空间信息相关专业是指与空间信息的采集、管理、处理、分析和使用相关的专业领域，例如地理信息系统（GIS）、空间信息与数字技术、地学信息工程、空间信息科学与技术、地球信息科学与技术等[1-3]。这些专业的核心都是空间信息，它们主要涉及计算机科学、地理学、地质学、制图学、测量与遥感科学、地球物理等专业领域，是以计算机为主要工具的技术性科学[4，5]。计算机类课程在空间信息相关专业教学中具有极其重要的地位，而面向对象程序设计课程是空间信息相关专业的一门非常重要的专业基础课程。
面向对象程序设计是面向对象技术的重要部分。随着“软件危机”的蔓延，在二十世纪九十年，面向对象技术逐渐兴起并成为主流的软件开发方法，包括面向对象分析（OOA）、面向对象设计（OOD）、面向对象实现（OOI）或面向对象编程（OOP）、面向对象测试（OOT）等一系列技术方法[6]。面向对象程序设计使软件开发超越了传统的过程式编程。对于过程式编程方式而言，当程序体积增长时，其维护与调试变得异常复杂，软件可复用性也受到极大制约。面向对象程序设计可以简化程序设计、提高程序可重用性。目前，面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到很宽的范围，如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域[7]。面向对象程序设计作为空间信息相关专业学生的一门必修课程，是大多数专业课程的先决条件，能否学好这门课程将会直接影响到学生后续专业课程的学习，也直接影响到今后的程序设计能力乃至就业等方方面面。该文针对这一课程，就教学内容、教学方法与手段，以及实验教学等方面进行了探讨和探索性的改革和实践。
1课程教学中存在的问题分析
空间信息相关专业大多是新兴边缘学科，本身发展速度很快但并不成熟，并且都具有很强的实践性。这类专业的核心一般是空间信息系统（SIS）。空间信息系统的设计与开发分为两种类型，即空间信息系统平台开发和二次开发。不管是培养哪种类型的程序开发能力，程序设计课程教学都至关重要。C++语言是既适合平台开发，也能很好支持二次开发的编程语言，也是面向对象程序设计课程中的常用语言。但是，在以C++为编程语言的空间信息相关专业的面向对象程序设计课程教学中还存在教学内容层次划分不清，教学方法、手段较为陈旧，实践教学环节与专业脱节等问题。
1.1教学内容的层次问题
面向对象程序设计包括面向对象程序设计语言（语法层次）、面向对象程序设计环境（工具层次）、面向对象程序设计方法学（方法学层次）以及算法（算法层次）四个层次[8]。在空间信息相关专业的面向对象程序设计的教学内容主要包括C++基础、数组、函数、类和对象、继承与派生、多态性、输入输出流、异常处理、基于MFC的程序架构、图形图像绘制等。在讲授过程中，教师往往将重点放在讲授C++的一些语法结构和语句规则上，再辅以一些实习题上机加以演示说明。这种讲授方式将讲授重点大多局限在面向对象程序设计的语言语法层次，而忽视了面向程序设计的其它三个层次：工具、方法学和算法。这样就忽略了如何从客观世界抽象出对象实体的方法教学，导致学生虽然学习了面向对象程序设计语言而不知道如何使用面向对象技术方法进行软件设计开发。学生学习这门课程后，程序设计能力提升不显著，甚至连面向对象程序设计思想都没有掌握。以至于相关专业学生在后期进行毕业设计时，没有足够的程序设计能力来很好地适应、完成毕业设计任务。此外，IT技术发展速度快，本课程教学在教学内容处理上主要以教材为主，没有及时补充教材以外的内容。这些教材以外的内容包括三个主要方面：一是C++本身的发展新增的，如C++11；二程序设计开发工具环境的升级；三是空间信息系统软件开发方面的内容。
1.2教学方法与手段问题
目前，基于C++语言的面向对象程序设计课程教学往往采用的还是灌输式的教学方法。学生学习的主要是C++语法、面向对象相关概念和术语，是以感念理解和记忆为主要手段的继承式学习，不能很好地将面向过程程序设计与面向对象程序设计的思想对比学习。课堂教学以教师讲授为主，往往片面强调教学进度，忽视对学生发现问题、分析问题和解决问题能力的培养与引导，对于面向对象的抽象、封装、继承与多态等四个特点记忆有余而理解不足。此外，教学过程中互动环节缺乏，无法充分调动学生的学习积极性和主动性。从教学手段而言，面向对象程序设计课程的教学主要采用PPT多媒体教学方式。这种教学技术手段能促进学生感性认识，同时也能扩充教学信息量、保证教学进度。但是教学过程中常常出现“照屏宣科”现象，很少结合现场实例编写与演示，降低了学生积极性和主动性。
1.3实践教学问题
面向对象程序设计是一门实践性非常强的课程。但是，目前面向对象程序设计上机实习课程还存在一些不足。一是面向对象思想和方法学在上机实习中体现不够。学生上机实习的实验目标不明确，往往只是把实验教材上的习题输入计算机试一下，没有真正理解程序设计的核心与精髓在于设计。对于教学过程中提到的面向对象程序设计的优越性实践验证不够，不知道如何采用面向对象分析设计方法解答实习作业和实际问题。二是上机实习大部分停留在示范操作层面。实验前教师集中讲授实验目的、原理与步骤，然后操作示范，学生只能在限定时间范围能跟随操作，甚至用手机录屏，不需要主动思维和创新，这也限制了学生的创造性和主动性。
2教学改革措施
针对上述存在问题，我们在教学内容、教学方法、教学手段和上机实习等方面进行了教学改革探讨。
2.1教学内容改革
在教学内容方面，我们加强了对教学内容的精选与重组，突出了面向对象程序设计的抽象、封装、继承与多态性等四大特点涉及的语法、方法学和算法方面的相关知识点，强化了C++面向对象设计工具环境的使用，从而保证更好地兼顾面向对象程序设计的语法、方法学、工具以及算法四个层面的教学内容。其次，C++在最近两年中引入了一些新的语法规则，为拓宽学生视野，课程中将模版、泛型、匿名方法、lambda表达式、新型智能指针等内容融入平时教学内容中，使他们能尽快接触新的C++语言标准。再次，我们在讲课内容中尽量将空间信息系统的一些基本数据模型融合到平时讲授中。例如，我们采用空间信息系统的几何对象模型，很好地将点、线、面、体等类与对象的抽象、封装、继承与多态性贯通融合。最后，由于学时限制，我们将教学内容进行了模块划分，分为基础模块、工具模块、选修模块。其中基础模块和工具模块为必须熟练掌握的，为必修内容；选修模块主要包括一些新的标准和新的或扩展的一些面向对象思想、技术和方法，供学生选修以扩宽其知识面。这样使得学生的思维模式逐渐从面向过程程序设计方式转向面向对象程序设计方式，使其不仅在语法层面学到基础知识，而且有效提升其在方法学、工具与算法等其它层次的理论与实践能力。
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