CDIO理念下測(cè)繪專業(yè)自然地理教學(xué)模式的改革

馮文蘭，王永前，陳軍，王增武

(成都信息工程大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225)

CDIO理念下測(cè)繪專業(yè)自然地理教學(xué)模式的改革

馮文蘭，王永前，陳軍，王增武

(成都信息工程大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225)

以成都信息工程大學(xué)測(cè)繪專業(yè)的自然地理課程的教學(xué)改革實(shí)踐為例，建立“從提出問題到分析原因，再到解決方案和技術(shù)支持”的學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟發(fā)式教學(xué)思路與模式。實(shí)踐證明，教學(xué)改革取得較好的效果，可為一些新開設(shè)測(cè)繪專業(yè)的工科院校的專業(yè)教學(xué)和學(xué)科建設(shè)提供參考。

測(cè)繪專業(yè)；CDIO理念；自然地理；教學(xué)模式

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)大學(xué)畢業(yè)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的要求越來越高。CDIO教育理念代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)行(Operate)，是國外高等工科教育的一種創(chuàng)新模式[1]，全國許多高校開始將CDIO理念引入到大學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，積極推進(jìn)創(chuàng)新工程本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教育教學(xué)改革與發(fā)展。測(cè)繪類專業(yè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，并且要求非常全面的專業(yè)基礎(chǔ)理論和知識(shí)。然而，近年來由于受多方面因素的共同影響，測(cè)繪專業(yè)普遍存在教學(xué)體系中理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系松散、重技術(shù)輕理論的問題，甚至不少學(xué)生片面地將測(cè)繪專業(yè)理解為學(xué)習(xí)簡單的測(cè)量技術(shù)，因而很多測(cè)繪類專業(yè)的畢業(yè)生往往實(shí)踐能力弱、工程意識(shí)差。

自然地理知識(shí)是測(cè)繪類專業(yè)人才基礎(chǔ)理論知識(shí)的重要組成部分，在很多高校測(cè)繪類專業(yè)中自然地理屬于基礎(chǔ)課程。但對(duì)具體的測(cè)繪技術(shù)而言，該課程直接顯示度較小，且社會(huì)對(duì)自然地理綜合能力的要求是隱性的，因此，課程受重視的程度普遍不高[2]。在CDIO教育理念下，深入開展測(cè)繪類專業(yè)自然地理學(xué)的教學(xué)改革，積極探索創(chuàng)新的教學(xué)模式和實(shí)現(xiàn)途徑，使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)加強(qiáng)鍛煉和提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，能有效培養(yǎng)學(xué)生自然地理的應(yīng)用能力，從而實(shí)現(xiàn)工程類院校測(cè)繪類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

作為第一批進(jìn)入教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的61所高校之一，自2010年開始，成都信息工程大學(xué)以“卓越計(jì)劃”為載體，積極開展創(chuàng)新工程本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教育教學(xué)改革研究。在測(cè)繪學(xué)科下我校開設(shè)了3個(gè)本科專業(yè)，包括分別開設(shè)于2002年、2008年和2011年的地理信息系統(tǒng)、遙感科學(xué)與技術(shù)和測(cè)繪工程與技術(shù)專業(yè)。2013年開始，課程組正式將CDIO理念引入到測(cè)繪類專業(yè)的自然地理課程教學(xué)，開展基于CDIO模式的自然地理教學(xué)改革研究。作為四川省屬高等學(xué)校，結(jié)合青藏高原東緣、長江上游生態(tài)屏障建設(shè)及我校氣象行業(yè)背景，在我校開展自然地理學(xué)教學(xué)模式和實(shí)現(xiàn)途徑的探索與創(chuàng)新，對(duì)于具有行業(yè)背景和地學(xué)背景的高校測(cè)繪類創(chuàng)新人才培養(yǎng)和專業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)具有非常重要的意義[3]。

1 測(cè)繪類專業(yè)自然地理學(xué)的特點(diǎn)

自然地理學(xué)在測(cè)繪應(yīng)用型人才的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的位置[4]。作為測(cè)繪類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，該課程存在著有別于其他專業(yè)課的一些特點(diǎn)[5-6]：在專業(yè)課程體系中，該課程起著先行課、基礎(chǔ)課的作用；相比于其他技術(shù)強(qiáng)的課程，課程以理論講授為主，多屬于形象和意境教學(xué)；課程的學(xué)時(shí)分配比其他專業(yè)技術(shù)方面的課程少，尤其是野外實(shí)習(xí)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，有些甚至沒有；作為基礎(chǔ)理論課程，考試成績?cè)谡n程總評(píng)成績中所占的比例高。因而，在實(shí)際的課堂教學(xué)中往往存在以下問題[6-7]：學(xué)生學(xué)習(xí)自然地理知識(shí)的興趣不濃，授課教師開展教學(xué)活動(dòng)倍感困難；教學(xué)中多以理論知識(shí)的講授為主，而實(shí)踐應(yīng)用方面的內(nèi)容傳授較少；課堂講授時(shí)很少涉及測(cè)繪學(xué)科的問題或自然地理與測(cè)繪學(xué)科的關(guān)聯(lián)，學(xué)生對(duì)課程的重視程度不夠；課程考核方式以期末考試成績作為評(píng)價(jià)學(xué)生能力的主要標(biāo)準(zhǔn)，且試題以識(shí)記性為主，應(yīng)用和實(shí)踐能力的考核相對(duì)較少。

2 教學(xué)模式與實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 教學(xué)模式

基于CDIO模式的自然地理課程改革與創(chuàng)新，以測(cè)繪專業(yè)為背景，從修訂課程培養(yǎng)大綱開始，再結(jié)合調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)模式、改進(jìn)教學(xué)手段和方法幾方面環(huán)環(huán)相扣地進(jìn)行。就教學(xué)模式而言，采用“從提出問題到分析原因，再到解決方案和技術(shù)支持”的啟發(fā)式教學(xué)。通過這種模式，不僅實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容的整合，幫助學(xué)生快速實(shí)現(xiàn)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和拓展，其最終目的是培養(yǎng)學(xué)生利用測(cè)繪專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。發(fā)現(xiàn)具有探究性的問題是該教學(xué)模式成功的關(guān)鍵，問題的來源須與生活、時(shí)事緊密相關(guān)，并能反映學(xué)生熟悉的區(qū)域地理問題，這樣既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，又能充分體現(xiàn)測(cè)繪類學(xué)科專業(yè)知識(shí)的社會(huì)任務(wù)。教師通過科研和學(xué)科競(jìng)賽的早期訓(xùn)練引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮其思維能力，調(diào)動(dòng)其積極的科研實(shí)踐愿望，漸進(jìn)式地對(duì)他們進(jìn)行地理信息的收集、數(shù)據(jù)的處理和相關(guān)的地理學(xué)研究方法的培訓(xùn)等，幫助學(xué)生正確地分析問題和建立可行的解決方案。最后，地圖素養(yǎng)和地理信息技術(shù)的培訓(xùn)是保證最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的必要手段，引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性的帶著問題不斷學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)測(cè)繪專業(yè)技術(shù)，使得解決方案成功實(shí)施，最終使學(xué)生的綜合實(shí)踐能力得到真正的鍛煉和提高。

2.2 實(shí)現(xiàn)途徑

2.2.1 綜合性典型案例的選擇

綜合性典型案例的正確選擇是成功實(shí)現(xiàn)課程改革的關(guān)鍵。在把握自然要素關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，選擇典型案例，可將理論學(xué)習(xí)與教學(xué)實(shí)踐緊密地結(jié)合在一起[8]。同時(shí)，通過案例教學(xué)還可將關(guān)聯(lián)性內(nèi)容整合為獨(dú)立的學(xué)習(xí)單元，從而實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容的整合。針對(duì)測(cè)繪類本科專業(yè)的特點(diǎn)，典型案例既要引入最新的測(cè)繪科學(xué)與相關(guān)學(xué)科的科研成果，還要開展對(duì)全球變化、地球構(gòu)造與運(yùn)動(dòng)等前沿性問題的探索。

例如，在講授“氣候變化”的內(nèi)容之前，推薦學(xué)生利用課余時(shí)間欣賞2004年美國制作上映的優(yōu)秀科幻電影《后天》，該影片講述溫室效應(yīng)造成地球氣候異變，全球即將陷入第二次冰河紀(jì)的故事。課堂上讓學(xué)生討論影片中“全球氣候變暖(溫室效應(yīng))”引起北半球“天氣異常(冰雹、海嘯)”的原因，再引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)“大氣環(huán)流”的概念，并簡單介紹“洋流”的概念及其運(yùn)動(dòng)，最后從空間、大氣和海洋三者的相互聯(lián)系入手引導(dǎo)學(xué)生綜合分析引起氣候變化的天文、地文和人類活動(dòng)等方面的影響。課后還可啟發(fā)同學(xué)們收集資料、思考影片中的場(chǎng)景是否會(huì)真實(shí)出現(xiàn)？如果要避免這種極端事件的出現(xiàn)，我們應(yīng)該具備哪些監(jiān)測(cè)資料、如何進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警？由于類似的案例關(guān)系到地球上每一個(gè)人的切身利益，所以學(xué)生的興趣很濃，自主研究的積極性也很高，在輕松的氛圍中學(xué)生掌握了枯燥的知識(shí)要點(diǎn)，案例教學(xué)收到了較好的效果。

2.2.2 區(qū)域地理案例的引入

為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然地理和進(jìn)行地理研究的興趣，在教學(xué)中通過設(shè)計(jì)區(qū)域地理案例幫助學(xué)生由具體到抽象地認(rèn)識(shí)地理事物，并快速實(shí)現(xiàn)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和拓展。考慮到我校的地域背景，課堂首先以四川盆地或西南地區(qū)的自然地理為例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再考慮到學(xué)生來源四面八方，課后以學(xué)生的家鄉(xiāng)自然地理為題增強(qiáng)學(xué)生的家鄉(xiāng)情懷，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐性的“外延性”研究學(xué)習(xí)。

例如，在介紹“土壤圈”這一章的內(nèi)容時(shí)，首先以“四川省土壤分布圖”為例向?qū)W生介紹四川省主要的土壤類型及其分布特征，再以“地帶性土壤類型——黃壤”和“非地帶性土壤——紫色土”為例介紹兩種土壤的特征及成土過程，在此基礎(chǔ)上對(duì)土壤形成和地理環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行總結(jié)和講解；在此期間，要求學(xué)生基于“中國1∶400萬土壤圖”和“中國1∶400萬省級(jí)行政區(qū)劃圖”制作家鄉(xiāng)所在省域的“土壤分布圖”，總結(jié)省域土壤類型的水平分布規(guī)律；然后，再定位到家鄉(xiāng)所在的位置確定家鄉(xiāng)的土壤類型，參考教材和其他資料制作題為“家鄉(xiāng)主要土壤類型的特征介紹”的PPT報(bào)告，課堂上兼顧重要的土壤類型，并根據(jù)報(bào)告制作的情況擇優(yōu)邀請(qǐng)學(xué)生匯報(bào)演講。通過這種方式，不僅讓課后作業(yè)更具有實(shí)踐性，鄉(xiāng)土地理的內(nèi)容更貼近生活，通過自主學(xué)習(xí)和自行組織材料使學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和系統(tǒng)的思維方式都得到了訓(xùn)練，多省域同學(xué)的鄉(xiāng)土地理資料的組合也基本完成了“土壤類型特征”這一教學(xué)的難點(diǎn)內(nèi)容。

2.2.3 科研與學(xué)科競(jìng)賽的訓(xùn)練

教學(xué)過程中通過對(duì)相關(guān)的科學(xué)研究案例進(jìn)行介紹和分析，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際生活和區(qū)域地理中發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)習(xí)利用地理知識(shí)分析問題、結(jié)合地理研究方法和測(cè)繪專業(yè)技術(shù)解決問題的思路和途徑。在課程中鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各類學(xué)科競(jìng)賽和科研訓(xùn)練，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和增強(qiáng)自信，也是實(shí)現(xiàn)地理信息收集和處理、綜合應(yīng)用測(cè)繪技能研究實(shí)際問題的重要途徑[9]。對(duì)于大學(xué)一年級(jí)的學(xué)生而言，這一過程的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和收集資料的能力，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析問題和提出解決問題的思路。在之后的學(xué)習(xí)階段，再通過引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性的帶著問題利用不斷學(xué)習(xí)和掌握到的相關(guān)測(cè)繪專業(yè)知識(shí)分析和解決問題，這樣可進(jìn)一步使學(xué)生的綜合科研能力得到真正的鍛煉和提高[10]。與此同時(shí)，教師也可通過引導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)科研立項(xiàng)或指導(dǎo)學(xué)生參與教師主持的科研項(xiàng)目，使得自身的科研創(chuàng)新能力得到提高。

例如，授課過程中適時(shí)貫穿對(duì)教師開展的科研項(xiàng)目“岷江上游生態(tài)脆弱性的研究”的相關(guān)工作的介紹，包括選題的確定、研究內(nèi)容的設(shè)計(jì)、研究方案的制定、研究過程中發(fā)現(xiàn)的新的問題及其解決方案的確定等，使學(xué)生對(duì)學(xué)術(shù)研究的思路和科研的過程有一定的感性認(rèn)識(shí)；然后，在完成部門自然地理的有關(guān)授課內(nèi)容之后，以作業(yè)的形式要求學(xué)生提出自己身邊的自然地理現(xiàn)象或問題；其次，對(duì)于具有一定研究價(jià)值的選題，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)進(jìn)行研究內(nèi)容和研究方案的設(shè)計(jì)，啟發(fā)學(xué)生在后續(xù)的哪些專業(yè)課程中可以學(xué)習(xí)和掌握解決這些問題的知識(shí)；最后，根據(jù)選題指導(dǎo)學(xué)生組隊(duì)參加各類學(xué)科競(jìng)賽，在這個(gè)過程中幫助學(xué)生完成“外延式”的自主學(xué)習(xí)。這樣，通過參與學(xué)科競(jìng)賽有效地刺激了學(xué)生參與科研實(shí)踐的積極性，在此過程中既讓學(xué)生掌握了自然地理的基礎(chǔ)知識(shí)，又幫助其在之后的課程中帶著問題學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，尤其使一些能力較強(qiáng)的學(xué)生得到了從事科研與創(chuàng)造性活動(dòng)的技能的訓(xùn)練[11]。

2.2.4 地圖素養(yǎng)和地理信息技術(shù)的培訓(xùn)

首先，強(qiáng)化地圖素養(yǎng)、提高學(xué)生地圖應(yīng)用能力是培養(yǎng)學(xué)生自然地理實(shí)踐能力的一個(gè)重要方面，也是測(cè)繪類專業(yè)人才培養(yǎng)的一項(xiàng)重要目標(biāo)。在自然地理課堂教學(xué)中，一方面，加強(qiáng)教學(xué)用圖和要求學(xué)生在準(zhǔn)備探究問題解決方案的專題PPT制作時(shí)注重選圖用圖，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的地圖意識(shí)和地圖能力。另一方面，在地圖選擇和個(gè)案的研究中，應(yīng)用遙感、GIS等現(xiàn)代技術(shù)制作專題地圖輔助教學(xué)，借用專業(yè)軟件展示地理現(xiàn)象和有關(guān)問題的空間信息，加深學(xué)生對(duì)選擇的區(qū)域地理案例的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)化學(xué)生地圖素養(yǎng)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生參與地理過程學(xué)習(xí)的熱情。例如，介紹板塊邊界和地殼活動(dòng)性問題時(shí)，利用收集到的日本及其周邊海域的地震觀測(cè)數(shù)據(jù)在ARCGIS軟件中制作“日本海溝附近地震震級(jí)分布圖”，通過引導(dǎo)學(xué)生從專題圖中直觀地理解到地震分布的基本規(guī)律——“地震主要分布在板塊邊界處，全球很大部分地震能量通過匯聚型邊界板塊邊界釋放，在弧溝系中地震多分布于靠大洋一側(cè)的海溝中”。

其次，地理信息技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)繪的核心技術(shù)。由于我校在測(cè)繪工程專業(yè)背景下開設(shè)了與該專業(yè)相對(duì)應(yīng)的RS、GIS和GPS等相關(guān)課程，因此，自然地理課程在地理信息技術(shù)方面具有一定的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。教學(xué)過程中，一方面，將GIS、RS等地理信息技術(shù)作為自然地理教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備的重要工具，不僅可以豐富教學(xué)資源，而且使得教學(xué)更貼近專業(yè)，讓大一新生對(duì)測(cè)繪類相關(guān)專業(yè)有了適度的了解；另一方面，通過在解決問題中進(jìn)行簡單的地理信息技能的培訓(xùn)，也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)做好鋪墊，有利于培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)習(xí)和研究能力。前文中介紹到的具體實(shí)例大多需要結(jié)合地理信息技術(shù)完成，這樣不僅強(qiáng)化了通過地理信息技術(shù)對(duì)地理學(xué)習(xí)和研究能力的提高，也加深了學(xué)生對(duì)一些抽象的知識(shí)和晦澀難懂的專業(yè)測(cè)繪知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

3 結(jié)語

“自然地理”是我校測(cè)繪類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程之一，與相關(guān)核心課程的聯(lián)系緊密。在CDIO教育理念下，通過對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)手段等方面的精心設(shè)置，充分結(jié)合理論教學(xué)和工程實(shí)踐的特點(diǎn)，建立“從發(fā)現(xiàn)問題到分析原因，再從解決思路到技術(shù)支持的啟發(fā)式”教學(xué)模式，這極大地提高了教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生的參與度，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的地理素養(yǎng)。對(duì)于測(cè)繪類專業(yè)的學(xué)生而言，通過這種模式對(duì)學(xué)生進(jìn)行自然地理實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有助于引導(dǎo)學(xué)生更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)地學(xué)問題的本質(zhì)，進(jìn)而更好地設(shè)計(jì)、制定科學(xué)有效的工程計(jì)劃，并生產(chǎn)出更能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形勢(shì)、滿足社會(huì)和國家發(fā)展需求的測(cè)繪產(chǎn)品。這種教學(xué)模式符合現(xiàn)代化人才需求的培養(yǎng)方向，在實(shí)際教學(xué)過程中也取得了較好的效果，受到了學(xué)生的好評(píng)。

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(責(zé)任校對(duì) 王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.12.010

20160812

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41301653)；成都信息工程大學(xué)教改項(xiàng)目(Y2015041；Y2016020)

馮文蘭(1979-)，女，四川成都人，教授，主要從事自然地理的教學(xué)與研究。

G642.0

A

1674-5884(2016)12-0033-04