测绘工程专业计算机课程设置与教学探讨
摘要:
结合测绘工程专业的特点,从现代测绘工作者应具备的“测”、“算”、“绘”及“管理”四大基本功探讨了计算机课程的设置、课程间的联系以及教学内容的安排。
关键词:测绘工程;计算机课程;教学
测绘工程专业是测绘科学与技术一级学科开设的本科专业,涵盖了旧专业目录中的大地测量、工程测量、摄影测量与遥感(部分)和地图学等四个本科专业[1]。鉴于测绘工程专业覆盖范围较广的特点,近些年来一些测绘教育工作者对调整后的本科专业教学进行了许多有益的探讨,不同高校根据其办学历史及相关专业的特色,形成了各自的教学体系和人才培养模式[1]~[6]。计算机技术与测绘工作联系较紧密,也是测绘工作中应用最多的一门技术。故合理设置测绘工程本科专业的计算机课程及其教学内容,使学生具备一个合理的计算机知识结构是十分重要的。本文结合现代测绘工程专业的特点,对其计算机课程设置、课程间的联系及教学内容进行探讨。
1 课程设置与教学计划安排
随着测绘科学与技术的发展,对于测绘工作者所要求的三大基本功,即“测、绘、算”的内涵也有了很大的变化。其中“测”主要指的是对仪器设备操作技能的要求。随着GPS、全站仪、电子水准仪等自动化程度很高的仪器出现,“测”变得更简单,因此对仪器设备操作技能要求也大大降低,但现代测绘中的“测”应该包含测绘仪器的开发、对仪器工作原理及性能的理解、所应注意的观测环境等。“绘”指的是地图绘制,随着计算机技术的发展,这些工作不再用绘图纸和绘图笔来做了,而是交给计算机去完成,测绘工作者要掌握的技能是绘图软件的使用或绘图软件的开发。传统的“算”主要指的是控制网的平差计算与坐标转换等常用的测量计算,而现代测绘工程中的“算”应包含所有的空间数据处理。与过去相比,现在的空间数据具有数据量大、处理方法多样、处理过程更加复杂等特点,这使得从业人员“算”的能力成了衡量其业务水平的重要标志。如此海量的空间数据处理也只有利用计算机来完成,因此现代测绘工作者“算”的能力又主要表现为掌握数据处理方法、软件开发能力和软件使用的熟练程度。除以上三大基本功外,笔者认为现代测绘工作者还有一大基本功,那就是“管理”。这里的“管理”包括两个方面:一方面指测绘生产的管理,另一方面包含海量空间数据的管理。其中,海量空间数据的管理也只有借助于计算机技术来完成,因而空间数据的“管理”能力主要表现为数据库管理软件的开发和使用能力。由于计算机技术对测绘工作者来说是一门必备的工具,因此重点应该培养测绘本科专业学生的实践操作能力。在课程教学内容中应当结合专业的特点,除增加上机实验课外,还应该结合实际应用,安排相应集中的实践训练课程。根据以上的思考,对测绘工程专业的本科培养方案中涉及的计算机课程部分具体安排如表1。
2 课程间的联系及教学内容
《计算机文化基础》课程是全校各专业学生必修基础课程,安排在第一学期,属于公共基础课。该课程的主要目的和任务是使学生了解计算机基础知识,熟练掌握W inXP、Word2000、Excel2000等常用软件的基本操作;了解Internet的基本知识,能熟练利用网络查询信息、收发电子邮件;并了解病毒和计算机安全方面的知识,培养学生的“技术文化意识”;利用计算机进行日常的信息处理,以适应当今日益发展的信息社会对人才的需要,为后续计算机课程及其它课程的学习打下基础。为了加强学生的实践能力,除安排一定的上机实验课程外,一般在学期末安排一周的强化实践训练课程,即《计算机文化基础实践》。
《C语言程序设计》是计算机专业和理工类专业一门必修的专业基础课,是数据结构、数学建模、计算机图形学、数字图像处理、测绘程序设计基础等课程的前导课程,安排在第二学期。该课程的主要目的和任务是使学生了解算法的基本概念,会根据算法编制相应的程序,并初步掌握软件开发的基本技巧。C语言功能强大、内容丰富,适用于底层的开发,要在一个学期通过一门课程的学习来掌握它是比较困难的,因此该课程的内容需要根据不同专业的特点来选取相应的教学内容。对测绘工程专业来说,程序设计课程的主要目的是数据处理和数据管理,而且许多工作都是进行二次开发。因此,笔者认为C语言对测绘工程专业来说是一门程序设计的教学语言,更重要的是要培养学生的编程兴趣,掌握编程的思想以及了解一些底层程序设计的技术内幕。本课程所选取的内容包括以下几个方面:算法的基本概念、常量变量运算符与表达式、程序控制结构、数组、函数、编译预处理、指针、结构体与共用体、链表及文件等。该课程是一门实践性很强的课程,既要掌握概念,又要动手编程,还要上机调试运行。为了加强实际动手编程能力,除安排一定的上机实验课程外,一般在学期末安排两周的强化实践训练课程,即《C语言程序设计实践》。《数据结构》是计算机相关专业的必修课,对测绘工程专业来说是一门选修课。对以后从事GIS软件开发的同学,应该选修该课程。由于现在《数据结构》课程大都是以C/C++语言为基础的,因此安排在《C语言程序设计》之后,即第三个学期。该课程的主要目的和任务是介绍一些最常用的数据结构,阐明数据结构内在的逻辑关系,讨论它们在计算机中的存储表示,并结合各种典型应用说明它们在进行各种运算(操作)时的动态性质及实际的执行算法。通过对不同存储结构和相应算法的对比以及上机编程练习,增强根据求解问题的性质选择合理的数据结构并控制求解算法的空间、时间复杂性的能力。该课程主要介绍:线性表、栈、队列、数组、广义表、串、树、二叉树及图等基本数据结构。由于该课是选修课,其中基本的排序和查找等最常用的算法可以放在《C语言程序设计》或《测绘程序设计基础》中介绍,使未选修该课程的学生也具备一些简单的数据结构知识,以保持后续相关课程学习的连贯性。《测绘程序设计基础》课程是测绘工程专业的计算机应用技术核心课程,也是本专业学科基础课,是《数据库原理及应用》、《GIS软件设计与实现》、《数字摄影测量》等课程的先行课,因此该课程可设为必修课或限选课。该课程需安排在《测量平差基础》及《测量学基础》课程之后,可与《大地测量学基础》开设在同一学期,即第五学期,以便通过程序设计来加强巩固测识。该课程的主要目的和任务是使学生掌握一门W indows可视化开发语言,把程序设计应用到测绘专业上,利用计算机技术来解决常用的测量计算与平差计算等工作。课程以测绘应用程序设计为主线,在阐述可视化开发语言程序设计的基本步骤、技巧以及测量数据处理的基础上,对常用的设计方法作详细介绍。该课程基本内容有:①可视化开发语言程序设计语言基础;②常用测量程序设计:线形方程组的求解与矩阵运算、角度转换、方位角计算、坐标增量计算、几种交会方式程序设计、高斯投影正反算、不同坐标系的坐标换算;③控制网平差程序设计,主要介绍水准网和导线网的平差计算。可视化编程语言有很多,对于测绘工程专业来说,笔者认为选择VisualBasic语言或Visu-alBasic·Net比较合适。其中原因主要有:①简单易学,容易被非计算机专业的学生掌握;②VisualBasic支持多种数据库系统的访问,很适合数据库应用软件的开发,为后
续的《数据库原理及应用》课程打下基础;③VisualBasic是基于ActiveX技术的,对于已封装好的ActiveX组件,VB可以很容易的利用它进行二次开发,而目前GIS应用软件大都是基于优秀的GIS组件进行组件式二次开发来实现的,这为后续课程《GIS软件设计与实现》打下基础。为了加强实际软件开发的能力,除安排一定的上机实验课程外,一般在学期末安排两周的强化实践训练课程,即《测绘程序设计实践》,其主要内容是利用所学知识和已经实现的各个小模块,根据软件工程的方法和步骤,设计一个简易的导线网平差软件。《数据库原理及应用》课程是测绘工程专业的专业基础课程之一,可设为必修课或限选课。它是GIS原理与应用、GIS软件设计与实现等课程的先行课,由于要用到W indows可视化编程语言基础,因此安排在《测绘程序设计基础》课程之后,即第六个学期。该课程的主要目的和任务是使学生掌握数据库的基本理论和设计数据库的基本方法,从而能够借助于数据库技术,来完成对海量空间数据的管理。本课程从实际应用出发,集应用与原理于一体,两部分内容互相联系,又各有侧重,力求做到理论联系实际,用理论来指导实际应用。具体有:①关系数据库的基本原理,关系数据库的设计理论以及数据库设计的步骤和方法;②以SQL Server数据库管理软件为例,介绍数据库系统的建模、实现以及安全维护等方面的基本操作和应用技巧;③以SQL Server +VB为开发模式,通过实验设计,掌握前台开发工具与后台数据库的连接方法,从而实现数据库应用软件的开发。结合测绘工程专业的特点,该课程还应该介绍一些有关空间数据库的基本知识。网络技术与通讯》课程是测绘工程专业的选修课程。该课程的主要目的和任务是使学生具有一定的计算机网络和实际应用能力两个方面的知识。本课程的主要内容包括计算机网络的基础知识、数据通信的原理、计算机网络的组成与体系结构、TCP/IP模型、局域网工作原理和流行局域网的应用、计算机网络管理和结构化布线等。《GIS软件设计与实现》是测绘工程专业的选修课程,由于要以W indows可视化编程语言为基础,并具有GIS基本原理,因此该课程开设在《地理信息系统原理》和《测绘程序设计基础》之后,安排在第七学期。该课程的主要目的和任务是使学生了解地理信息系统基础软件开发的原理和方法,从而使学生具有一定开发小型GIS软件,并管理中小型GIS工程的能力。该课程结合GIS软件及应用的特点,从软件工程的角度分析GIS软件的开发方法和步骤,具体内容包括:①软件工程基础知识;②空间数据模型与数据组织方法;③GIS软件的开发方法;④工程项目的建设和管理方法;⑤基于GIS组件的GIS应用软件开发方法与实现。《数值计算与MATLAB语言》是测绘工程专业的选修课程,安排在第七学期。Matlab是一种以数值计算和数据图示为主的计算机软件,并包含适应多个学科的专业软件包,以及完善的程序开发功能。开设该课程的目的主要是为本科毕业论文设计和今后从事研究作准备。课程主要介绍MATLAB语言的应用环境,调试命令,各种基本命令和高级操作命令,绘图功能函数,循环和条件分支等控制流语句。本课程以讲课为主,结合上机实验,使学生通过编程实例掌握MATLAB语言的编程基础与技巧。《CAD原理及应用》是测绘工程专业的选修课程,可为数字化测图课程打下基础,安排在第四学期。该课程的主要目的和任务是使学生掌握基本的CAD技术,能进行辅助设计中的二维和三维图形处理,能通晓AutoCAD在地图制图中的应用技术,掌握一定的AutoCAD二次开发技术。课程内容包括:
(1) AutoCAD 2002使用基础;
(2)绘图工具;
(3)图形编辑;
(4)图层及对象特性控制;
(5)图块、属性与外部参照;
(6)尺寸标注与文字;
(7)三维模型;
(8)Autolisp程序设计。
《计算机图形学》是测绘工程专业的选修课,是《CAD原理及应用》的前导课程,可安排在第三或第握图形学的概念和思维方式,并能使用和构建基本的图形应用软件,为进一步学习《CAD原理及应用》、《地图学》、《地理信息系统》、《GIS软件设计与实现》等课程提供必要的知识准备。课程的主要内容包括:计算机图形系统及其设备,基本图形生成算法、图形变换原理与算法、曲线曲面表示、真实感图形的基本理论和算法、地形图图形实用开发技术等。
3 总 结
随着现代测绘仪器和技术的进步,现代测量技术与测绘方法已步入了一个数字化、自动化、信息化、网络化的时代。从仪器的开发、数据传输、数据处理、地图制图到空间数据管理,其中的每一个环节都与计算机技术紧密相关。因此,在高校测绘工程专业的知识结构中,计算机知识应占较大的比重。本文从现代测绘工作者应具备的“测”、“算”、“绘”及“管理”四大基本功探讨了计算机课程的设置和教学内容。其中通过开设程序设计方面的课程来加强“算”的基本功,通过开设计算机图形学及CAD制图方面的课程来加强“绘”的基本功,通过开设数据库技术方面课程来加强“管理”的基本功。
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