地理信息系统设计与开发(Design and Development of Geographic Information Systems课程基本信息课程编号：02011509课程总学时：48实验学时：24学时课程性质：专业课课程属性：必须课开设学期：第6学期课程负责人：王德彩课程团队：张雅梅张秋玲授课语言：中文适用专业：智慧林业；核心对先修的要求：需要先修程序设计基础、数据库系统原理、遥感原理与应用、地理信息系统原理与应用课程，为该课程提供程序开发语言基础和地理新系统基本原理与ArcGIS软件应用基础。对后续的支撑：为后续林业物联网应用系统开发、森林资源信息管理课程提供技术支撑。主撰人：王德彩审核人：闫东锋大纲制定（修订）日期：2023.06一、课程的教学理念、性质、目标和任务本课程为智慧林业专业的核心课程，是智慧林业高级人才培养的必经途径，通过本课程的学习，使学生了解GIS设计与开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握应用型GIS从数据生产、数据分析、数据库设计、系统设计、程序实现的全过程，使学生具备设计与开发GIS的基本技能。二、课程教学的基本要求1.理论知识方面：使学生理解掌握GIS设计与开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握需求分析、总体设计、详细设计的理论与方法；基于Python实现主界面与主要功能的编码实现。2.实验技能方面：基于Python语言掌握地理信息系统设计与开发中各种功能算法和编码实现，能胜任系统开发的相关工作。三、课程的教学设计1.教学设计说明课程主要采取多媒体讲授方式，同时结合超星学习通开展线上线下互动教学。通过本课程的教学，引导智慧林业专业的学生了解GIS设计与开发在智慧林业行业应用的基本情况、学科前沿、发展现状，并能完成林业GIS设计与开发，响应用现代信息技术改造传统农林业的您农科建设，激发学生专业自豪感和责任感。2.课程目标及对毕业要求的支撑- 196 -
- 196 - 地理信息系统设计与开发 (Design and Development of Geographic Information Systems) 课程基本信息 课程编号：02011509 课程总学时：48 实验学时：24 学时 课程性质：专业课 课程属性: 必须课 开设学期：第 6 学期 课程负责人：王德彩 课程团队：张雅梅 张秋玲 授课语言：中文 适用专业：智慧林业；核心 对先修的要求：需要先修程序设计基础、数据库系统原理、遥感原理与应用、地理信息系统原理与应 用课程，为该课程提供程序开发语言基础和地理新系统基本原理与 ArcGIS 软件应用基础。 对后续的支撑：为后续林业物联网应用系统开发、森林资源信息管理课程提供技术支撑。 主撰人：王德彩 审核人：闫东锋 大纲制定（修订）日期：2023.06 一、课程的教学理念、性质、目标和任务 本课程为智慧林业专业的核心课程，是智慧林业高级人才培养的必经途径，通过本课程的学习， 使学生了解 GIS 设计与开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握应用型 GIS 从数据生产、数据分析、 数据库设计、系统设计、程序实现的全过程，使学生具备设计与开发 GIS 的基本技能。 二、课程教学的基本要求 1.理论知识方面：使学生理解掌握 GIS 设计与开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握需求分 析、总体设计、详细设计的理论与方法；基于 Python 实现主界面与主要功能的编码实现。 2.实验技能方面：基于 Python 语言掌握地理信息系统设计与开发中各种功能算法和编码实现，能 胜任系统开发的相关工作。 三、课程的教学设计 1.教学设计说明 课程主要采取多媒体讲授方式，同时结合超星学习通开展线上线下互动教学。通过本课程的教学， 引导智慧林业专业的学生了解 GIS 设计与开发在智慧林业行业应用的基本情况、学科前沿、发展现状， 并能完成林业 GIS 设计与开发，响应用现代信息技术改造传统农林业的您农科建设，激发学生专业自 豪感和责任感。 2.课程目标及对毕业要求的支撑
序号毕业要求课程目标2使学生理解掌握GIS设计与开发的原理、方法、过程。12使学生具备需求分析、总体设计、详细设计的地理信息系统设计能力：33通过课程的学习，使学生具备基于GIS开发实现林业信息系统设计与开发的能力。4通过实验课程的学习，使学生掌握地理信息系统设计与开发中各种功能算法和编码实现，能胜任系统开发的相关工作。四、理论教学内容及学时分配（24学时）学时数：2第一章GIS设计与开发基础教学目标：在本章主要让学生了解主要商品化GIS软件，掌握GIS数据模型与应用功能之间的联系、空间数据质量及其控制，地理信息系统的二次开发方法。教学重点和难点：地理信息系统二次开发的常用工具和方法：地理信息系统软硬件组成：地理信息系统空间数据模型与GIS功能的联系：空间数据质量及其控制。主要教学内容及要求：了解：国内外要商品化GIS软件，地理信息系统软硬件组成。理解：地理信息系统的二次开发方法：掌握：地理信息系统空间数据模型与GIS功能的联系：熟练掌握：空间数据质量及其控制。教学组织与实施：多媒体讲授+学生线上讨论第二章GIS 系统分析学时数：2教学目标：在本章主要让学生掌握地理信息系统设计与开发前期的系统分析、需求分析、可行性分析，为GIS设计与开发提供理论基础。教学重点和难点：需求分析：可行性分析理论与方法。主要教学内容及要求：了解：系统分析、需求分析、可行性分析的任务。理解：系统分析、需求分析、可行性分析的要求和流程；掌握：需求分析文档编写；熟练掌握：数据流程图和数据字典的运用。-197 -
- 197 - 序号 课程目标 毕业要求 1 使学生理解掌握 GIS 设计与开发的原理、方法、过程。 2 3 2 使学生具备需求分析、总体设计、详细设计的地理信息系统设计能力； 3 3 通过课程的学习，使学生具备基于 GIS 开发实现林业信息系统设计与开发的能力。 3 4 通过实验课程的学习，使学生掌握地理信息系统设计与开发中各种功能算法和编码实 现，能胜任系统开发的相关工作。 5 四、理论教学内容及学时分配（24 学时） 第一章 GIS 设计与开发基础 学时数：2 教学目标：在本章主要让学生了解主要商品化 GIS 软件，掌握 GIS 数据模型与应用功能之间的联系、 空间数据质量及其控制，地理信息系统的二次开发方法。 教学重点和难点：地理信息系统二次开发的常用工具和方法；地理信息系统软硬件组成；地理信息系 统空间数据模型与 GIS 功能的联系；空间数据质量及其控制。 主要教学内容及要求： 了解：国内外要商品化 GIS 软件，地理信息系统软硬件组成。 理解：地理信息系统的二次开发方法； 掌握：地理信息系统空间数据模型与 GIS 功能的联系； 熟练掌握：空间数据质量及其控制。 教学组织与实施：多媒体讲授 + 学生线上讨论 第二章 GIS 系统分析 学时数：2 教学目标：在本章主要让学生掌握地理信息系统设计与开发前期的系统分析、需求分析、可行性分析， 为 GIS 设计与开发提供理论基础。 教学重点和难点：需求分析；可行性分析理论与方法。 主要教学内容及要求： 了解：系统分析、需求分析、可行性分析的任务。 理解：系统分析、需求分析、可行性分析的要求和流程； 掌握：需求分析文档编写； 熟练掌握：数据流程图和数据字典的运用
教学组织与实施：多媒体讲授+学生线上讨论学时数：4第三章空间数据库设计第一节标题内容（X学时）教学目标：让学生掌握空间数据库设计的理论方法和空间数据库的组织和管理。教学重点和难点：空间数据库的设计和空间数据库的组织与管理。主要教学内容及要求：主要教学内容及要求：了解：空间数据库设计的概念、空间数据库的特点。理解：空间数据库设计的原则和流程；掌握：空间数据库的组织和管理：熟练掌握：空间数据库概念模型、逻辑模型、物理模型设计。教学组织与实施：多媒体讲授+学生线上讨论第四章应用型GIS设计学时数：8第一节标题内容（X学时）教学目标：让学生掌握地理信息系统二次开发的分析内容和设计的思路。教学重点和难点：总体设计、详细设计、功能设计。主要教学内容及要求：了解：地理信息系统设计与开发的基本方法。理解：地理信息系统设计的特点、内容；掌握：功能设计和用户界面设计：熟练掌握：地理信息系统总体设计和详细设计。教学组织与实施：多媒体讲授+学生线上讨论第五章GIS开发的实现和维护学时数：8第一节标题内容（X学时）教学目标：掌握地理信息系统二次开发中各种功能的实现，掌握系统的调试和维护。教学重点和难点：主要教学内容及要求：了解：系统实施任务，程序编写工作的组织管理。理解：系统维护的测试评价方法与流程；掌握：空间数据库建库流程；熟练掌握：基于ArcPy的GIS功能实现与应用。教学组织与实施：多媒体讲授+学生线上讨论五、实验教学内容及学时分配（24学时）（一）实验课程简介- 198 -
- 198 - 教学组织与实施：多媒体讲授 + 学生线上讨论 第三章 空间数据库设计 学时数：4 第一节 标题内容（X 学时） 教学目标：让学生掌握空间数据库设计的理论方法和空间数据库的组织和管理。 教学重点和难点：空间数据库的设计和空间数据库的组织与管理。 主要教学内容及要求： 主要教学内容及要求： 了解：空间数据库设计的概念、空间数据库的特点。 理解：空间数据库设计的原则和流程； 掌握：空间数据库的组织和管理； 熟练掌握：空间数据库概念模型、逻辑模型、物理模型设计。 教学组织与实施：多媒体讲授 + 学生线上讨论 第四章 应用型 GIS 设计 学时数：8 第一节 标题内容（X 学时） 教学目标：让学生掌握地理信息系统二次开发的分析内容和设计的思路。 教学重点和难点：总体设计、详细设计、功能设计。 主要教学内容及要求： 了解：地理信息系统设计与开发的基本方法。 理解：地理信息系统设计的特点、内容； 掌握：功能设计和用户界面设计； 熟练掌握：地理信息系统总体设计和详细设计。 教学组织与实施：多媒体讲授 + 学生线上讨论 第五章 GIS 开发的实现和维护 学时数：8 第一节 标题内容（X 学时） 教学目标：掌握地理信息系统二次开发中各种功能的实现，掌握系统的调试和维护。 教学重点和难点： 主要教学内容及要求： 了解：系统实施任务，程序编写工作的组织管理。 理解：系统维护的测试评价方法与流程； 掌握：空间数据库建库流程； 熟练掌握：基于 ArcPy 的 GIS 功能实现与应用。 教学组织与实施：多媒体讲授 + 学生线上讨论 五、实验教学内容及学时分配（24 学时） （一）实验课程简介
本课程为智慧林业专业的必修课和核心课程，是学生独立从事林业GIS工作的基础，也是较具挑战性的课程。该课程基于计算机语言、数据库原理与应用、遥感原理与应用、地理信息系统原理与应用等课程，课程综合性强。（二）实验教学目的和基本要求通过本课程的学习，使学生了解GIS二次开发的原理、方法、过程和实现技术：掌握应用型GIS从数据生产、数据分析、数据库设计、系统设计、程序实现的全过程。使学生了解地理信息系统二次开发概论、数据库基础和空间数据库；掌握空间数据的处理、数据库设计、空间数据的分析和应用、GIS软件工程和实用型GIS项目管理和软件开发。（三）实验安全操作规范遵守河南农业大学林学院机房管理守则和实验室安全卫生制度等。（四）实验项目名称与学时分配序号学时类型每组人数实验名称实验要求6设计性必做02011509+01林业GIS系统设计4-验证性必做02011509+02ArcPy基础2-综合性必做02011509+03空间坐标系及变换41Y综合性必做02011509+04地图显示功能实现综合性必做102011509+05地图制图设计及打印21综合性必做02011509+06空间数据库功能实现4-02011509+07综合性必做空间查询与空间分析4（五）实验方式及基本要求1.本课程为理论和实际联系紧密的课程，以实验为主，非单独设课。开课后，课程主讲教师首先需向学生介绍课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方式、实验守则、实验室安全卫生制度等，这是本课程的必要环节。2.本课程以综合性实验为主，6个综合性实验和1个设计性实验。设计性实验，68人1组，分组完成，综合性实验每个学生独立完成。3.整个实验过程包括课前预习、课前讨论、实验操作、实验报告、结果讨论、和思考题等6个环节。学生在实验前必须进行预习。4.在规定时间内，独立或共同完成设计、功能实现和代码调试。5.实验过程中，老师应在实验场地进行巡视，及时纠正学生的错误操作，检查学生的实验记录和报告。6.实验结束，学生应认真整理实验成果，找出不足与成绩，能对实验提出自己的改建意见或建议。- 199 -
- 199 - 本课程为智慧林业专业的必修课和核心课程，是学生独立从事林业 GIS 工作的基础，也是较具挑 战性的课程。该课程基于计算机语言、数据库原理与应用、遥感原理与应用、地理信息系统原理与应 用等课程，课程综合性强。 （二）实验教学目的和基本要求 通过本课程的学习，使学生了解 GIS 二次开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握应用型 GIS 从数据生产、数据分析、数据库设计、系统设计、程序实现的全过程。 使学生了解地理信息系统二次开发概论、数据库基础和空间数据库；掌握空间数据的处理、数据 库设计、空间数据的分析和应用、GIS 软件工程和实用型 GIS 项目管理和软件开发。 （三）实验安全操作规范 遵守河南农业大学林学院机房管理守则和实验室安全卫生制度等。 （四）实验项目名称与学时分配 序号 实验名称 学时 类型 实验要求 每组人数 02011509+01 林业 GIS 系统设计 4 设计性 必做 6 02011509+02 ArcPy 基础 2 验证性 必做 1 02011509+03 空间坐标系及变换 4 综合性 必做 1 02011509+04 地图显示功能实现 4 综合性 必做 1 02011509+05 地图制图设计及打印 2 综合性 必做 1 02011509+06 空间数据库功能实现 4 综合性 必做 1 02011509+07 空间查询与空间分析 4 综合性 必做 1 （五）实验方式及基本要求 1. 本课程为理论和实际联系紧密的课程，以实验为主，非单独设课。开课后，课程主讲教师首先 需向学生介绍课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方式、实验守则、 实验室安全卫生制度等，这是本课程的必要环节。 2. 本课程以综合性实验为主，6 个综合性实验和 1 个设计性实验。设计性实验， 6～8 人 1 组， 分组完成，综合性实验每个学生独立完成。 3. 整个实验过程包括课前预习、课前讨论、实验操作、实验报告、结果讨论、和思考题等 6 个环 节。学生在实验前必须进行预习。 4. 在规定时间内，独立或共同完成设计、功能实现和代码调试。 5. 实验过程中，老师应在实验场地进行巡视，及时纠正学生的错误操作，检查学生的实验记录和 报告。 6. 实验结束，学生应认真整理实验成果，找出不足与成绩，能对实验提出自己的改建意见或建议
（六）实验内容安排【实验一】林业GIS系统设计1.实验学时：42.实验目的：通过该实验的训练，学生应该掌握一个项目的需求分析，总体设计、详细设计和功能设计。3.实验内容：选择一个实例（比如森林资源信息化管理系统、城市绿化管理）进行需求分析和系统设计，将设计的结果以书面形式详细阐述。4.实验要求：分组完成，提交书面实验报告。5.实验设备及器材：计算机【实验二】ArcPy基础1.实验学时：22.实验目的：通过该实验的训练，学生应该掌握Python语言中ArcPy的应用。3.实验内容：Python语言中导入ArcPy，熟悉ArcPy中的各函数功能及其应用。4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。5.实验设备及器材：计算机、Python语言、ArcGIS软件【实验三】空间坐标系及变换1.实验学时：42.实验目的：使学生掌握地理坐标系或者投影坐标系的设置，并能将设计的系统中实现；3.实验内容：如何在ArcPy中设置地理坐标系和投影坐标系、如何修改层的坐标系统。4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。5.实验设备及器材：计算机、Python语言、ArcGIS软件【实验四】地图显示功能实现1.实验学时：42.实验目的：使学生掌握使学生掌握地图显示功能实现。3.实验内容：如何基于ArcPy实现地图的放大、缩小、移动、鹰眼的实现，动作的撤销和重做。4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。5.实验设备及器材：计算机、Python语言、ArcGIS软件【实验五】地图制图设计及打印1.实验学时：22.实验目的：使学生掌握专题图制作的程序设计与开发。3.实验内容：基于ArcPy实现地图标注、符号及符号库设计、专题图制作。4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。- 200 -
- 200 - （六）实验内容安排 【实验一】林业 GIS 系统设计 1.实验学时：4 2.实验目的：通过该实验的训练，学生应该掌握一个项目的需求分析，总体设计、详细设计和功 能设计。 3.实验内容：选择一个实例（比如森林资源信息化管理系统、城市绿化管理）进行需求分析和系统 设计，将设计的结果以书面形式详细阐述。 4.实验要求：分组完成，提交书面实验报告。 5.实验设备及器材：计算机 【实验二】ArcPy 基础 1.实验学时：2 2.实验目的：通过该实验的训练，学生应该掌握 Python 语言中 ArcPy 的应用。 3.实验内容：Python 语言中导入 ArcPy，熟悉 ArcPy 中的各函数功能及其应用。 4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。 5.实验设备及器材：计算机、Python 语言、ArcGIS 软件 【实验三】空间坐标系及变换 1.实验学时：4 2.实验目的：使学生掌握地理坐标系或者投影坐标系的设置，并能将设计的系统中实现； 3.实验内容：如何在 ArcPy 中设置地理坐标系和投影坐标系、如何修改层的坐标系统。 4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。 5.实验设备及器材：计算机、Python 语言、ArcGIS 软件 【实验四】地图显示功能实现 1.实验学时：4 2.实验目的：使学生掌握使学生掌握地图显示功能实现。 3.实验内容：如何基于 ArcPy 实现地图的放大、缩小、移动、鹰眼的实现，动作的撤销和重做。 4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告。 5.实验设备及器材：计算机、Python 语言、ArcGIS 软件 【实验五】地图制图设计及打印 1.实验学时：2 2.实验目的：使学生掌握专题图制作的程序设计与开发。 3.实验内容：基于 ArcPy 实现地图标注、符号及符号库设计、专题图制作。 4.实验要求：独立完成，提交书面实验报告