促科研教學(xué)方法在《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的實踐

周 琪，謝博文

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學(xué) 法學(xué)院，湖北 武漢 430072）

促科研教學(xué)方法在《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的實踐

周 琪1，謝博文2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學(xué) 法學(xué)院，湖北 武漢 430072）

介紹了當(dāng)前高校教師普遍存在的重科研、輕教學(xué)、教學(xué)熱情不高、質(zhì)量下滑等問題，提出了4種用于促進(jìn)科研的教學(xué)方法，并以地信專業(yè)的《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程為例進(jìn)行實踐。結(jié)果表明，這些方法深受學(xué)生和教師的好評。

教學(xué)；科研；教學(xué)方法；空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1 高校教學(xué)中普遍存在的問題

教學(xué)與科研是高校的兩大基本職能[1]。當(dāng)前，高校教師在處理教學(xué)與科研的關(guān)系時存在諸多不足，具體表現(xiàn)在：備課不充分，甚至不備課；課堂講授不認(rèn)真、教學(xué)效果不理想；批改作業(yè)或試卷由高年級學(xué)生“代勞”。這些現(xiàn)象不僅會影響高校教師為人師表的形象，而且會導(dǎo)致課程教學(xué)質(zhì)量下滑。究其原因，主要有：

1）教師對教學(xué)的重視程度不夠。大部分高校仍以科研成果（如科研論文、基金和獎勵等）作為職稱評定的重要標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致有些教師只重視科研，輕視教學(xué)，不注重教學(xué)的過程和質(zhì)量。

2）缺乏有效的教學(xué)方法。青年教師承擔(dān)了大部分的教學(xué)任務(wù)，他們不但缺乏教學(xué)經(jīng)驗，而且缺乏有效的教學(xué)方法，尤其是缺乏能協(xié)調(diào)好教學(xué)與科研關(guān)系的方法。

這些現(xiàn)象，在中國高校廣大的青年教師群體中體現(xiàn)尤為明顯，導(dǎo)致高校教學(xué)的效果不理想。針對這些問題，已有許多研究人員及學(xué)者論述了教學(xué)與科研的關(guān)系[2,3]，并提出了相應(yīng)的對策與建議[4,5]。例如，秦雪峰提出通過加強對外交流、積極參與科研、強化實踐教學(xué)、注重互動教學(xué)來促進(jìn)教學(xué)與科研的緊密結(jié)合[6]；張紅則認(rèn)為應(yīng)該改進(jìn)授課內(nèi)容及方式，充分利用實踐教學(xué)與科研相結(jié)合等手段[7]；彎艷玲等提出通過課程設(shè)置、教學(xué)方案、教學(xué)手段、課外實習(xí)、實踐環(huán)節(jié)和成績考核等方面的改革來構(gòu)建教學(xué)與科研相結(jié)合的教學(xué)體系[8]。雖然已有許多理論方法，但將理論方法和具體課程相結(jié)合的案例研究仍較少。因此，可能產(chǎn)生的新問題是：教師即使了解教學(xué)的理論方法，也不知該如何充分運用。筆者認(rèn)為，高校教師，尤其是青年教師，如果能在教學(xué)過程中提高科研能力，將有助于他們積極地參與教學(xué)，最終將教學(xué)任務(wù)由“負(fù)擔(dān)”變成“動力”。本文結(jié)合地理信息系統(tǒng)專業(yè)的《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程，介紹在教學(xué)過程中如何運用教學(xué)方法來促進(jìn)科學(xué)研究。

2 《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程簡介

空間數(shù)據(jù)包括點、線、面、體、網(wǎng)絡(luò)和表面等多種數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。通常情況下,精心選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將帶來更高的運行或存儲效率，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往同高效的檢索算法和索引技術(shù)有關(guān)?！犊臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課程介紹了計算機(jī)存儲、組織和分析空間點、線、面、體、網(wǎng)絡(luò)和表面數(shù)據(jù)的常用方法。該課程作為一門專業(yè)選修課，共32課時，在大三下學(xué)期開設(shè)。

3 促進(jìn)科研的教學(xué)方法及運用

在《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)過程中，筆者曾通過問題討論法、任務(wù)驅(qū)動法、“自學(xué)-匯報”法和雙向選擇法等4種理論方法來促進(jìn)科學(xué)研究。

3.1 問題討論法

教師引入最新的學(xué)科研究熱點問題，學(xué)生通過課后查閱資料，在課堂上討論解決思路或方法。例如，教師在講解空間點狀數(shù)據(jù)的聚類方法時，可以先在課堂上介紹常用的聚類方法（如K-均值聚類、層次聚類、基于密度的聚類等）；然后，提出如“有哪些其他的聚類方法？”、“各種聚類方法的優(yōu)缺點是什么？”、“如何自動地確定合適的聚類數(shù)目？”等問題，并讓學(xué)生在課后去思考這些問題的解決思路或方法；再邀請1～2位學(xué)生在課堂上匯報，并組織其他學(xué)生參與討論。問題討論法可以讓學(xué)生集思廣益。同時，學(xué)生提出的某些獨特的思路或方法可能會為教師提供值得深入研究的“新點子”，形成“教學(xué)相長”。

運用該方法時，應(yīng)注意合理控制討論的時間。討論的時間若太短，學(xué)生可能因未理解而導(dǎo)致學(xué)習(xí)的效果不佳；討論的時間若太長，則會影響到正常的教學(xué)任務(wù)。因此，建議每次僅邀請1～2位學(xué)生匯報，且每位學(xué)生的匯報時間不超過5 min。為了鼓勵學(xué)生開展討論，還可以通過設(shè)置獎懲機(jī)制來調(diào)動學(xué)生的積極性。例如，對提問的學(xué)生給予加分。

3.2 任務(wù)驅(qū)動法

教師布置一個或多個任務(wù)，讓學(xué)生通過收集資料、設(shè)計方案和實施方案等過程逐步完成任務(wù)，并從中理解和掌握知識點。教師通過提煉、歸納和總結(jié)學(xué)生的成果來發(fā)現(xiàn)新的學(xué)科問題或?qū)W科潛在的創(chuàng)新點。例如，《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程針對空間線狀數(shù)據(jù)的自動簡化處理講授了10多種不同的算法。為了測試和比較這些算法的效果和效率，教師在上機(jī)實習(xí)課程中安排學(xué)生編程實現(xiàn)一種空間線狀數(shù)據(jù)的自動簡化算法。實習(xí)課程結(jié)束后，教師和學(xué)生可以利用這些程序進(jìn)一步分析各個算法的差異，并在課堂上討論各個算法的優(yōu)劣。

運用該方法時，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的動手能力來安排任務(wù)。任務(wù)若太難，學(xué)生會失去興趣，并因無法完成任務(wù)而相互抄襲；任務(wù)若太簡單，學(xué)生無法通過實習(xí)提高能力。因此，建議教師在布置任務(wù)前，應(yīng)先根據(jù)每個學(xué)生的具體情況（如課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成質(zhì)量等）進(jìn)行評估。對于學(xué)科掌握程度高的學(xué)生布置相對較復(fù)雜的任務(wù)。反之，降低任務(wù)難度，以達(dá)到因材施教的效果。

3.3 “自學(xué)-匯報”法

由學(xué)生以單獨個人或小組形式通過第二課堂自學(xué)，獲得與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的知識。此類知識最好是在此前的課堂教學(xué)或者學(xué)習(xí)中未曾講授過。通過對此類知識的理解和消化，然后在課堂上向教師及全體學(xué)生進(jìn)行講解和匯報?！皢栴}討論法”和“自學(xué)-匯報”法的主要區(qū)別是：前者是由教師提出學(xué)科問題、學(xué)生被動地接受；而后者是讓學(xué)生結(jié)合自身興趣去探索學(xué)科問題。“自學(xué)-匯報”法應(yīng)用于《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的期末考核。具體要求是：3個學(xué)生1組，研讀或者自學(xué)與《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程有關(guān)的最新文獻(xiàn)，并在課堂上作口頭匯報。通過筆者的具體實踐，在匯報的過程中，學(xué)生對這種考核方式充滿了極大的熱情，而且每個小組匯報的內(nèi)容也不盡相同，例如空間點聚類、空間線簡化、TIN自動生成、凸包生成等算法的最新研究進(jìn)展。每個小組完成匯報后，課堂氣氛非常熱烈。針對匯報中有異議、有疑惑的部分，同學(xué)們都踴躍發(fā)言，提出不同的意見和見解。

運用該方法時，為了避免學(xué)生集中匯報某一個主題的內(nèi)容，教師可以根據(jù)教學(xué)大綱預(yù)先安排幾個匯報主題。例如，《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程安排了6個方面的主題，即空間點、線、面、體、網(wǎng)絡(luò)和表面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其算法。主題相同的小組匯報時間前后銜接，便于學(xué)生的理解與討論。

3.4 雙向選擇法

指通過教師和學(xué)生的相互選擇，讓對某研究問題有興趣的學(xué)生加入到教師的科研團(tuán)隊，從事與該研究有關(guān)的課題。筆者在《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的講授期間，利用課間向?qū)W生介紹個人的研究課題、研究興趣等。通過反饋，先后有6位學(xué)生表達(dá)了對線狀道路網(wǎng)絡(luò)綜合和面狀建成區(qū)研究的興趣。經(jīng)過師生雙向選擇后，最終有4位學(xué)生參與到筆者的研究課題中。這些學(xué)生將從大三開始逐步確定他們感興趣的研究方向，一直到完成畢業(yè)論文。值得一提的是，作為教師科研重要組成部分的研究生團(tuán)隊，也可以從這些學(xué)生中進(jìn)行遴選。雙向選擇法不僅可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)期間提升自己的實踐能力、科研能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，還可以幫助教師組建和壯大自身的科研團(tuán)隊。

運用該方法時，應(yīng)將研究課題融入到課程的教學(xué)內(nèi)容中，再結(jié)合精彩的課程講授，將起到事半功倍的效果。

4 效果分析

筆者通過問卷方式調(diào)查學(xué)生對《空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的意見（如表1），發(fā)現(xiàn)所有的學(xué)生認(rèn)為這門課的授課內(nèi)容、授課方式及考核方式“好或者很好”；而且超過80%的學(xué)生認(rèn)為這門課的授課方式“很好”。此外，旁聽的老師也對該課程的教學(xué)方式表示認(rèn)可。

表1 問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果表/%

這些好評客觀地說明了以上方法能讓學(xué)生從中受益，同時，作為授課教師的筆者也受益匪淺。更重要的是，這些方法有助于教師增加對教學(xué)的投入，使教學(xué)工作不再被認(rèn)為是包袱，而是能有效促進(jìn)科學(xué)研究的動力。需要注意的是，在運用以上方法時，課程內(nèi)容應(yīng)盡量與教師的研究方向相關(guān)，這樣才能將研究方向與教學(xué)內(nèi)容更好地結(jié)合起來。參考文獻(xiàn)

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B

1672-4623（2015）04-0174-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.062

周琪，博士，講師，從事地理信息系統(tǒng)科研和教學(xué)工作。

2014-05-30。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41301523）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目（CUGL140419、CUG12083）；中國博士后科學(xué)基金資助項目（2012M521496）；湖北省高等學(xué)校省級教學(xué)研究資助項目（2013143）。