結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程教學(xué)探討

楊葉濤 孫澤茜

摘 要：地理信息系統(tǒng)原理（GIS）課程作為地理信息專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)導(dǎo)論課程，是學(xué)生在未來(lái)在學(xué)習(xí)和工作上使用GIS工具奠定基礎(chǔ)的一門課程。傳統(tǒng)的GIS原理課程在課堂教學(xué)同時(shí)輔以預(yù)先設(shè)定好GIS實(shí)踐環(huán)節(jié)，這種預(yù)先設(shè)定的按固定步驟實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)于提升學(xué)生使用GIS工具的能力具有明顯局限性。本文采用一種新的GIS原理課堂教學(xué)模式——結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課堂教學(xué)模式。在本研究中，學(xué)生被要求在研究生的指導(dǎo)下，分組獨(dú)立完成設(shè)計(jì)新穎的項(xiàng)目課題，以項(xiàng)目成果展示方式和理論考試結(jié)合進(jìn)行課程考核。測(cè)試與回訪結(jié)果表明，相對(duì)與傳統(tǒng)的GIS原理課程教學(xué)， 學(xué)生對(duì)基于項(xiàng)目實(shí)踐的課程教學(xué)模式表示歡迎。他們覺得通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐更好的了解GIS在“現(xiàn)實(shí)世界”的應(yīng)用，并建議將基于分組項(xiàng)目實(shí)踐模式運(yùn)用到實(shí)踐性強(qiáng)的其它GIS課程。此外，結(jié)果還表明學(xué)生很高興和同專業(yè)但有不同技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)一起學(xué)習(xí)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)和不同同學(xué)的相互交流相互合作，可以拓寬他們的視野，提高他們的專業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué) 分組學(xué)習(xí) GIS原理

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

作者簡(jiǎn)介：楊葉濤 （1979-），男，漢族， 湖北枝江人，副教授，博士，研究方向：GIS生態(tài)環(huán)境建模。

1 前言

地理信息系統(tǒng)原理（GIS）是一門關(guān)于GIS基礎(chǔ)理論和實(shí)踐的課程，其中實(shí)踐部分是對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)和工作上使用GIS工具進(jìn)行的提前培訓(xùn)[1]。傳統(tǒng)上， GIS原理是以課堂教學(xué)的方式進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，以預(yù)先準(zhǔn)備好的實(shí)習(xí)內(nèi)容按步驟進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)用學(xué)習(xí)。這樣的教學(xué)形式對(duì)和結(jié)構(gòu)安排使得沒有任何GIS背景知識(shí)的初學(xué)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解與應(yīng)用面臨困難[2，3]。在課堂理論教學(xué)部分，大部分學(xué)生被從未接觸過(guò)的理論所困擾；而實(shí)踐運(yùn)用部分，則被GIS軟件本身的復(fù)雜性和固定的實(shí)習(xí)步驟等問題所限制。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)模式作為一種新的教學(xué)模式，學(xué)生在真實(shí)的分組項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)境下，同專業(yè)的學(xué)生一起相互交流、相互合作，可以更加有效地理解課程的原理和以及原理在真實(shí)世界實(shí)踐[4～6]。這樣的課程教學(xué)模式具有加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力等優(yōu)點(diǎn)，是以往只關(guān)注理論的原理教學(xué)所不能比擬的。要做到結(jié)合分組項(xiàng)目實(shí)踐進(jìn)行GIS原理課程教學(xué)，教師必須在課程中將課堂講授、開發(fā)訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐高效結(jié)合起來(lái)。

2 結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)方法

傳統(tǒng)的GIS原理課程通常是學(xué)生在課堂上聽老師講述基礎(chǔ)理論，之后再單獨(dú)進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，將實(shí)踐和理論區(qū)分開。特別是分專業(yè)的大型課堂，在上課過(guò)程中不可能讓學(xué)生有機(jī)會(huì)真正的動(dòng)手實(shí)踐，對(duì)理論的理解也經(jīng)常模棱兩可。而實(shí)踐部分，實(shí)習(xí)步驟完全是一系列的“指令操作”，不允許學(xué)生提出新的問題，也不允許學(xué)生提出新的解決方案。學(xué)生在這種教學(xué)模式下學(xué)習(xí)，將極度缺少和同學(xué)交流協(xié)作的互動(dòng)機(jī)會(huì)和獲得解決問題的能力。如果每個(gè)學(xué)生單獨(dú)按步驟完成實(shí)習(xí)，他們的交流對(duì)象只會(huì)是助教或者教師，這樣，學(xué)生只會(huì)按照實(shí)習(xí)指導(dǎo)書的“指示”重復(fù)實(shí)驗(yàn)，而不會(huì)創(chuàng)造性的解決問題。而GIS技術(shù)的精髓在于系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)分析與成果獲取，因此在結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程中，如何平衡老師的指導(dǎo)和自主學(xué)習(xí)是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐GIS原理教學(xué)模式，是一種基于問題的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式，它需要在遇到開放性問題時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員之間相互討論相互交流。在基于問題解決的項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)中，最開始是老師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，勾勒出完成項(xiàng)目的大致方法，以此來(lái)指導(dǎo)學(xué)生GIS技術(shù)在實(shí)踐中的運(yùn)用。項(xiàng)目實(shí)踐可以是一個(gè)指定的題目，也可以是分組團(tuán)隊(duì)根據(jù)自身特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)的題目。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐GIS原理教學(xué)模式創(chuàng)造了一個(gè)解決實(shí)際問題、可以創(chuàng)造性思維和其他高效學(xué)習(xí)策略的環(huán)境，讓學(xué)生知其然并知其所以然。

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的幫助更加明顯。它采用一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目為案例，創(chuàng)建真實(shí)GIS應(yīng)用環(huán)境。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，一個(gè)團(tuán)隊(duì)或者小組的同學(xué)會(huì)遇到各種各樣的問題，他們需要查閱資料，相互討論解決所有問題最終完成項(xiàng)目。在這個(gè)過(guò)程中，一個(gè)有相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的“負(fù)責(zé)人”可以在小組中指導(dǎo)和幫助那些沒有接觸過(guò)GIS基礎(chǔ)理論的其他成員。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的負(fù)責(zé)人直接指導(dǎo)小組成員，在不斷的交流中，負(fù)責(zé)人就充當(dāng)老師的角色教會(huì)了小組成員課堂中的內(nèi)容。通過(guò)與這些項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的交流以及小組成員間的交流，這讓他們能夠問更多的問題，提高他們的專業(yè)技能，以此有能力面對(duì)其他不確定的問題。

圖1 結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理學(xué)習(xí)優(yōu)點(diǎn)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲得項(xiàng)目管理和領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，但在通常情況下，他們不會(huì)有獨(dú)立研究項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)他們通過(guò)與項(xiàng)目成員的合作，學(xué)習(xí)到了不同技能。項(xiàng)目成員接觸到不同的、新的內(nèi)容，可以將課程作為一個(gè)整體，直接的詢問問題，解決項(xiàng)目中的實(shí)際難題。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在這樣的項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中同樣能夠獲益。在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人通過(guò)和項(xiàng)目成員的溝通，以及對(duì)整個(gè)項(xiàng)目全局性的分析和規(guī)劃，可以在專業(yè)知識(shí)方面得到更全面的鍛煉。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人管理項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)是GIS學(xué)習(xí)的另一個(gè)重點(diǎn)，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)在之后的學(xué)習(xí)和工作中具有重要作用。項(xiàng)目實(shí)踐可以讓項(xiàng)目負(fù)責(zé)人完整的經(jīng)歷項(xiàng)目從立項(xiàng)、策劃、實(shí)施、完成等各個(gè)階段，獲得各階段的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。除了擁有項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在管理項(xiàng)目中可以學(xué)到的重要內(nèi)容還有歸納總結(jié)項(xiàng)目成員的不同技術(shù)和能力并將其分配到適合他們的崗位。在項(xiàng)目實(shí)踐中，如何發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目組中的每個(gè)成員的有點(diǎn)和能力，是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人優(yōu)化項(xiàng)目效率和凝聚項(xiàng)目成員的重點(diǎn)。當(dāng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人沒有有效的將小組成員放在適合他們工作的位置上，項(xiàng)目的工作效率會(huì)下降。這樣，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)教導(dǎo)其他學(xué)生慢慢的就有了項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)。

3.GIS原理課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

在結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)中，學(xué)生不再只是參與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，而是通過(guò)分組，在研究生或高年級(jí)的本科生帶領(lǐng)下，以小組為單位獨(dú)立完成項(xiàng)目。研究生或高年級(jí)的本科生也要參與到課程學(xué)習(xí)中來(lái)，他們與初次接觸GIS的學(xué)生緊密聯(lián)系，一起參與課堂學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)練習(xí)、項(xiàng)目實(shí)踐，只是研究生和高年級(jí)本科生在分組項(xiàng)目實(shí)踐中承擔(dān)不同的角色和內(nèi)容。這種緊密聯(lián)系使得不同層次學(xué)生都能從中受益，便于相互之間的交流與學(xué)習(xí)。

課程教學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，不僅僅包括課堂和實(shí)驗(yàn)部分。在課程的開始階段，研究生或高年級(jí)學(xué)生開始將他們的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路告訴其他GIS初學(xué)學(xué)生，以此來(lái)吸引初學(xué)GIS學(xué)生加入他們的項(xiàng)目。學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)完成一個(gè)新穎而獨(dú)立的研究項(xiàng)目，最終通過(guò)成果展示或者高質(zhì)量的研究報(bào)告進(jìn)行考核?？偟膩?lái)說(shuō)，在課程成績(jī)組成上，項(xiàng)目實(shí)踐部分占學(xué)生總成績(jī)的一小部分（如本科生占20%；研究生占30%）。項(xiàng)目的確定應(yīng)該在課程開課的第一個(gè)月中完成，同時(shí)完成的還有大部分的理論課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)練習(xí)以及項(xiàng)目初始準(zhǔn)備工作。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人擁有處理項(xiàng)目事務(wù)的權(quán)利，包括組織小組會(huì)議、分配任務(wù)，帶領(lǐng)小組努力實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目標(biāo)。一旦項(xiàng)目建立，通過(guò)小組會(huì)議明確小組成員的職責(zé)，并對(duì)未來(lái)工作進(jìn)行組織和安排。在項(xiàng)目實(shí)踐學(xué)習(xí)和課堂理論學(xué)習(xí)中，學(xué)生以項(xiàng)目研究小組為基本單位學(xué)習(xí)，可以更好的學(xué)習(xí)GIS工具在真實(shí)使用過(guò)程中技巧、過(guò)程和方法。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人作為這個(gè)GIS研究項(xiàng)目的“專家”，在與初學(xué)GIS的同學(xué)交流互動(dòng)時(shí)提出他們自己對(duì)項(xiàng)目的不同理解，提供額外的幫助和指導(dǎo)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人明確目標(biāo)、制定工作安排和管理項(xiàng)目其他事情。在真實(shí)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的計(jì)劃和工作流程問題，這些問題不僅僅是人際關(guān)系和溝通。

項(xiàng)目一般從文獻(xiàn)整理與瀏覽開始，在具有完成項(xiàng)目的大致輪廓知識(shí)后，開始著手進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，并在此基礎(chǔ)上完成項(xiàng)目報(bào)告和最終的成果展示。每個(gè)小組設(shè)計(jì)的項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容均相互獨(dú)立，一般與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人研究興趣與研究方向一致。其中一個(gè)案例項(xiàng)目是城市熱島效應(yīng)分析，這個(gè)項(xiàng)目需運(yùn)用熱紅外遙感數(shù)據(jù)，提取城區(qū)的地表溫度分布；將行政區(qū)域圖與溫度分布專題信息進(jìn)行疊加分析， 按行政區(qū)域分析溫度分布差異；為方便查詢信息， 進(jìn)行地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)， 建立輻射溫度查詢系統(tǒng)。在該項(xiàng)目實(shí)踐中， 學(xué)生需要收集或者老師提供熱紅外影像數(shù)據(jù)、地形圖、行政區(qū)域圖、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。學(xué)生在以小組為單位，在項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)下， 自行設(shè)計(jì)工作流程并獨(dú)立工作。這些項(xiàng)目實(shí)踐中要求學(xué)生使用不同的GIS技術(shù)和交互，但是所有的項(xiàng)目都有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)到核心的GIS技術(shù)和方法。

在期末考試之前的最后一堂課對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷，他們需要填寫關(guān)于對(duì)本課程中所參與項(xiàng)目理解，回答有關(guān)課程的理論概念和項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容等開放性問題。每個(gè)學(xué)生還完成了一個(gè)在課程中技能學(xué)習(xí)、貢獻(xiàn)度、生產(chǎn)力的自我評(píng)估，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人也要對(duì)小組成員進(jìn)行評(píng)估，這些評(píng)估數(shù)據(jù)可以用來(lái)比較不同小組之間的學(xué)習(xí)成績(jī)。

4. 總結(jié)

經(jīng)驗(yàn)調(diào)查研究表明，基于項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程教學(xué)，受到GIS初學(xué)學(xué)生和研究生這兩類學(xué)生的歡迎，他們對(duì)這種學(xué)習(xí)方法表示贊同，認(rèn)為對(duì)GIS原理學(xué)習(xí)有幫助?；陧?xiàng)目實(shí)踐的GIS課程涉及動(dòng)手能力、直接解決問題能力和與項(xiàng)目成員合作解決研究問題的能力。調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生贊同這種開放式的教學(xué)模式，喜歡這種在項(xiàng)目實(shí)踐中遇到問題，并在實(shí)踐中不斷解決問題的學(xué)習(xí)方式。他們喜歡解決這種融合了基本的課堂學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)踐學(xué)習(xí)的課程模式所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理教學(xué)對(duì)初學(xué)GIS的低年級(jí)本科而言，可以學(xué)習(xí)到“真實(shí)”的GIS技術(shù)運(yùn)用，并有機(jī)會(huì)在這樣的環(huán)境中解決GIS遇到的問題。通過(guò)項(xiàng)目小組內(nèi)部成員的團(tuán)隊(duì)合作，有計(jì)劃有組織的研究和解決問題，學(xué)習(xí)處理多方面地理空間問題的能力，大學(xué)生在GIS實(shí)踐中得到越來(lái)越多的鍛煉，專業(yè)技能也得到提高。對(duì)作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的研究生而言，可以在管理這個(gè)實(shí)踐工程中學(xué)習(xí)到很多有用的東西。他們處理不同技術(shù)上的難題，管理他們的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)的溝通。

傳統(tǒng)的教學(xué)是用一個(gè)模式化的線性教學(xué)課程，直接是照本宣科，而基于項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)是給學(xué)生一個(gè)項(xiàng)目，讓他們獨(dú)立完成并解決未知的問題。在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，本科生會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)程有一個(gè)了解，協(xié)助研究生完成項(xiàng)目。總結(jié)項(xiàng)目的優(yōu)缺點(diǎn)和課程安排的制定建議，有利于修改之后的課程結(jié)構(gòu)。盡管這種模式在教學(xué)管理和提供教學(xué)方法上存在一定的困難，但是我們相信在未來(lái)，基于項(xiàng)目實(shí)踐的GIS原理課程教學(xué)使學(xué)生的專業(yè)技能得到提高，在同行業(yè)中更具競(jìng)爭(zhēng)力。

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