王培法　王麗

王培法（1980-）、男，漢族，山東長(zhǎng)清人，講師，博士，研究方向?yàn)楦叻直媛蔬b感信息提取，15996225557，wangpeifa1980@163.com

項(xiàng)目：2014年度大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（省級(jí)重點(diǎn)），項(xiàng)目編號(hào)：201410300017Z

摘要：程序設(shè)計(jì)課程是地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技能的必修課，因此課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要。本文從程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)原則、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法三方面進(jìn)行探討：認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)基于為課堂教學(xué)服務(wù)的原則、實(shí)用導(dǎo)向的原則和貼合專(zhuān)業(yè)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，并示例了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該采用以學(xué)生為教學(xué)主體，教師輔助引導(dǎo)的教學(xué)模式，綜合運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法和問(wèn)題討論教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；地理信息系統(tǒng)；Visual Basic；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

地理信息系統(tǒng)是管理和分析空間數(shù)據(jù)的科學(xué)技術(shù)，是集地理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興邊緣學(xué)科[1]。地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)自1998年我國(guó)設(shè)立以來(lái)得到了蓬勃發(fā)展，并于2012年教育部改名為地理信息科學(xué)（Geographic Information Science，GIS）專(zhuān)業(yè)。計(jì)算機(jī)類(lèi)課程是地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系的重要基礎(chǔ)和組成部分，在地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中具有極其重要的地位[2]。而程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)類(lèi)課程中的重要基礎(chǔ)課程[3]，是后續(xù)GIS課程（如《GIS二次開(kāi)發(fā)課程》）的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，因而在地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中具有十分重要的地位[4]。

程序設(shè)計(jì)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，重點(diǎn)在于讓學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的思想，培養(yǎng)學(xué)生利用編程思想解決實(shí)際問(wèn)題的能力，因此課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯得尤為重要，有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作進(jìn)行探討研究。以下將結(jié)合自身教學(xué)，從程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)原則、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法三方面進(jìn)行探討。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)原則

筆者所在的南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)課程為《GIS可視化開(kāi)發(fā)語(yǔ)言》，開(kāi)課學(xué)期為第三學(xué)期，是GIS二次開(kāi)發(fā)等后續(xù)課程的基礎(chǔ)課?？紤]到程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)的難度、《GIS二次開(kāi)發(fā)》等后續(xù)課程教學(xué)的方便性，選擇Visual Basic作為教學(xué)語(yǔ)言，課程總共48學(xué)時(shí)，其中理論課32學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)課16課時(shí)。顯然在課時(shí)有限的情況下完成教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容審慎確定，為此在內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)確定了以下原則。

（1） 為課堂教學(xué)服務(wù)的原則。課堂教學(xué)是程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)講解的主要平臺(tái)，而學(xué)生由于只是課堂學(xué)習(xí)而沒(méi)有實(shí)踐，始終處于“眼高手低”的狀態(tài)，結(jié)合講課內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能夠讓學(xué)生更進(jìn)一步的掌握教學(xué)內(nèi)容，也能夠讓學(xué)生學(xué)到如何動(dòng)手編程解決問(wèn)題。

（2） 實(shí)用導(dǎo)向的原則。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)不能是簡(jiǎn)單的課本知識(shí)的驗(yàn)證性試驗(yàn)，課本例題或習(xí)題雖然也可以鞏固教學(xué)內(nèi)容，但學(xué)生會(huì)覺(jué)得沒(méi)意思，沒(méi)挑戰(zhàn)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)激情不高，教學(xué)效果較差。每次實(shí)驗(yàn)課應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生會(huì)覺(jué)得能夠用自己所學(xué)編寫(xiě)一個(gè)有用的程序是十分具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，會(huì)大大激發(fā)學(xué)生的編程熱情。學(xué)生完成任務(wù)后也會(huì)有自豪感和對(duì)下次實(shí)習(xí)的期待，能夠有效的提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和自學(xué)的動(dòng)力。

（3） 貼合專(zhuān)業(yè)的原則。程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以只是編程相關(guān)內(nèi)容，但會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得課程和專(zhuān)業(yè)脫節(jié)，學(xué)生會(huì)問(wèn)這門(mén)課和專(zhuān)業(yè)的關(guān)系？作為老師可以很好的解答這個(gè)問(wèn)題，但與其去解釋?zhuān)蝗绨褜?zhuān)業(yè)相關(guān)內(nèi)容盡量融合到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中去，把一些簡(jiǎn)單的，容易理解的專(zhuān)業(yè)知識(shí)放到實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生編程解決簡(jiǎn)單的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)以上原則確定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容如表1所示，根據(jù)教學(xué)需求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性三種實(shí)驗(yàn)類(lèi)型。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要目的是使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課堂知識(shí)，掌握基本的編程技能。綜合性實(shí)驗(yàn)難度稍大，需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難度最大，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立完成一個(gè)功能完整的程序。

表1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容表

序號(hào) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng) 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型 學(xué)時(shí)數(shù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1 簡(jiǎn)單計(jì)算器 驗(yàn)證性 2 掌握按鈕控件、數(shù)據(jù)類(lèi)型、變量、表達(dá)式和函數(shù)的使用

2 經(jīng)緯度格式轉(zhuǎn)換 驗(yàn)證性 2 掌握字符串函數(shù)、表達(dá)式和條件語(yǔ)句的使用

3 文字查找和替換 綜合性 2 掌握文本、標(biāo)簽、命令按鈕控件、字符串函數(shù)和循環(huán)語(yǔ)句的使用

4 表項(xiàng)的選擇和交換 驗(yàn)證性 2 掌握列表框和組合框、屬性為數(shù)組屬性的使用，循環(huán)語(yǔ)句的使用

5 遙感圖像信息統(tǒng)計(jì)及邊緣提取 綜合性 2 掌握f(shuō)or循環(huán)和數(shù)組的使用，了解和實(shí)踐算法的編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程

6 月均氣溫計(jì)算 驗(yàn)證性 2 掌握子程序過(guò)程和函數(shù)過(guò)程的編寫(xiě)和調(diào)用

7 畫(huà)點(diǎn)線面程序 綜合性 2 掌握平臺(tái)的坐標(biāo)系統(tǒng)，笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的建立、鼠標(biāo)事件，點(diǎn)線面的畫(huà)法

8 記事本程序 設(shè)計(jì)性 2 掌握常用控件、菜單、通用對(duì)話框控件的使用和文件讀寫(xiě)操作

（1）簡(jiǎn)單計(jì)算器實(shí)驗(yàn)。計(jì)算器在日常生活中常用，此實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的整數(shù)加減乘除功能，學(xué)生根據(jù)功能要求自由設(shè)計(jì)計(jì)算器界面。功能實(shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)涉及變量的作用域這一重要知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)編程能夠加深對(duì)變量作用域的認(rèn)識(shí)，從而掌握變量的聲明及使用。第一次實(shí)驗(yàn)難度適中，學(xué)生能夠獲得成功的自豪感，學(xué)生心理上不會(huì)產(chǎn)生抵觸情緒，同時(shí)會(huì)提出諸如小數(shù)點(diǎn)如何處理，如何通過(guò)鍵盤(pán)只輸入數(shù)字等問(wèn)題，老師給予指導(dǎo)，可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自學(xué)能力的培養(yǎng)。

（2）經(jīng)緯度格式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。經(jīng)緯度是常用的地理坐標(biāo)信息，在專(zhuān)業(yè)軟件中可用經(jīng)緯度信息建立點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，但通常要求以度為單位記錄的經(jīng)緯度信息。本實(shí)驗(yàn)就是要求學(xué)生編寫(xiě)經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換程序，將以度分秒表達(dá)的經(jīng)緯度（如114°26′14.83″E）轉(zhuǎn)換為以度記錄的經(jīng)緯度信息（如114.437453°E），主要目的是讓學(xué)生掌握函數(shù)和條件語(yǔ)句的使用方法。在學(xué)生完成的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生將源代碼移植到Excel中，編寫(xiě)轉(zhuǎn)換函數(shù)，實(shí)現(xiàn)Ecxel的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)輸入到專(zhuān)業(yè)軟件中建立點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合，在學(xué)生實(shí)踐編程的同時(shí)解決一個(gè)小的實(shí)際問(wèn)題，并將其引入到Excel的VBA開(kāi)發(fā)中，最終在專(zhuān)業(yè)軟件中建立空間數(shù)據(jù)點(diǎn)文件，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到編程的作用，也會(huì)體會(huì)到編程的快樂(lè)。

（3）文字查找和替換實(shí)驗(yàn)。文字查找和替換是常用功能，此實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在熟悉文本控件SelLength、SelStart和SelText屬性，字符串函數(shù)和循環(huán)語(yǔ)句的基礎(chǔ)上編程實(shí)現(xiàn)。由于一次性完成具有一定難度，因此可分步實(shí)現(xiàn)。首先實(shí)現(xiàn)一次查找，一次替換，然后再實(shí)現(xiàn)全部替換，程序界面學(xué)生可參考Word的查找和替換對(duì)話框來(lái)設(shè)計(jì)。

（4）表項(xiàng)的選擇和交換實(shí)驗(yàn)。在常見(jiàn)的文本編輯軟件字體對(duì)話框中有字體、字形和字號(hào)的選擇設(shè)定，在專(zhuān)業(yè)軟件中有圖層、字段、比例尺等的選擇，這都可由列表框和組合框?qū)崿F(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)列表框和組合框控件進(jìn)行實(shí)習(xí)，讓學(xué)生掌握控件屬性為數(shù)組的屬性的使用，實(shí)驗(yàn)分成兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)，一是模擬Word軟件中的字體對(duì)話框，一是模擬ArcGIS中的柵格統(tǒng)計(jì)對(duì)話框，實(shí)現(xiàn)列表間項(xiàng)目的移動(dòng)。

（5）遙感圖像信息統(tǒng)計(jì)及邊緣提取實(shí)驗(yàn)。圖像信息統(tǒng)計(jì)是遙感專(zhuān)業(yè)軟件的基礎(chǔ)功能，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)遙感圖像處理來(lái)實(shí)習(xí)數(shù)組和循環(huán)語(yǔ)句，讓學(xué)生實(shí)踐編程實(shí)現(xiàn)給定算法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括一幅單波段遙感圖像像元均值、最大值和最小值的統(tǒng)計(jì)，基于Prewitt算子的邊緣提取。為突出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，遙感圖像信息的讀取和顯示由教師編寫(xiě)好程序，學(xué)生完成圖像信息統(tǒng)計(jì)和邊緣提取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。圖像信息統(tǒng)計(jì)編程難度不大，邊緣提取實(shí)驗(yàn)需由教師講解原理，展示邊緣提取結(jié)果，由學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（6）月均氣溫計(jì)算實(shí)驗(yàn)。氣溫是學(xué)生熟悉的氣象要素，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)讓學(xué)生分別編寫(xiě)月均氣溫計(jì)算的子程序過(guò)程和函數(shù)過(guò)程，來(lái)實(shí)習(xí)過(guò)程的編寫(xiě)和調(diào)用。實(shí)驗(yàn)中的氣溫記錄數(shù)據(jù)由教師編寫(xiě)程序讀取，學(xué)生完成月均氣溫過(guò)程的編寫(xiě)、調(diào)用和計(jì)算結(jié)果的顯示。月均氣溫計(jì)算中需要計(jì)算日平均氣溫，日均氣溫程序計(jì)算是放在月均氣溫計(jì)算程序里還是單獨(dú)編寫(xiě)一個(gè)過(guò)程，由學(xué)生思考討論兩種方式的區(qū)別，教師給予點(diǎn)評(píng)。

（7）畫(huà)點(diǎn)線面程序?qū)嶒?yàn)?？臻g數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)重要的組成部分，本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)通過(guò)鼠標(biāo)畫(huà)出點(diǎn)線面，并可以修改所畫(huà)數(shù)據(jù)區(qū)域坐標(biāo)范圍。此實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是專(zhuān)業(yè)軟件中的簡(jiǎn)單數(shù)字化功能，讓學(xué)生通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)一方面是實(shí)踐講授的坐標(biāo)系統(tǒng)、鼠標(biāo)事件和畫(huà)點(diǎn)線方法，另一方面是讓學(xué)生了解專(zhuān)業(yè)軟件中點(diǎn)線面是如何畫(huà)的。學(xué)生完成后教師可拋磚引玉的簡(jiǎn)單說(shuō)明畫(huà)出點(diǎn)線面后涉及的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生自己去查找資料了解空間數(shù)據(jù)的主流存儲(chǔ)格式及發(fā)展史。

（8）記事本程序?qū)嶒?yàn)。Windows操作系統(tǒng)中記事本是小巧便捷的文本編輯程序，本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生參照記事本或自己設(shè)計(jì)文本編輯軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生熟悉菜單、通用對(duì)話框控件和文件的讀寫(xiě)操作，學(xué)生最終能完成一個(gè)小的文本編輯軟件。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，這就決定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和課堂教學(xué)方法注定不同。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能采用課堂的教學(xué)模式，也不能采用教師先演示學(xué)生再模仿的方式，應(yīng)該采用以學(xué)生為教學(xué)主體，教師輔助引導(dǎo)的教學(xué)模式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇以下教學(xué)方法：

（1）啟發(fā)式教學(xué)法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師花較少時(shí)間把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求給學(xué)生講解清楚，然后下面的時(shí)間都交給學(xué)生，讓學(xué)生去自由思考，教師給予指導(dǎo)。教師在指導(dǎo)學(xué)生過(guò)程中，采用啟發(fā)式的指導(dǎo)方法，不是直接告知學(xué)生哪兒錯(cuò)了，為什么錯(cuò)了，而是和學(xué)生一起，教師引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題出在哪兒，怎么調(diào)試解決，這樣學(xué)生是主動(dòng)思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，而不是被動(dòng)接受知識(shí)的過(guò)程。學(xué)生把問(wèn)題解決后，一方面可以提高其編程調(diào)試技巧，一方面增強(qiáng)其思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心和成功感也得到了增強(qiáng)。教學(xué)指導(dǎo)過(guò)程中對(duì)學(xué)生遇到的共性問(wèn)題應(yīng)該給學(xué)生說(shuō)明，并引導(dǎo)學(xué)生思考解決問(wèn)題。

（2）案例教學(xué)法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容若是基于常用軟件或?qū)I(yè)軟件的某個(gè)功能確定，可采用案例教學(xué)法。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)不講解實(shí)驗(yàn)相關(guān)細(xì)節(jié)，直接演示相關(guān)軟件功能，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)相似功能，界面設(shè)計(jì)由學(xué)生自由發(fā)揮，教師給予指導(dǎo)。如文字查找替換實(shí)驗(yàn)可演示W(wǎng)ord軟件和ArcGIS中的功能，畫(huà)點(diǎn)線面實(shí)驗(yàn)可演示ArcGIS中的功能。

（3）問(wèn)題討論教學(xué)法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些問(wèn)題可采用討論教學(xué)法，以提高教學(xué)效果。如在月均氣溫計(jì)算實(shí)驗(yàn)中，到底是把日均氣溫計(jì)算程序編寫(xiě)在月均氣溫計(jì)算程序中，還是單獨(dú)編寫(xiě)一個(gè)日均氣溫計(jì)算程序過(guò)程，可讓學(xué)生充分討論，教師給予點(diǎn)評(píng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生也可通過(guò)相互交流解決編程問(wèn)題，提高協(xié)作能力的同時(shí)，也可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié)語(yǔ)

程序設(shè)計(jì)課程是GIS專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，是后續(xù)GIS軟件開(kāi)發(fā)課程的基礎(chǔ)。程序設(shè)計(jì)課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐能力，本文從程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)原則、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法三方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探討，以教學(xué)效果為出發(fā)點(diǎn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)原則和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在本校取得了良好的教學(xué)效果，可為相關(guān)教學(xué)人員提供參考。

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