基于現(xiàn)象教學(xué)法的“GIS常用軟件應(yīng)用”課程改革

王 莉，景海濤，杜久升

(河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

基于現(xiàn)象教學(xué)法的“GIS常用軟件應(yīng)用”課程改革

王 莉，景海濤，杜久升

(河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

“GIS常用軟件應(yīng)用”課程為GIS專業(yè)的一門專業(yè)課程。以“現(xiàn)象教學(xué)法”理念為指導(dǎo)，探討GIS專業(yè)“GIS常用軟件應(yīng)用”課程的教學(xué)改革，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式的改革。實踐表明：采用現(xiàn)象教學(xué)法既尊重學(xué)生的主體地位、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊合作意識，通過采用靈活的教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容可以顯著提高教學(xué)效果。

現(xiàn)象教學(xué)法；GIS；GIS常用軟件應(yīng)用；改革；教學(xué)理念

現(xiàn)象教學(xué)法(Phenomenon Method)，即講課前事先確定主題，然后在課堂上圍繞這個主題，將相近的知識重新編排形成融合式的課程模塊，在同一模塊中囊括各種跨學(xué)科的知識，以主題貫穿學(xué)習(xí)，實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)。2016年秋季，芬蘭開始“有史以來最激進(jìn)的教育改革計劃”，廢除傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)，開展“現(xiàn)象教學(xué)”[1]。對于這一改革計劃，包括芬蘭在內(nèi)的許多國家開展了激烈的討論，這一教育模式是否會成為世界上最流行的教育方式？是否能在各個國家實現(xiàn)？引起各國廣泛的關(guān)注。中國的高等教育關(guān)注的是以精英培養(yǎng)為目標(biāo)的，并沒有尊重個體的培養(yǎng)，基于中國現(xiàn)階段的特點，基于現(xiàn)象的教學(xué)改革模式更加適合在大學(xué)開展。

2016年，教育部《教育部關(guān)于中央部門所屬高校深化教育教學(xué)改革的指導(dǎo)意見》強調(diào)調(diào)整優(yōu)化學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)專業(yè)綜合改革，進(jìn)一步加強高等教育教學(xué)改革工作，各個學(xué)科專業(yè)課程建設(shè)引起廣泛的關(guān)注[2]。GIS是一門集地理、計算機、遙感和地圖學(xué)于一體的交叉學(xué)科，具有很強的實踐性，GIS專業(yè)的人才不僅要具有深厚的理論基礎(chǔ)，更要具備很強的動手操作能力和創(chuàng)新精神[3-5]。以專業(yè)主干課程為中心的、過于專業(yè)化的課程體系既束縛了學(xué)生的思維，也分離了他們的整體認(rèn)知，GIS專業(yè)課程改革勢在必行。

河南理工大學(xué)“GIS常用軟件應(yīng)用”課程于第六學(xué)期開課，讓學(xué)生掌握GIS軟件的高級操作及空間分析功能，加深學(xué)生對GIS基本原理的認(rèn)識，提高動手操作能力。作者結(jié)合河南理工大學(xué)教學(xué)實際，運用現(xiàn)象教學(xué)法對GIS專業(yè)“GIS常用軟件應(yīng)用”課程進(jìn)行改革探索，從課堂形式、講授內(nèi)容、考核方式等方面進(jìn)行一些列探索。“GIS常用軟件應(yīng)用”課程為GIS專業(yè)的一門專業(yè)課程，對激發(fā)GIS專業(yè)學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，加深對基礎(chǔ)理論知識的了解具有重要意義，為后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。通過“GIS常用軟件應(yīng)用”學(xué)習(xí)，使學(xué)生較熟練系統(tǒng)地掌握國際主流GIS軟件平臺及其主要功能模塊，提高專業(yè)實際操作和應(yīng)用能力。GIS專業(yè)課程包括GIS原理與應(yīng)用、GIS設(shè)計與開發(fā)等專業(yè)課多數(shù)配有實習(xí)，實習(xí)學(xué)時占總課時三分之一，通過基礎(chǔ)知識和實踐課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們已經(jīng)能夠掌握ArcGIS軟件平臺的基本功能，并能進(jìn)行簡單應(yīng)用。所以“GIS常用軟件應(yīng)用”課程就應(yīng)該打破原有的教學(xué)模式，減少理論課時，增加實踐學(xué)時數(shù)，在教學(xué)中采用現(xiàn)象教學(xué)法的教學(xué)理念，進(jìn)行一些列改革。

1 “現(xiàn)象教學(xué)法”的教學(xué)理念

現(xiàn)象教學(xué)法是以社會對人才的需求為高等教育的終極目標(biāo)，即“堅持理論學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維與實踐相統(tǒng)一，不斷培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)社會的責(zé)任感、勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實踐能力”，對于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，建設(shè)創(chuàng)新型國家和人力資源強國，具有重要而深遠(yuǎn)的意義。GIS專業(yè)課程教學(xué)體系構(gòu)建的目標(biāo)是“以學(xué)生為主，培養(yǎng)學(xué)生積極參與性、團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新性思維”[6]。

1.1 以學(xué)生為主的教學(xué)理念

現(xiàn)代高等教育的教學(xué)理念越來越強調(diào)以學(xué)生為主，重視學(xué)生的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性[7-8]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式、思維方式和課程體系設(shè)置方式一定程度上束縛了實踐教學(xué)作用的發(fā)揮。實踐教學(xué)是訓(xùn)練學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，來解決實際應(yīng)用領(lǐng)域中遇到的GIS專業(yè)相關(guān)問題，是課堂實習(xí)和課程設(shè)計基礎(chǔ)上的提高，在授課過程中，教師更應(yīng)該少講，甚至不講，而是把主動權(quán)交給學(xué)生，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性，自己動手、自己討論、自己制定實習(xí)計劃、自己總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，教師只是進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)和總體內(nèi)容的把握。從而培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的精神、團(tuán)隊合作精神、組織能力、項目設(shè)計能力等。

1.2 提高學(xué)生主動參與度

“GIS常用軟件應(yīng)用”實習(xí)過程中應(yīng)該調(diào)動學(xué)生主動參與的積極性，從而掌握軟件操作和開發(fā)技能。在GIS專業(yè)實習(xí)之前學(xué)生已經(jīng)熟悉了測量、遙感等數(shù)據(jù)獲取方法，掌握了GIS軟件的基本功能和擴展功能，做到獨立、快速地使用軟件，加深了對GIS專業(yè)理論知識的理解。若能在后續(xù)的實習(xí)中讓學(xué)生主動參與進(jìn)來，不僅能夠提高學(xué)生積極性和動手操作能力，同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

1.3 培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神

“GIS常用軟件應(yīng)用”實習(xí)過程中，學(xué)生根據(jù)自身能力，揚長避短，自行組成小組，明確責(zé)任分工，不僅可以成功地完成實習(xí)任務(wù)，還可以在實習(xí)過程中發(fā)揮團(tuán)隊成員優(yōu)勢，實現(xiàn)小組成員自己的目標(biāo)，取得具有實用價值的成果；同時在獲得知識過程中還可以培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作的精神，體驗團(tuán)隊合作的樂趣，增進(jìn)同學(xué)之間的合作與交流。在課程學(xué)習(xí)過程中，也尊重了學(xué)生的差異性，注重了不同層次學(xué)生的個性化培養(yǎng)，各自發(fā)揮優(yōu)勢。

1.4 提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力

高等教育應(yīng)該加強學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生研究問題和解決問題的興趣和激情, 只有充分的實踐練習(xí)才能激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新思維[9-12]。然而，“GIS常用軟件應(yīng)用”實習(xí)過程中更應(yīng)該創(chuàng)造出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新型思維的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生充分地利用所學(xué)知識，創(chuàng)造性地分析和解決問題，在解決問題過程中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。特別是在實習(xí)過程中，學(xué)生自選題目，自己設(shè)計實習(xí)內(nèi)容、實習(xí)過程。根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識和掌握的軟件操作技能，積極思考、發(fā)散思維，體驗創(chuàng)新的艱辛，享受實習(xí)的樂趣，應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

“GIS常用軟件應(yīng)用”改革增加實踐學(xué)時(22學(xué)時)，減少課堂教學(xué)(10學(xué)時)，在有限的課堂理論教學(xué)中，應(yīng)該適當(dāng)縮減教學(xué)內(nèi)容，增加GIS軟件的高級功能或模塊的應(yīng)用。GIS專業(yè)學(xué)生在“GIS原理與應(yīng)用”課程中已經(jīng)能夠熟練應(yīng)用ArcGIS軟件進(jìn)行空間分析原理與流程，包括：矢量數(shù)據(jù)空間分析，柵格數(shù)據(jù)空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、三維分析、地統(tǒng)計分析等。在講課過程中增加空間分析模型和建模工具的內(nèi)容，運用GIS空間分析建立數(shù)學(xué)模型的過程，包括明確問題-分解問題-組建模型-檢驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)果-應(yīng)用分析結(jié)果。包括模型生成器(Model Builder)和Python建模工具的應(yīng)用，可以利用Python集成開發(fā)環(huán)境IDLE創(chuàng)建和編輯，在實習(xí)過程中應(yīng)用建模工具進(jìn)行各種分析，為今后工作打下基礎(chǔ)[15]。例如柵格數(shù)據(jù)空間分析流程就可以在Model Builder中創(chuàng)建模型，如圖1所示。

圖1 柵格數(shù)據(jù)空間分析模型

2.2 教學(xué)方式改革

傳統(tǒng)的講課方法為課堂講授法，主要優(yōu)點是傳輸信息量大、重點突出，講授法可以在一定時間內(nèi)進(jìn)行大量知識的講解，有利于教學(xué)任務(wù)的完成。然而傳統(tǒng)的講授方法沒有注重學(xué)生的獨立性，無意中剝奪了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的權(quán)利。

在“GIS常用軟件應(yīng)用”教學(xué)過程中，首先詢問學(xué)生的興趣，將學(xué)生分組，讓學(xué)生自由討論并產(chǎn)生組長，產(chǎn)生想要研究的話題。在小組建立之后，教師詳細(xì)介紹實習(xí)將開展的工作，包括準(zhǔn)備工作，實習(xí)注意事項，數(shù)據(jù)、軟件，實習(xí)流程，實習(xí)報告編寫要求以及考核方式等。各小組根據(jù)指定的實習(xí)計劃需要進(jìn)行需求分析、收集數(shù)據(jù)，包括遙感影像的下載、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的收集和數(shù)據(jù)矢量化、格式轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，并進(jìn)行可行性分析。為了提高GIS專業(yè)學(xué)生的遙感和GIS軟件動手操作能力，教師提供相應(yīng)的指導(dǎo)和資源，學(xué)生按規(guī)定的時間提交成果和報告。

1)建立實習(xí)小組。根據(jù)GIS專業(yè)人數(shù)，由學(xué)生自行組織實習(xí)小組，每組4-5個人，并指定一名組長，學(xué)生依托這個實習(xí)小組，參與整個實習(xí)過程。課程結(jié)束后，各個小組提交實習(xí)成果數(shù)據(jù)(包括各個階段的成果)、實習(xí)報告，并進(jìn)行答辯和成果展示。在小組建立之后，指導(dǎo)教師詳細(xì)介紹實習(xí)將開展的工作，包括準(zhǔn)備工作、實習(xí)注意事項、數(shù)據(jù)、軟件、實習(xí)流程、實習(xí)報告編寫要求以及考核方式等。

2)小組討論，制定實習(xí)計劃。各個實習(xí)小組以抽簽的方式確定實習(xí)范圍，每個小組分別針對河南省的一個地級市進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。在確定實習(xí)范圍后，根據(jù)所選擇的城市的自然、經(jīng)濟和人文條件，小組成員通過收集資料和討論，制定本小組的實習(xí)計劃和實習(xí)流程，包括具體的時間安排。例如，有的城市地處山區(qū)，就可以主要進(jìn)行三維分析；有的城市的河流較多，則主要進(jìn)行水文分析；有的城市旅游資源較多，主要進(jìn)行旅游資源的網(wǎng)絡(luò)分析等；有的城市地處平原，不具有明顯地勢特征，可進(jìn)行環(huán)境污染、礦產(chǎn)資源分析等。指導(dǎo)教師根據(jù)各個小組提供的實習(xí)計劃分別進(jìn)行可行性分析和相應(yīng)的指導(dǎo)，確定最終的實習(xí)計劃。

3)收集數(shù)據(jù)。以小組為單位，分工合作，根據(jù)小組實習(xí)計劃，對所選擇的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，包括遙感影像的下載、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的收集和數(shù)據(jù)矢量化、格式轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。

4)數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)處理與分析階段為“GIS常用軟件應(yīng)用”課程的主要工作，實習(xí)內(nèi)容安排由小組自行安排。為了提高GIS專業(yè)學(xué)生的GIS軟件動手操作能力，根據(jù)小組自定目標(biāo)確定空間分析方法。

3 考核方式改革

“GIS常用軟件應(yīng)用”的考核采用過程性考核，以考核學(xué)生學(xué)習(xí)過程為主，主要包括平時考勤(20%)、實習(xí)成果(40%)和小組答辯(40%)的方式。實習(xí)成果主要包括3個部分：項目報告，個人實習(xí)報告以及實習(xí)最終成果和各個階段的成果。項目報告主要考核學(xué)生項目設(shè)計實施是否合理，最終系統(tǒng)是否符合要求；個人實習(xí)報告是在小組實習(xí)報告基礎(chǔ)上重點突出個人工作的部分。通過提交綜合實習(xí)成果，可以確保每個小組成員積極參與到實習(xí)的各個階段，發(fā)揮所長，提高全體學(xué)生參與的積極性和主動性。小組答辯通過一個主要答辯人進(jìn)行講解，其他小組成員進(jìn)行補充的方式。答辯后師生共同討論、評判在實習(xí)過程中出現(xiàn)的問題、解決問題的方法等。最后根據(jù)學(xué)生在實習(xí)過程中的參與程度、任務(wù)完成情況及提交成果等進(jìn)行評價。通過以上考核方式，真正反映學(xué)生的實際動手能力和解決問題能力。盡管對一些同學(xué)而言，有一定難度，但基本認(rèn)同這種系統(tǒng)化的集中實習(xí)方式，有助于提升學(xué)生的GIS 專業(yè)技能。GIS軟件的學(xué)習(xí)需要長期的摸索才能熟練,除了在課堂上盡可能地給學(xué)生更多的時間去操作學(xué)習(xí),課后學(xué)生可以自主實踐，應(yīng)用各種網(wǎng)絡(luò)教育平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，參加各類GIS技能大賽鞏固所學(xué)知識。

通過學(xué)生提交的成果和與學(xué)生座談等方式，對“GIS常用軟件應(yīng)用”改革所取得的成效進(jìn)行了調(diào)查?？偨Y(jié)得出：①實習(xí)內(nèi)容具有一定挑戰(zhàn)性，學(xué)生解決問題的能力得到了鍛煉，調(diào)動了學(xué)生對GIS學(xué)習(xí)的積極性和主動性；②GIS各類軟件綜合運用的能力有所加強，有利于將來的職業(yè)發(fā)展；③為希望繼續(xù)深造的同學(xué)做了鋪墊，提高學(xué)生科研水平。

4 結(jié)果分析與評價

學(xué)生通過“GIS常用軟件應(yīng)用”，提前預(yù)演了選題、收集數(shù)據(jù)、空間分析、提交成果以及答辯整個過程，提高了他們的綜合能力。這種現(xiàn)象教學(xué)方法既增強了學(xué)習(xí)的積極性和主動性，鍛煉了動手操作能力，又培養(yǎng)了團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新思維能力，同時也增強了語言表達(dá)能力，不僅為畢業(yè)設(shè)計的順利完成做準(zhǔn)備，也為畢業(yè)后走向社會打下堅實的基礎(chǔ)。

本文將河南理工大學(xué)GIS專業(yè)近4年所累積的畢業(yè)生成績信息進(jìn)行抽取。采用多年級數(shù)據(jù)表合并的方式，保留專業(yè)課程和實習(xí)課程成績合并成一張數(shù)據(jù)表。在SQL Server2008中創(chuàng)建學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘方法研究“GIS常用軟件應(yīng)用”與其他課程的關(guān)系。本文挖掘出了大量的關(guān)聯(lián)規(guī)則，本文篩選出如表1所示的部分具有代表性的關(guān)聯(lián)規(guī)則，將有利于本研究目標(biāo)的決策支持。關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果是以規(guī)則的形式表達(dá)，每一條關(guān)聯(lián)規(guī)則都有相應(yīng)的概率(列2)、重要性(列3)、規(guī)則的前件(列4和列5)、規(guī)則結(jié)果(列6)。

從表1各專業(yè)課與“GIS常用軟件應(yīng)用”的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以看出程序設(shè)計類課程高級語言程序設(shè)計和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計對“GIS常用軟件應(yīng)用”課程成績影響較大。這說明GIS專業(yè)與計算機程序設(shè)計關(guān)系密不可分，GIS的畢業(yè)生不僅要具有測繪、遙感等專業(yè)知識還要具有一定軟件應(yīng)用和二次開發(fā)能力。

表1 各專業(yè)課與GIS軟件應(yīng)用課程關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的部分結(jié)果

5 結(jié)束語

現(xiàn)象教學(xué)法這一教學(xué)理念旨在培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、交流、表達(dá)能力和對個人規(guī)劃的能力等。在推廣“基于現(xiàn)象的教學(xué)”的同時，傳統(tǒng)理論知識教學(xué)內(nèi)容會相應(yīng)減少，只保留關(guān)鍵性內(nèi)容?，F(xiàn)象教學(xué)法有助于培養(yǎng)大學(xué)生愉悅的情緒、團(tuán)隊合作精神，可以充分挖掘?qū)W生潛力。

河南理工大學(xué)GIS專業(yè)在專業(yè)課程設(shè)置中進(jìn)行了一系列改革和探索，實踐課程課時逐漸增加，由2010年的21%增加到2016年的33.15%，逐漸形成課堂實習(xí)、野外實習(xí)、課程設(shè)計、集中實習(xí)、綜合實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)6個方面的全方位、立體式、不間斷的實踐課程體系。在實踐內(nèi)容上，根據(jù)課程特點，建立課堂實習(xí)、綜合實習(xí)、創(chuàng)新設(shè)計實習(xí)等“多層次”的實習(xí)形式，構(gòu)建理論驗證、軟件操作、設(shè)計開發(fā)、創(chuàng)新應(yīng)用 “多級”的實驗內(nèi)容。

[1] 新華網(wǎng).芬蘭基礎(chǔ)教育將全面推廣“現(xiàn)象教學(xué)”[EB/OL][2016-11-24].http://news.xinhuanet.com/world/2015-03/26/c_1114771455.htm,2015-03-26.

[2] 中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于中央部門所屬高校深化教育教學(xué)改革的指導(dǎo)意見[EB/OL][2016-11-11]. http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201607/t20160718_272133.html,2016-07-04.

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[責(zé)任編輯：張德福]

The curriculum reform ofGIScommonsoftwareapplicationbased on phenomenon method

WANG Li, JING Haitao, DU Jiusheng

(School of Surveying & Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

GIScommonsoftwareapplicationis a professional course of GIS professional. This paper uses the phenomenon method concept as a guide, exploring “GIS common software application” course teaching reform from Henan Polytechnic University, including teaching content, teaching methods, and assessment methods. The result shows that the phenomenon of reform of teaching method is to respect the dominant position of students, cultivate interest in learning, and improve students’ innovation spirit and team cooperation consciousness, which can improve the teaching effect of teaching methods and flexible teaching content.

phenomenon method; GIS; GIS common software application；reform; teaching philosophy

引用著錄：王 莉，景海濤，杜久升.基于現(xiàn)象教學(xué)法的“GIS常用軟件應(yīng)用”課程改革[J].測繪工程，2017，26(6)：71-74，80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.06.013

2016-08-29

河南理工大學(xué)教改重點項目(2015JG021)

王 莉(1981-)，女，講師，博士.

G642.0

A

1006-7949(2017)06-0071-04