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Python在遥感专业GIS开发实践教学中的应用与探讨
资料介绍
针对遥感专业地理信息系统(GIS)开发实践教学过程中存在学生编程基础薄弱和自信心差等问题,选择简单易学的Python作为开发语言,将Python与GIS地理设计进行结合。利用故事教学法,引导学生从完成Python地理数据批处理到复杂的地理设计任务,逐渐提高学生编程信心,培养学生编程意识。实践证明,Python深受学生欢迎,取得了良好的教学效果。最后,针对专业培养方案增加Python课程、延长实践时间、集成遥感与GIS等方面给出进一步改革建议。
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Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．５
黑
龙
江
工
程
学
院
学
报
第
卷第
期
３２
５
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
Ｏｃｔ．２０１８
年
２０１８ １０
月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｉｌｏｎ ｉａｎ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｊ ｇ ｇｙ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ꢀ
ꢀ
：
／
ＤＯＩ１０．１９３５２ ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７１４６７９．２０１８．０５．０１１
ｊ
－
在遥感专业
开发实践教学中的应用与探讨
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
ＧＩＳ
张
震
，
ꢀ
（
）
２３２００１
安徽理工大学 测绘学院 安徽 淮南
：
要 针对遥感专业地理信息系统
（
）
，
摘
开发实践教学过程中存在学生编程基础薄弱和自信心差等问题 选择简
ＧＩＳ
ꢀ
，
作为开发语言 将
。
，
单易学的
与
Ｐｔｈｏｎ ＧＩＳ
ｙ
地理设计进行结合 利用故事教学法 引导学生从完成
地
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
，
。
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
理数据批处理到复杂的地理设计任务 逐渐提高学生编程信心 培养学生编程意识 实践证明
深受学生欢
等方面给
，
。
，
、
、
迎 取得了良好的教学效果 最后 针对专业培养方案增加
课程 延长实践时间 集成遥感与
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
ＧＩＳ
。
出进一步改革建议
：
；
；
ＧＩＳ
；
；
关键词 实践教学 遥感
开发
故事教学法
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
：
中图分类号
Ｇ６４２
：
Ａ
：
（ ）
１６７１４６７９２０１８０５００５３０４
－ － －
文献标识码
文章编号
ꢀꢀꢀ
ꢀꢀꢀ
ＧＩＳ ｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎ ｄｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔｆｏｒ
ꢀ ꢀ ꢀ
ｐ
ｐ
ｇ
ꢀ
ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎ ｓｅｃｉａｌｔ ｕｓｉｎ Ｐｔｈｏｎ
ꢀ
ｙ
ｇ ｐ
ꢀ
ｇ ｙ
ꢀ
ꢀ
ＺＨＡＮＧＺｈｅｎ
ꢀ
（
，
ＳｃｈｏｏｌｏｆＧｅｏｍａｔｉｃｓ ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ
ꢀ ꢀ
，
，
Ｈｕａｉｎａｎ２３２００１ Ｃｈｉｎａ
ꢀ
）
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇｙ
：
ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｅ ｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎ ｏｆ ＧＩＳ ｄｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔｆｏｒ ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎ ｓｅｃｉａｌｔ ｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅ
ꢀ
，
ｙ
ꢀ
ꢀｐ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ｇ ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
’
ｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｉｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓ ｗｅａｋｓｔｕｄ ｂａｓｉｓａｎｄｓｅｌｆ－ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ．Ｐｔｈｏｎｈａｓｔｈｅ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ꢀ ꢀ
，
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅａｓ ｌｅａｒｎｉｎ ａｎｄ ｗｉｄｅａ ｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈｉｓｃｈｏｚｅｎａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔｌａｎｕａｅａｎｄ
ꢀ ꢀ ꢀｐｐ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ｇ ｇꢀ
ｙ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ꢀ
，
ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈ ＧＩＳｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｍ ｌｅｔｅ ｅｏｒａｈｉｃａｌｄｅｓｉｎ．Ｕｓｉｎ ｔｈｅｓｔｏｒ ｔｅａｃｈｉｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｅ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀｇ ｇ ｐ
ꢀ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ｇ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ｓｔｕｄｅｎｔｓｗｅｒｅ ｕｉｄｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍ ｌｅｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰｔｈｏｎ ｅｏｒａｈ ｄａｔａｂａｔｃｈｔｏｔｈｅｃｏｍ ｌｅｘ ｅｏｒａｈｉｃａｌ
ꢀ ꢀｇ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀｙ ꢀｇ ｇ ｐ ｙ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀｇ ｇ ｐ
ｐ ｐ
ꢀ
，
ｄｅｓｉｎｔａｓｋ ｗｈｉｌｅｔｈｅｉｒ ｒｏｒａｍｍｉｎ ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅａｎｄｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｈａｓ ｒｏｖｅｄｔｈａｔ
ｇꢀ
ꢀｐ ｇ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀｐ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
Ｐｔｈｏｎｉｓ ｏｕｌａｒｗｉｔｈｓｔｕｄｅｎｔｓａｎｄｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄ ｏｏｄｔｅａｃｈｉｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｎａｌｌ ｆｕｒｔｈｅｒｓｏｍｅｒｅｆｏｒｍ
ꢀ ꢀｐｐ ꢀｇ
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
，
ｒｏｏｓａｌｓｓｕｃｈａｓｓｅｔｔｉｎ Ｐｔｈｏｎｃｏｕｒｓｅｓ ｅｘｔｅｎｄｉｎ ｒａｃｔｉｃｅｔｉｍｅａｎｄｉｎｔｅｒａｔｉｎ ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎ ａｎｄＧＩＳ
ｐ ｐ ｇ ｙ ｇｐ
ꢀ ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ａｒｅ ｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｍａｏｒｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｏｒａｍ．
ꢀｐ ꢀ ꢀ ｊ ꢀ ꢀｐ ｇ
： ； ； ； ；
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎ ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎ ＧＩＳｄｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔ Ｐｔｈｏｎ ｓｔｏｒ ｔｅａｃｈｉｎ ｍｅｔｈｏｄ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ｇ
ｇ
ꢀ
ｐ
ｙ
ｙ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ｙ
ꢀ
［］
３
。
。
遥感是
世纪
年代发展起来一门集测绘科
分析手 段
因 此
是 遥 感 专 业 的 重 要 基 础
２０
６０
ＧＩＳ
ꢀꢀ
、
、
、
，
的普及与广泛应用 对具有扎实理
学 空间科 学 地 球 科 学 信 息 科 学 等 新 型 交 叉 学
［］
１
随着遥感与
ＧＩＳ
。
，
科
为适应学科发展需要 教育部于
［］
２
年批准
论基础和较强动手能力的复合型 人 才的需求不断
２００２
［
］
４５
。
－
。
，
年 全
，
开发实践教学环节的设置 不仅有助
设置了遥感科学与技术专业
截止到
增长
２０１８
ＧＩＳ
（
）
、
于学生巩固 扩展和融会
，
理论知识 而且可以
国共
所高等院校 含 所军队院校 开设了遥感
２
４２
ＧＩＳ
。
科学与技术本科专业 地理信息系统
（
）
，
提高学生的综合实践能力 培养学生应用程序解决
是对地
ＧＩＳ
、
、
、
、
。
，
理空间数据 进行 采 集 存储 管理 分析 显示和 应
问题的思维 在解决复杂问题时 仅仅靠现有的软
，
用的技术系统 可以为遥感提供有用的辅助信息和
，
件很难做到 一般需要模型或者程序设计进行扩展
。
和开发 目前大多数 针对遥 感 专业开设 的程序设
、 、
Ｃ ＶＢ Ｃ＋＋
。
，
然而 由于学生缺少计
计语言为
等
：
收稿日期
２０１８０５０１
－ －
：
（
）；
安徽理工大学博士基
基金项目 国家自然科学基金项目
，
算机体系结构相关知识 很难在后续的应用中使用
４１７０１０８７
（
）
金项目
１１６７７
。
编程解决问题 目前 的专业 体 系并未将 计算机编
：
（
１９８８－
），
，
，
，
：
ＧＩＳ
作者简介
张
震
男
讲师 博士 研究方向
与遥感
．
ꢀ
·
·
黑
龙
江
工
程
学
院
学
报
第
卷
３２
５４
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
，
有机结合起来 即计算机课程与
程与
课程
研究也表明
可以较好地提高学生的主动学
［ ］
ＧＩＳ
ＧＩＳ
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
９１１
－
，
是割裂的 学生难以得到系统的培养
。
、
。
习能力 学习兴趣以及解决问题的能力
，
从教学成本上来看 一方面
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
语言开源
语言简
安徽理工大学自
年开设遥感科学与技术
２０１１
，
；
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
专业以来 一直将
免费 教学运行成本较低 另一方面
软件实践与开发课程设计作
ＧＩＳ
，
，
。
，
单 教师可以不用花费太多时 间 讲解语言 语 法 而
为专业课程实践模块之一 在以往的教学中 主要
：
①
，
学 生 编 程 基 础 薄 弱 未 学 过
是将主要精力放在培养学生解决 地 理问题的思维
存在以下问题
ＧＩＳ
。
方面
，
。
开发类课程 难以完成复杂的程序设计 学生仅在
，
从解决地理问题的角度 传统
、 、
Ｃ ＶＢ Ｃ＋＋
过
，
，
大一时学过
语言 后来极少接触到编程 更不了
ＶＢ
，
于强调语法 均不适合非计算机专业的学生解决地
。
，
解
开发 由于实践教学只有两周的时间 在以
ＧＩＳ
。
，
作为一种轻语法的程序语言 并且
理问题
能够与
，
的内容 学生
前的实践中安排部分
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
ＡｒｃＧＩＳＥｎｉｎｅ
ꢀ ｇ
（
商业软件 比如
）
ＡｒｃＧＩＳ
和很多开源软
，
倍感吃力 教师短时间内也很难传授
ＧＩＳ
二次开发
ＧＩＳ
。
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
件进行结合能够解决复杂的地理问题
的
。
。
学生 对 编 程 有 畏 难 的 情 绪 很 多 学 生
的精髓
②
，
科学计算 生 态 比 较 丰 富 对 于 数 字 图 像 处 理
，
Ｐ
ｙ
，
，
没有充分了解编程 也没有编程思维 认为编程难
－
、
的第三方库
可提供高效的数据组织
，
度较大 只有极少数学生对编程感兴趣
。
ｔｈｏｎ
ｎｕｍ
ｐｙ
在
实
ＧＩＳ
，
ｓｃｉ
ｐｙ
，
ＰＩＬ
处理功能
可提供多种数值计算功能
工
，
，
践开发中 大多数学生都表 现欠佳 缺乏足够的自
；
具包具有图像 处理功能
可提 供种类丰
ｍａｔｌｏｔｌｉｂ
ｐ
。
信心
。
富的图形绘制功能
，
是面向对象解释型程序语言 是
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
Ｇｕｉｄｏ
年开始发
、
，
从语言使用广泛 性角度 在 最 新 的
编
ＴＩＯＢＥ
，
年发明的 并于
于
ｖａｎＲｏｓｓｕｍ １９８９
１９９１
ꢀ
［］
６
。
（
） ，
月 中
程语言排行榜
年
已经超越
２０１８
４
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
Ｃ
年
在
、
、
行
具有简单易学 可扩展 可嵌入 免费
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
。
ＩＥＥＥＳｅｃｔｒｕｍ
ꢀｐ
排名第
位
杂志发布
４
２０１７
。
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
＃
、
、
，
开源 可移植 丰富的库等众多优点 被广泛应用于
，
编程语言排行 榜 中
位 列 榜 首
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
、
、
、
科学计算 数据挖掘 机器学习 图像处理等各个领
，
业界也得到了广泛应用 比如谷歌公司在编程语言
。
，
联 系 紧 密 是
域
与
的 脚
Ｐｔｈｏｎ ＡｒｃＧＩＳ
ｙ
ＡｒｃＧＩＳ
［］
７
。
，
使用率上仅次于
和
Ｃ＋＋ ＪＡＶＡ
使用
的研
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
本语言之一
是
以上版本提
ＡｒｃＰ
ＡｒｃＧＩＳ１０．０
ꢀ
ｙ
。
发团队也是谷歌的第 三 大研发部 门 在 高等教育
，
供的
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
站 点包 可 以高 效地执行地理数据处
［］
７
，
课程的设 置 上 国 外 很 多 大 学 都 纷 纷 开 设
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
，
。
理和分析 减小编程难度 大幅度提高工作效率
，
课程 国 内 部 分 大 学 也 开 始 探 索
的 教 学
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
结合进行教学 有助于学生轻松上
与
Ｐｔｈｏｎ ＡｒｃＰ
ｙ
ｙ
。
改革
，
，
，
手 吸引学 生 学 习 兴 趣 培 养 学 生 编 程 思 维 并 与
，
从发展前景来看 随着人工智能和大数据技术
，
。
软件实践结合起来 提高学生解决问题的能力
ＧＩＳ
此外
到
，
的兴起 具有编程能力的复合型人才是未来社会急
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
／
ＥＮＶＩＩＤＬ
可以 将
开 发 的 功 能 集 成
。
需的 无论是大数据还是人工智能
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
都能提
，
中 为遥感与
集成提供重要的技术
ＡｒｃＧＩＳ
ＧＩＳ
。
供很好的支持 比如 在深度 学 习的众多 开源平台
［］
８
。
，
因此 本文结合安徽理工大学遥感科学与
支持
（
与 框 架 比 如
、 、 、
Ｃａｆｆｅ ＭＸＮｅｔ Ｔｈｅａｎｏ Ｔｅｎｓｏｒｆｌｏｗ
，
开发实践教学的实际 提出引入
技术专业
ＧＩＳ
Ｐ
ｙ
－
）
等 都支持
。
生态
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
，
的教学方法 给出了具体实现思路 取得了显
ｔｈｏｎ
，
著成效 并建议国内高校普遍针对遥感专业开展教
引入
的实践教学组织方案
２
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
ꢀ
，
学改革 增加
。
相关课程
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
整体思路
２．１
ꢀ
引入
语言的必要性和重要
１
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
ꢀ
教师从
地理数据批处理的一个具体案
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
例出发 讲解如何使用
和
Ｐｔｈｏｎ ＡｒｃＰ
解决地理
意义
ｙ
ｙ
。
，
问题 为了检查学生学习效果 首先让学生仿照该
，
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
从学习效率上看
语言相对于其他编程
ꢀꢀ
，
。
案例做一个类似的批处理任务 即任务一 任务一
，
。
语言简单易学 更接近于自然语言 根据我校的实
，
完成后开始做地理设计任务 地理设计任务建议分
，
践 学生在短时间内都能够学会使用
，
在进
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
，
组 每组不得超过 人 在地理设计任务时原则上使
４
，
一步的学习中 学生能够使 用
解决一些问
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
用
建模和
ＭｏｄｅｌＢｕｌｉｄｅｒ
ꢀ
编写脚本程序两种
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
，
题 学生在参加安徽省
技能大赛中地理建模组
ＧＩＳ
。
方式
。
学生不再有畏
Ｐｔｈｏｎ
ｙ
比赛时能够在模型中使用
，
。
难情绪 并且都能够按时完成实践 国内其他学者
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