技术学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科； 另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

3 GIS与相关学科的“关系树” “树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计算机科学与数学等.
“雨滴”是每个应用中的数据来源，如各种测量如地形测量、环境测量等，并为它的发展提供了有效的手段，而地理信息系统的应用主要是在环境科学、地理学和社会科学等领域。 GIS

4 地理信息科学的三个层面 （Geographic Information Science，GIS)
基本理论 技术基础 (其中3S、IT技术占据较大比重) 领域应用

5 北京大学本科GIS教学实践 80年代中期 ,开始GIS方面的研究以及相关软件的开发工作，随着对地理信息系统应用需求的增长，各个相关专业（最早是第四纪地貌，然后是城市规划、环境生态等领域）逐渐采用GIS进行相关研究工作。 1988年，当时的城市与环境学系（地理系）开始对四年级本科生教授地理信息系统课程 90年代中期，国家各个部门对GIS人才需求越来越迫切，同时北京大学承担了国家九五“重中之重”攻关项目“地理信息系统、遥感、全球定位系统基础软件的开发与商品化”， 1998年北大地理信息系统本科专业成立并于次年开始招收本科生，这是一个“里程碑”式的事件。

6 北京大学GIS教学实践(Cont.) 在最开始的本科生培养计划中，主要包括地理基础课、计算机相关课程、以及GIS相关课程，其中地理基础课占据了较大比重，因该说这个阶段的GIS教学是“应用导向”的，更加注重学生能够采用GIS解决具体应用中的问题。 到2001年，由于院系调整，北京大学以遥感与地理信息系统研究所为主体，成立空间信息科学技术系，GIS专业划归该系。在该背景下，并考虑到地理信息系统技术的发展，对本科课程进行了调整，形成了目前的本科生课程体系。

7 课程体系设计与实施原则 理念与方法：课程产品设计的理念 价值链 大学-课程-学生-社会 软件工程方法 生命周期 需求规约 系统分析 设计实施
理念与方法：课程产品设计的理念 价值链 大学-课程-学生-社会 软件工程方法 生命周期 需求规约 系统分析 设计实施 体系：三个基本面（基本知识、基本原理、基本技能） 三类学科面（地学、数理计算机、3S） 一个综合基地 依据：教育部要求，市场需求，北大传统 规格目标：形成先进完整的空间信息科学教学体系

8 产品与价值链的理念 社会需求 课程 学生 产品 产品 教师 学校

9 社会上对于GIS人才素质的需求 GIS理论的研究工作； GIS软件的开发； GIS项目组织管理； 其它领域的GIS应用。

10 综合性大学的GIS教育 侧重学习地理信息系统和地图学、遥感等方面的基本理论和基本知识，并进行基础研究、技术开发和工程应用等方面的科学思维训练与实验训练，使得学生掌握地理信息系统基础研究、应用建模、设计开发的基本技能，具有较好的科学素养、创新意识和初步的教学、研究、开发和管理能力。

11 考虑GIS与非GIS专业的课程差异与共享 课程分大类 分类专人负责 课程设计文档化 任课教员考核与制度标准化（指定A、B角、题库）
实施原则、方案与措施： 科学的教学管理与质量保障体系 先本科、后研究生 先体系、后顺序 考虑GIS与非GIS专业的课程差异与共享 （GIS概论大纲） 课程分大类 分类专人负责 课程设计文档化 任课教员考核与制度标准化（指定A、B角、题库） 教学计划工作作为系所任务安排下达并计入工作量考核 成立教学设计工作总体组与分科工作小组，并明确责任

12 本科课程体系结构 总体结构： 总学分 （ 155 ）（含毕业论文3学分） 其中 学校统一课程（30） 五个专业课板块（110）
地学（23）、数理类（34）、计算机（27）、3S（19）、 实习（2+2+3） 其他（15）

13 高数（15）、线代（3）、概率论与统计（3）、数理方程*（2）、计算方法*（3） 普通物理（8） 计算机类（27）
专业课确定 地学类（23） 地学基础（80学时/学期 4学期 16） 地图学（3） 测量学与GPS概论（4） 数理类（34） 高数（15）、线代（3）、概率论与统计（3）、数理方程*（2）、计算方法*（3） 普通物理（8） 计算机类（27） 离散数学（4）、计算机概论（3）、数据结构（4）、程序设计（4通用技巧）、数据库（4）、软件工程（3）、计算机图形学（3）、 网络（2） 3S类：（19） 地理信息系统概论（4） 地理信息系统设计（4） 地理信息系统应用（3） 遥感概论（4） 数字图象处理（4）

14 北京大学GIS课程体系和特点 1）全校性的公共基础课程，如英语、高等数学、普通物理等； 2）地学基础课； 3）数理与计算机基础课

15 地学类课程 课程名称 英文名称 课程类型 先修课要求 地球科学概论（一）
Introduction to Earth Sciences (I) 院必修课 地球科学概论（二） Introduction to Earth Sciences (II) 环境与生态科学 Environment and ecology 专业选修课 城市与区域科学 Urban and Regional Science 地理科学概论 An Introduction to Geography Science

16 计算机类课程 课程名称 英文名称 课程类型 先修课要求 计算机概论 Computer Introduction 全校公共必修课 程序设计语言
Programming language 专业选修课 离散数学 Discrete Mathematics 算法及数据结构 Algorithm and Data Structure 数据库概论 An Introduction to Database Systems 计算机图形学基础 Computer Graphics 操作系统原理 Operating System Principles 软件工程原理 Software Engineering Principles 网络基础与WebGIS Network Base and WEBGIS GIS概论

17 3S专业课程 遥感概论 An Introduction to Remote Sensing 专业必修课 测量与地图学
Surveying Principles and Cartography GIS概论 Introduction to Geographic Information System GIS设计和应用 Design and Application of Geographic Information System 地学数学模型 Geography Mathematical Model 专业选修课 遥感数字图象处理 Remotely Sensed Digital Image Processing GIS工程 GIS Engineering GIS设计和应用、软件工程 色度学 Chroma Science 数字地形模型 Digital Terrain Model 遥感图像处理实验 Remotely Sensed Image Processing Experiment 遥感应用 Applications in Remote Sensing 导航与通讯基础 Navigation and Telecommunication 数字地球 Digital Earth

18 北京大学课程体系的特点 重视基础，淡化专业
随着社会经济的发展，高等学校的学生培养从“专才教育”转向“通才教育”，即注重基础课程学习和科学思维方式的培养，而淡化专业差异。因此，北京大学GIS专业课程设置中数学、物理、化学等理工科基础课程占据了较大比重（共计35学分，占总学分的四分之一左右）。这些课程的学习，有助于学生培养良好的分析问题、解决问题的能力，从而方便地对现实世界建模，并解决现实世界中的问题。

19 重视地学应用 地理信息系统技术归根结底还主要是解决地理应用中的问题，因此在课程设置中包含了一定数量的地理类课程，但是考虑到整个课程体系的容量，将相关课程进行了适当合并，例如，将自然地理类的相关课程（包括气象与气候学、土壤地理、植物地理、环境学、生态学等）合并为环境与生态科学，而将人文地理相关的课程（如城市地理学、区域经济学、城市规划、交通地理学等）合并为城市与区域科学。

20 注重理论和实践的结合，借鉴工科培养方案 GIS是实践性和应用性很强的学科，在教学时需要注重理论和实践的结合，培养学生的动手能力，包括一定的GIS软件开发以及应用能力，即能够利用现有软件解决实际问题。 及时反映IT与GIS的最新进展 随着IT技术的发展，GIS也日新月异，因此需要在教学中及时反映最新进展，通过相关课程的设置，如WebGIS、数字地球等，并在课程教学中讲述其发展。

21 讨论 地理信息系统的理论和技术方法已经渗透到自然科学和社会科学的各个领域，社会对地理信息系统专业专门人才的需求也越来越大。培养既熟悉地学基础，又全面掌握最新信息技术，特别是空间信息技术的高级人才是综合性大学义不容辞的责任。 地学基础课程的教学改革 建立“综合试验场”教学基地的设想 人才“规格”与培养标准

22 参考文献 [1] Goodchild M F, Geographical Information, International Journal of Geographical Information Science, 1992, 6(1), 31-45 [2] 马霭乃，邬伦，陈秀万等，论地理信息科学的发展，地理学与国土研究，2001，18(1)，1-5 [3] Jones C B. Geographical Information Systems and Computer Cartography, Addison Wesley Longman Ltd. 1997 [4] 邬伦、刘瑜、张晶等，地理信息系统：原理方法和应用，北京：科学出版社，2001 [5] Wikle T A. Continuing Education and Competency Programs in GIS. International Journal of Geographical Information Science, (5):