大数据时代及互联网+技术的发展推动了地球空间信息学的发展，同时也为测绘工程专业培育测绘类创新型人才提供了新的契机^[1-3]。为了进一步推动测绘地理信息产业的健康发展，测绘地理信息相关专业培养方案需要创新和完善。如今在新技术的推动下，学科发展速度超过了教材内容的更新速度。因此在教学内容上，应该及时把握所教课程的发展趋势，及时将测绘领域的前沿知识和创新技术融入到课程的实践教学中，开阔学生思路，培养学生追踪学科前沿的意识和主动获得新知的能力，促进培养创新型测绘人才^[4-6]。

武汉大学是全国高等学校测绘学科教学指导委员会主任单位，综合办学实力位居全国测绘工程专业榜首。测绘工程专业的毕业生中有超过一半的学生进一步深造，本科毕业单纯从事外业基础测绘工作的学生占比逐年下降，测绘工程本科毕业生不仅仅是从事空间数据的采集、处理和制图等工作，更多的开始从事地理信息的综合应用及服务工作。因此，GIS课程设计与实验教学内容需适应这些变化^[7-9]。本文结合测绘学院近几年的GIS课程设计与实习教学实践，从实验教学环境、实验教学内容、实验教学方法等方面介绍该课程的创新实践教学情况。

实验教学重在培养学生解决实际问题的能力，由于GIS相关技术日新月异，GIS实验教学环境应与当前GIS技术发展相适应^[10-13]。GIS课程设计与实习课程根据实习内容，从基础、提高、创新等几个层次对教学实验环境进行配置。针对GIS基础平台，由于ArcGIS具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力，同时在数据处理空间分析及大数据处理可视化方面有较大的优势，本实习课程使用ArcGIS中的3大功能模块，即桌面GIS(DesktopGIS)、二次开发组件(ArcGIS Engine)和Web发布模块ArcGIS Server。针对三维建模，采用简单易学的ScetchUp，学生可以即学即用；针对三维成果的可视化采用基于Quest3D的虚拟现实可视化平台；针对空间数据处理，采用简洁、易读及可扩展的Python语言，为学生进一步学习人工智能等相关知识奠定了基础；针对ArcEngine桌面二次开发采用.net C#语言；针对网络GIS开发，采用JavaScript脚本语言。

GIS课程设计与实习主要是针对《地理信息系统原理》和《GIS工程设计与实践》开设的实践课程，根据课堂理论教学内容与实验教学内容相结合的原则，对理论知识体系和基础实验内容进行科学分析和整合，同时引入快速发展的前沿新技术，确定实验的内容和实验教学目标^[14-17]。

1) 基础实习部分。基础实习部分的目的主要是通过对主流GIS平台的实践操作，加深对GIS基本原理的理解，最终能够熟练运用一种GIS软件。本课程采用ArcGIS平台，主要实习内容有以下13项：①桌面ArcGIS基本操作包括ArcMap、ArcCatalog、ArcScene应用软件基本操作; ②空间数据库管理包括空间属性表编辑、shapefile数据认识; ③影像配准及矢量化包括影像配准方法及矢量化; ④空间数据处理包括地图投影、地图拼接、裁剪、数据提取等; ⑤二、三维数据库建库包括GeoDatabase数据库建库、Multipath三维数据库建库; ⑥空间分析基本操作包括缓冲区分析、叠加分析、3D分析; ⑦地形分析包括不规则三角网及数字高程模型的生成及应用; ⑧Model Builder建模包括ArcToolbox地理处理工具应用; ⑨水文分析包括流域特征地貌提取与地形自动分割; ⑩网络分析包括网络数据集构建、最佳路径分析、服务设施查找、服务范围分析; ArcMap制图包括地图版面设计、专题图制作；Python脚本开发基础包括Arcpy使用基础和Python二次开发基础; ArcEngine开发基础包括AO开发基础和ArcEngine二次开发入门。基础实习部分是每个学生必须掌握的基础知识，是进一步学习GIS相关应用和开发的基础。

2) 综合实习部分。该部分主要是以应用案例为重点，学生全程参与整个工程项目的设计和实施过程，达到能够解决真实GIS工程设计与实现的目的。其基本思想是根据案例库中已有的案例，自己建立一个全新的二、三维校园地理信息系统。这包括系统的需求调查和分析、总体设计、数据库设计、系统实施方案、基于Python的校园地理信息系统数据处理、基于ArcEngine的桌面校园地理信息系统开发和基于Web的三维系统发布等。二、三维校园地理信息系统建设的数据可以直接采用学生之前做数字测图实习时的外业数据成果，并结合已有的校园电子地图、天地图卫星影像等。这种形式的实习较好地调动了学生的积极性，同时降低了二次开发的难度。同时，学生也参与了外业数据采集、内业数据处理建库以及系统的开发等全过程。

1) 开放式实验教学环境。武汉大学测绘学院依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、网络通讯等，建立了虚拟实验环境和实验对象，对一些难以完成、或者具有高风险或高成本的实验项目进行高仿真模拟，自主开发了地理建模与可视化虚拟仿真平台，并能进行实体仿真和虚拟仿真。在《地理信息系统原理实习》、《GIS课程设计与实习》等课程中得到了广泛应用，虚拟仿真技术融合测绘地理信息技术，为测绘学科人才培养提供了新型的虚拟教学平台，通过构建高度仿真的测绘地理虚拟实验环境和实验对象，能引导学生在数字环境下掌握地理数据采集、传输、处理、管理、分析、制图、分发的技术流程，全面培养学生在“大数据、互联网+”条件下进行工程实践、自由学习、发现问题、解决问题的综合能力。这在全国测绘地理信息相关院校中起到了引领示范作用。

2) 基于案例库的教学模式。GIS设计与实习是理论和实践相结合的课程。在实习教学中，要充分利用案例库，将实际案例作为教学活动的导向，将学科领域的前沿知识深入至实践教学中，发挥案例教学应有的作用，深入挖掘学生学习的能动性，确保学生能够自主开展学习活动。由于GIS相关实践无法及时、全面地反映到现行教材中。因此，建立动态更新的数字案例库是非常必要的，教师可以根据技术的发展实时更新案例库。依照GIS课程设计与实习课程教学目标和内容，其案例库建设内容主要包括GIS基本操作案例库、数据处理案例库、空间分析案例库、GIS设计案例库、GIS开发案例库等。具体的案例库内容如表 1所示。

表 1(Tab.1)

表 1 实验案例库内容 Tab.1 Case Base of Experiment

表 1 实验案例库内容 Tab.1 Case Base of Experiment 序号 案例类型 案例库描述 1 GIS基本操作案例库 ArcMap基本操作案例、ArcCatalog基本操作案例、ArcScene基本操作案例 2 数据处理案例库 数据采集案例、数据编辑案例、数据抽取案例 3 数据库建库案例 二维数据库案例、三维数据模型案例 4 空间分析案例库 缓冲区分析案例、叠加分析案例、网络分析案例、三维分析案例、空间插值案例、栅格数据分析案例 5 GIS设计案例库 需求分析案例、总体设计案例、数据库设计案例、项目实施方案案例 6 GIS开发案例库 Python脚本案例、ArcEngine开发案例、JavaScript案例、Web发布案例

学生可以根据案例库提供的案例完成实习内容。对于案例库的使用，可以分为以下两个层次：①学生直接模仿案例库中的案例，依葫芦画瓢完成实习内容；②主要是体现在综合实习中，学生根据提供的基础案例，进行学习和组合才能完成实习内容，这主要体现在二次开发案例库中。二次开发案例库提供一些基本的功能实现，每个具体的功能作为一个单独的案例，学生要完成整个系统的建设，必须对这些基本的案例进行学习和组合才能完成最后系统的开发。采用这种案例库引导的方式进行学习，学生可以较快地入门二次开发，降低了二次开发的难度，提高了学生对实习的积极性，从而能够较好地完成实践教学。

3) 实验教学考核方法。课程考核从课堂表现(满分100分)、上机考核(满分100分)和实习报告(满分100分)等方面进行综合评价。实习总成绩=课堂表现×20%+上机考核×40%+实习报告×40%。课堂表现主要包括每次课堂实验是否按时独立完成所有任务、是否积极参与讨论、实习过程中是否有迟到、旷课、早退、违反纪律等情况，根据具体情况按照A、B、C、D 4个等级；上机考核由老师随机出题，每一组随机5人同时进行考核，通过回答问题和操作熟练程度给出A、B、C、D 4个等级；报告成绩由教师根据报告的结构完整性、结论、回答正确性等进行评分，根据情况给出A、B、C、D 4个等级，报告缺失不全者，总分不及格。该考核方法的核心就是以课堂表现及上机考核为主，理论结合实践及软件操作熟练程度进行全方位的深入讨论、考核，以达到巩固理论教学和提高实践操作能力的目标。

课程实习是测绘工程专业地理信息工程方向的必修课程，实习内容的选择较好地结合了测绘工程专业的特点，实现了和外业数据采集实践的有机结合。通过分析武汉大学测绘学院测绘工程专业几年来的教学情况，该实习课程促进了学生地理信息应用能力的培养。课程内容的实施受到学生的好评，特别是综合实习内容部分，不仅使学生重温了相关专业知识，还引入了全新的虚拟现实展示平台，学生将自己做的成果发布到虚拟现实平台后获得了成就感。另一方面，实习课程中使用了近几年来蓬勃发展的大数据处理语言Python，对学生进一步学习时空大数据处理和智能分析应用奠定了良好的语言基础。