“地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)的特征分析與應(yīng)用

劉 春，程效軍，吳杭彬

同濟(jì)大學(xué) 測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

教學(xué)方法

“地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)的特征分析與應(yīng)用

劉 春，程效軍，吳杭彬

同濟(jì)大學(xué) 測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

加強(qiáng)知識向能力的轉(zhuǎn)化是“地理信息系統(tǒng)”課程建設(shè)的主要目標(biāo)之一。通過把知識點(diǎn)和實(shí)際問題相互結(jié)合，提出進(jìn)行課程案例教學(xué)的理論基礎(chǔ)和基本概念。在已有課程知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以問題為驅(qū)動，設(shè)計(jì)案例教學(xué)內(nèi)容，并通過實(shí)際應(yīng)用討論了在實(shí)施過程中所采取的措施。通過案例教學(xué)，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，加強(qiáng)獨(dú)立思考，鼓勵互動交流，全面促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力的提高。

地理信息系統(tǒng)；案例教學(xué)；職業(yè)能力

一、前言

地理信息系統(tǒng)教育最早是歐洲于1989年提出的[1]，幾乎同時(shí)，美國的國家地理信息研究中心也開始注重GIS的基礎(chǔ)教育，形成了一些初步的教學(xué)目標(biāo)[2]，并從1993年開始相繼召開針對GIS教育的會議來推進(jìn)GIS的教學(xué)[3]。目前中國高?！暗乩硇畔⑾到y(tǒng)”的課程教學(xué)隨著GIS廣泛的應(yīng)用其要求也越來越高。“地理信息系統(tǒng)”課程在教學(xué)過程中不僅包含許多邊緣學(xué)科的理論研究，同時(shí)也涉及豐富的技術(shù)應(yīng)用，所以“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)過程中具有技術(shù)和理論雙重性的特點(diǎn)。作為主要專業(yè)基礎(chǔ)課，“地理信息系統(tǒng)”在講解理論的同時(shí)，對于GIS應(yīng)用技能的要求也已成為相關(guān)專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的重要部分。如何在“地理信息系統(tǒng)”課程中挖掘?qū)W生潛能，啟迪學(xué)生的思維、培養(yǎng)學(xué)生的興趣、提高他們利用相關(guān)理論和GIS軟件嘗試解決實(shí)際問題的能力就成了“地理信息系統(tǒng)”應(yīng)用教學(xué)的新目標(biāo)。

但是，在“地理信息系統(tǒng)”教學(xué)中仍存在著一些問題：(1)教學(xué)目標(biāo)過于注重基本概念和軟件操作的訓(xùn)練，其課程沒有以專題分析與具體工作過程為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，理論與應(yīng)用結(jié)合不到位；(2)教學(xué)內(nèi)容上忽視實(shí)用性，缺少對實(shí)際問題的分析，課程知識點(diǎn)多，操作性強(qiáng)與學(xué)時(shí)壓縮相矛盾；(3)教學(xué)方式上比較單一，仍以課堂授課和上機(jī)操作為主，學(xué)生學(xué)習(xí)還是處于被動的地位，主動性和積極性沒有充分調(diào)動起來，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主分析能力；(4)用人單位對畢業(yè)生的GIS應(yīng)用能力的要求有增無減。針對這些現(xiàn)狀，在“地理信息系統(tǒng)”教學(xué)中引入了案例教學(xué)法，將知識點(diǎn)引入，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)際案例設(shè)計(jì)和分析操作環(huán)節(jié)，以期收到良好的教學(xué)效果。實(shí)際上案例教學(xué)是由美國哈佛法學(xué)院前院長克里斯托弗·哥倫布·朗代爾（C C Langdell）于1870年首創(chuàng)，后經(jīng)哈佛企管研究所所長鄭漢姆（W B Doham）推廣，并從美國迅速傳播到世界許多地方，被認(rèn)為是代表未來教育方向的一種成功教育方法，20世紀(jì)80年代，案例教學(xué)引入我國[4]。為此，本文結(jié)合同濟(jì)大學(xué)卓越工程師計(jì)劃所進(jìn)行的教學(xué)改革，主要探討“地理信息系統(tǒng)”進(jìn)行案例教學(xué)的基本特征與應(yīng)用方法，并對具體遇到的問題進(jìn)行討論，以期在“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)中引入新的教學(xué)方法，更好地培養(yǎng)學(xué)生對GIS的應(yīng)用能力，增強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)出該課程的應(yīng)用特色。

二、 “地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)的理論基礎(chǔ)

國外GIS的發(fā)展和教育發(fā)展非常迅速，而我國，目前GIS正處在從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的過程中，國內(nèi)高校中開設(shè)GIS課程的學(xué)校有100多所，課程主要由地理學(xué)科和測繪學(xué)科的教師主講，而不同學(xué)科對于GIS的要求不同，同時(shí)GIS發(fā)展非常迅速，對于學(xué)科的對外交流又顯得非常重要[5]。與此同時(shí)，GIS課程也具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在基礎(chǔ)理論知識掌握的同時(shí)，GIS的應(yīng)用也影響著GIS的發(fā)展。為了提高學(xué)生對GIS的應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和綜合應(yīng)用GIS的基礎(chǔ)理論和方法，在“地理信息系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生不再是被動接受既定知識，而是主動建構(gòu)知識。為此，在整個(gè)教學(xué)過程中，提倡在教師引導(dǎo)下以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)，教師是知識建構(gòu)的引導(dǎo)者與促進(jìn)者，而不僅是知識的傳授者與灌輸者。

20世紀(jì)初，哈佛大學(xué)創(chuàng)造案例教學(xué)法，即圍繞一定的培訓(xùn)目的把實(shí)際中真實(shí)的情景加以典型化處理，形成供學(xué)員思考分析和決斷的案例，通過獨(dú)立分析研究和相互討論的方式，來提高學(xué)員的分析問題和解決問題能力的一種方法。這種教學(xué)方法把教學(xué)內(nèi)容和知識點(diǎn)編成案例形式來進(jìn)行教學(xué)。可見，案例教學(xué)法是一種將所要講授的知識隱含在典型案例中，以案例引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)選取具有代表性的案例，該案例不僅具有完善的功能，能夠覆蓋重要知識點(diǎn)，并且以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，在教師的指導(dǎo)下，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，提出見解，做出判斷和決策，對案例進(jìn)行分析研究，從而達(dá)到解決實(shí)際問題的目的[6]。

在“地理信息系統(tǒng)”課程中采用案例教學(xué)法是符合該課程的特點(diǎn)和教學(xué)要求的。高校開設(shè)“地理信息系統(tǒng)”課程，目的就是為了讓學(xué)生掌握GIS的基本概念和基本技能，這些概念和技能主要包括三方面：空間數(shù)據(jù)的定義和表達(dá)、空間數(shù)據(jù)的采集和管理、基于空間數(shù)據(jù)利用空間分析方法提供服務(wù)。要達(dá)到這些能力，以往主要實(shí)現(xiàn)途徑是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行大量的上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的操作能力。教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行上機(jī)操作指導(dǎo)的過程中，如果詳細(xì)列出操作的具體步驟，反而會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。而采用案例教學(xué)法就能很好地解決以上問題，提高學(xué)生應(yīng)用GIS進(jìn)行綜合分析解決實(shí)際問題的能力。

三、地理信息系統(tǒng)案例教學(xué)特征

1.知識向能力的轉(zhuǎn)化

在“地理信息系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)中，所獲得的知識并不等于能力，知識應(yīng)該轉(zhuǎn)化為能力。為此，教師在知識轉(zhuǎn)化為能力的過程中應(yīng)起到積極引導(dǎo)作用。學(xué)生僅僅通過學(xué)習(xí)課堂知識而忽視實(shí)際能力的培養(yǎng)，不僅對自身的發(fā)展有著巨大的障礙，也未必能適應(yīng)未來就業(yè)單位對于卓越人才的需求。所以“地理信息系統(tǒng)”課程的教學(xué)特點(diǎn)就是更加重視知識與能力的轉(zhuǎn)換，通過恰當(dāng)?shù)陌咐O(shè)計(jì)，把足夠的知識點(diǎn)融入到實(shí)際應(yīng)用中，并發(fā)酵產(chǎn)生更多的能力拓展。

2.學(xué)生獨(dú)立思考

一般情況下，“地理信息系統(tǒng)”課程的教師側(cè)重告訴學(xué)生如何操作GIS軟件，而且其操作內(nèi)容在實(shí)踐中可能是不完整的，在一定程度上忽視學(xué)生提出問題和分析問題能力的培養(yǎng)，不利于發(fā)揮學(xué)生主動性和積極性，實(shí)際學(xué)習(xí)效果不佳。但如果采用案例教學(xué)，教師只提出案例的需求，并不直接告訴學(xué)生如何解決，而是要學(xué)生自己去思考、去創(chuàng)造，使得枯燥乏味的學(xué)習(xí)變得生動活潑。例如在課程教學(xué)中，基于一張經(jīng)過幾何校正的航空相片進(jìn)行GIS數(shù)字化采集的案例，教師只給出已有的資料和最終的要求，學(xué)生需要設(shè)計(jì)從坐標(biāo)系定義、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、幾何捕捉、屬性定義、數(shù)據(jù)精度和處理步驟等一系列的處理方案。案例教學(xué)的稍后階段，每位學(xué)生都要就自己和他人的方案發(fā)表見解。通過這種經(jīng)驗(yàn)的交流，一是可取長補(bǔ)短，促進(jìn)交流能力的提高；二是通過方案交流使得思維更加縝密，基本操作與基礎(chǔ)理論結(jié)合得更好。

3.師生雙向交流

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師講、學(xué)生聽，聽沒聽、聽懂多少、效果如何要到最后的考試時(shí)才知道。許多學(xué)生往往為了應(yīng)付考試而在臨考前死記硬背，雖然最后僥幸過關(guān)，但對于知識的掌握和能力的培養(yǎng)毫無作用。所以在“地理信息系統(tǒng)”課程案例教學(xué)中，學(xué)生拿到案例后，先要進(jìn)行消化，然后查閱各種認(rèn)為必要的理論知識，這無形中加深了對知識的理解，而且是主動進(jìn)行。捕捉這些理論知識后，他還要經(jīng)過縝密的思考，提出解決問題的方案，這一步應(yīng)視為能力上的升華。同時(shí)他的答案隨時(shí)由任課教師給以引導(dǎo)，這也促使教師加深思考，根據(jù)不同學(xué)員的不同理解補(bǔ)充新的教學(xué)內(nèi)容?？梢婋p向的教學(xué)形式對教師也提出了更高的要求。

四、案例教學(xué)法的實(shí)施

1.設(shè)計(jì)“雙基結(jié)合”的課程內(nèi)容

實(shí)施“地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)法，首先要在宏觀教學(xué)設(shè)計(jì)上突出“雙基結(jié)合”，即基本概念和基本操作相結(jié)合。通過若干個(gè)案例設(shè)計(jì)，把基本概念和基本操作融合形成一個(gè)循序漸進(jìn)、種類多樣的案例群，構(gòu)建一個(gè)完整的教學(xué)設(shè)計(jì)布局，并突出案例的針對性、趣味性、實(shí)用性和完整性。在教學(xué)案例的選取中，通過開展目前社會對GIS人才需求的調(diào)研和分析，把用人單位從實(shí)際工作過程中提出的需求制作成綜合案例。例如：在空間數(shù)據(jù)建庫這一內(nèi)容，根據(jù)課程內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，可對不同的層次給予相應(yīng)的要求，如圖1所示。

另外，選取案例的時(shí)候，可將課堂上所涉及知識點(diǎn)進(jìn)行有效整合，模擬實(shí)際工作過程組織教學(xué)，根據(jù)完成項(xiàng)目過程中的工作任務(wù)的需要講解知識點(diǎn)。例如空間數(shù)據(jù)數(shù)字化案例中，結(jié)合各步驟所整理涉及知識點(diǎn)如圖2所示。

2.問題驅(qū)動為主線的方案實(shí)施

以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以問題驅(qū)動為主線，實(shí)施教學(xué)過程。

圖1 空間數(shù)據(jù)入庫完整案例的不同層次設(shè)計(jì)

圖2 空間數(shù)據(jù)數(shù)字化案例各步驟設(shè)計(jì)的知識點(diǎn)

(1)引出案例，提出問題。通過分析問題逐漸引入案例，并介紹案例的應(yīng)用背景，讓學(xué)生完整的了解后建立感性認(rèn)識。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生逐漸掌握分析問題的基本技巧。

(2)分析案例，解決問題。將案例的問題進(jìn)行分解，并通過分析分解為若干個(gè)可行的子任務(wù)，然后讓學(xué)生在一個(gè)個(gè)任務(wù)的驅(qū)動之下，逐步完成整個(gè)案例的制作。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，從而可以更好地學(xué)習(xí)相關(guān)的知識和操作技能。

(3)總結(jié)案例，提升問題。在每次課結(jié)束前，要對學(xué)生對普遍存在的問題以及所用的各種解決方案進(jìn)行總結(jié)與歸納，使學(xué)生對所學(xué)知識的實(shí)際意義加深印象。另外，還可以趁機(jī)對案例進(jìn)行引申與提高，這樣基礎(chǔ)較好的同學(xué)也不會覺得內(nèi)容簡單和不實(shí)用。在這個(gè)階段教師是“引導(dǎo)”學(xué)生，而不是全部給學(xué)生講解。

為此，在“地理信息系統(tǒng)”課程案例教學(xué)中，共設(shè)計(jì)了如表1所示的8個(gè)案例，每個(gè)案例既有相互的獨(dú)立性，又前后有關(guān)聯(lián)性，同時(shí)案例設(shè)計(jì)均以問題為驅(qū)動，基本涵蓋了課程所涉及知識點(diǎn)。此外，考慮課時(shí)原因，這些案例分別以課堂案例教學(xué)、案例作業(yè)和案例課程設(shè)計(jì)三種形式開展，結(jié)合起來作為課程案例教學(xué)的整體。

表1 “地理信息系統(tǒng)”課程案例教學(xué)案例設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.多層次互動教學(xué)

考慮到學(xué)生基礎(chǔ)和領(lǐng)悟能力的差異，有的案例在內(nèi)容上還分成基本需求和高級需求，以滿足分層次教學(xué)的需要。同時(shí)在考試內(nèi)容上分為必做和選做部分，從而使不同層次的學(xué)生都能在原來的基礎(chǔ)上得到提高。在每次案例教學(xué)的過程中要綜合考慮學(xué)生的需求、感受、接受能力，因此需要關(guān)注學(xué)生的即時(shí)反映，隨時(shí)捕捉學(xué)生在課堂上產(chǎn)生的各種信息，并作出及時(shí)處理。而學(xué)生的反應(yīng)可以從多方面獲得，例如上課時(shí)的表情、案例完成過程中參與情況以及課后作業(yè)的完成情況等。

根據(jù)學(xué)生不同反應(yīng)，教師應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏。比如講解內(nèi)容的疏密與詳略，講解語調(diào)的高低，語速的快慢等。這就需要注意以下幾點(diǎn)：(1)不趕進(jìn)度；(2)不一口氣講完；(3)不“滴水不漏”。因此，在實(shí)施“地理信息系統(tǒng)”課程案例教學(xué)法的過程中，可以依據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象，設(shè)置不同的問題，采用難易程度不同的案例，引出案例不同的解決方案等等。

五、結(jié)論

本文所討論的“地理信息系統(tǒng)”課程的案例教學(xué)改革，已經(jīng)作為同濟(jì)大學(xué)卓越課程計(jì)劃的內(nèi)容之一，課程所涉及案例都經(jīng)過精心挑選、仔細(xì)推敲，并且為案例教學(xué)的開展準(zhǔn)備了大量的輔助數(shù)據(jù)和分析資料，以便于學(xué)生隨時(shí)參考和應(yīng)用。通過在實(shí)際課程教學(xué)中的實(shí)施，證明是針對目前GIS教育中行之有效的教學(xué)模式之一。一方面，通過采用“地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)，可以把知識點(diǎn)和實(shí)際問題相互結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立決策的能力，使學(xué)生能將所學(xué)的知識直接用于實(shí)際工作中。在教學(xué)過程中，思考和討論成為課堂教學(xué)的主要內(nèi)容。另一方面，通過案例教學(xué)可以把單純的操作訓(xùn)練與問題結(jié)合起來，有利于學(xué)生理解實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)，從而由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識，符合學(xué)習(xí)認(rèn)識的基本規(guī)律。此外，案例教學(xué)中，學(xué)生成為主體，教師只起引導(dǎo)、鼓勵表達(dá)和組織討論的作用，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，全面促進(jìn)了學(xué)生職業(yè)能力的提高。

[1] Unw in D J.A Sy llabus for Teaching Geographical Information System[R].Research Report No.2,Landon:M id lands Regional Research Laboratory,1989.

[2] Gary H, Ogleby C. New trend in Geographic Information Technology Education[A], Conference Proceedings of M ap Asia 2002[C], Bangkok, Thailand. 2002.

[3] Palladino S, Goodchild M F. A Place for GIS in the Secondary School Lesson from the NCGIA Secondary Education Project[R]. New York: Geo Info System,1993.

[4] 李妍.淺析高校本科教育中案例教學(xué)的特征及應(yīng)用原則[J].中國校外教育，2011，(10)：58-59.

[5] 劉春.GIS多層次教學(xué)及教育資源的共享和利用[J].測繪通報(bào)，2004，(9)：57-60.

[6] 王學(xué)春，靳宗信，劉申曉.基于案例教學(xué)法的“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].電腦與信息技術(shù)，2011，(5)：52-53.

Feature Analysis and its App lication of Case M ethod Teaching on the Course of Geographic Information System

LIU Chun, CHENG Xiao-jun, WU Hang-bin
Tongji University, Shanghai 200092, China

The enhancement of the transformation from the know ledge to ability has become one of the main objectives for the outstanding course construction for the course of geographic information system. Combining the know ledge points w ith practical problems, this paper f i rstly put forward the principle structure and corresponding concept for the performing of case method teaching. Based on the existing course know ledge points, this paper designed the detail contents for case method teaching on issue-driving. Meanwhile, some elementary features of case method teaching for the course of geographic information system is also provided, and some practical application was then discussed correspondingly. Actually, through case method teaching for the course of geographic information system, by implementation of student-oriented and teacher-guided teaching, strengthening the self-thinking and encouraging the positive interactions, students’ professional ability could be def i nitely promoted.

geographic information system; case method teaching; professional ability

G642

A

1006-9372 （2012）03-0090-05

2012-06-17。

同濟(jì)大學(xué)教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目“面向信息化的測繪工程專業(yè)改革及課程建設(shè)”資助。

劉 春，男，教授，主要從事地圖制圖與地理信息系統(tǒng)工程專業(yè)的教學(xué)和研究工作。