CDIO模式在地理信息系統(tǒng)教學(xué)中的實(shí)踐與研究

王紅巖 陳愛(ài)兵

摘要：文章提出了基于CDIO理念的地理信息系統(tǒng)課程的教學(xué)改革模式，設(shè)計(jì)了注重學(xué)生工程能力培養(yǎng)的創(chuàng)新型課程體系內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)CDIO工程教育模式的訓(xùn)練，課程知識(shí)結(jié)構(gòu)體系更加完整，個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力得到了全面提高。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；地理信息系統(tǒng)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）22-0193-02

CDIO工程教育模式是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)自2000年起經(jīng)過(guò)四年的探索研究，創(chuàng)立的一項(xiàng)國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，要求以綜合的培養(yǎng)方式讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，畢業(yè)生能達(dá)到工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面的預(yù)定目標(biāo)。地理信息系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中引入CDIO工程教育理念，可以改變傳統(tǒng)教學(xué)模式中僅注重理論教學(xué)的做法，更加重視提高學(xué)生分析和解決實(shí)際專業(yè)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新精神，適應(yīng)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需求。

一、CDIO模式下地理信息系統(tǒng)課程大綱的內(nèi)容設(shè)計(jì)和培養(yǎng)目標(biāo)

地理信息系統(tǒng)是資源勘查工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其基本概念、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間分析等理論知識(shí)抽象難懂，同時(shí)要求學(xué)生能夠利用地理信息系統(tǒng)軟件解決本專業(yè)應(yīng)用中的一些實(shí)際問(wèn)題。與資源勘查工程專業(yè)的其他專業(yè)課程相比，地理信息系統(tǒng)這門課程對(duì)學(xué)生的理解和實(shí)踐能力都提出了更高的要求。根據(jù)本課程的內(nèi)容體系、專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，結(jié)合CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)和課程教學(xué)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)課程的大綱內(nèi)容，更加注重專業(yè)知識(shí)和綜合能力的培養(yǎng)，具體包括：（1）掌握地理信息系統(tǒng)基本概念、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理等理論知識(shí)；（2）掌握MapGIS Section軟件的操作方法和步驟；（3）自主學(xué)習(xí)地理信息系統(tǒng)理論知識(shí)的能力；（4）對(duì)地理信息系統(tǒng)發(fā)展前沿趨勢(shì)的把握；（5）具備一定的軟件工程思維能力；（6）具備職業(yè)技能和道德；（7）具備在地理信息系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目小組中的團(tuán)隊(duì)合作溝通能力；（8）掌握一定的地理信息系統(tǒng)專業(yè)英語(yǔ)；（9）了解地理信息系統(tǒng)和行業(yè)的外部和社會(huì)環(huán)境；（10）熟悉地理信息系統(tǒng)構(gòu)思與設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行過(guò)程。

二、CDIO模式下的地理信息系統(tǒng)課程實(shí)施

1.以工程項(xiàng)目為載體，注重學(xué)生工程能力培養(yǎng)的創(chuàng)新型課程體系設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的課程體系設(shè)計(jì)多以教師講授、灌輸式的知識(shí)傳授為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏主動(dòng)思考問(wèn)題的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致對(duì)課程學(xué)習(xí)興趣不高，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉和培養(yǎng)較為薄弱，特別是以綜合的培養(yǎng)方式讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的內(nèi)容設(shè)計(jì)十分欠缺。為此，根據(jù)CDIO課程大綱的培養(yǎng)目標(biāo)和要求，在地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中將課程的工程項(xiàng)目設(shè)置為如下三個(gè)層級(jí)的內(nèi)容：（1）設(shè)置基本原理工程項(xiàng)目案例。將課程主要內(nèi)容分解成具體實(shí)踐案例，學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，選擇感興趣的案例并獨(dú)立思考，對(duì)項(xiàng)目案例進(jìn)行分析，提出見(jiàn)解并完成具體的工程項(xiàng)目案例，最后師生共同對(duì)項(xiàng)目完成情況進(jìn)行交流總結(jié)，教師和學(xué)生通過(guò)自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，完成課程工程項(xiàng)目案例的效果總結(jié)和評(píng)估。整個(gè)實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)教師在接下來(lái)的教學(xué)中可以進(jìn)一步完善或應(yīng)用，而學(xué)生也在親身探究實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的過(guò)程中加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也能不斷敦促教師改進(jìn)相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)。根據(jù)工程項(xiàng)目案例教學(xué)的實(shí)施過(guò)程，以GIS的基本功能作為主線串起課程內(nèi)容的主要知識(shí)點(diǎn)，從空間數(shù)據(jù)的獲取到空間數(shù)據(jù)的分析、產(chǎn)品的輸出過(guò)程，設(shè)置的工程項(xiàng)目案例涵蓋了GIS的基本功能、基本概念和空間分析理論等，除了基本功能項(xiàng)目案例，還設(shè)置了5個(gè)資勘專業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目，分別是柱狀圖的生成、繪制等值線、圖切剖面圖、MapGIS Section在化探中的應(yīng)用和MapGIS Section在成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。（2）與資源勘查工程專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程、實(shí)踐課程建立聯(lián)系，如礦產(chǎn)勘察學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、填圖實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等，使學(xué)生對(duì)地理信息系統(tǒng)在具體專業(yè)中的應(yīng)用有清晰的認(rèn)識(shí)和理解。以填圖實(shí)習(xí)為例，實(shí)習(xí)要求學(xué)生提交的成果包括：①實(shí)習(xí)區(qū)地質(zhì)報(bào)告一份；②實(shí)習(xí)區(qū)1∶10000地形地質(zhì)圖一份（包括綜合地層柱狀圖和圖切剖面）；③原始資料：包括野外記錄本、剖面記錄表、厚度計(jì)算表；④實(shí)測(cè)剖面圖、實(shí)測(cè)剖面柱狀圖。按照實(shí)習(xí)分組，讓學(xué)生分組交流討論，利用MapGIS Section軟件合作來(lái)完成上述實(shí)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生對(duì)理論和實(shí)踐內(nèi)容的綜合運(yùn)用更加熟練和靈活。通過(guò)與相關(guān)專業(yè)課程、實(shí)踐課程建立有效的聯(lián)系，學(xué)生能夠清楚認(rèn)識(shí)GIS在所學(xué)專業(yè)中的應(yīng)用，了解GIS從專業(yè)調(diào)查到GIS結(jié)果實(shí)現(xiàn)的完整過(guò)程，讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的工程項(xiàng)目實(shí)踐意識(shí)和素質(zhì)。（3）相關(guān)新技術(shù)與地理信息系統(tǒng)發(fā)展的相互促進(jìn)作用與技術(shù)融合實(shí)例展示。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用，“3S”集成技術(shù)由理論研究成為科技發(fā)展的必然。

2.注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)和個(gè)人能力，采用靈活多樣的教學(xué)組織形式。（1）課堂講授。對(duì)課程的基本概念和理論知識(shí)以老師的課堂講授為主，針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，如地形圖的分幅編號(hào)、空間分析原理等內(nèi)容，通過(guò)通俗易懂的實(shí)例講解使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握不僅停留在理論概念上，更能在實(shí)際案例中深刻理解。（2）上機(jī)操作演示。對(duì)地理信息系統(tǒng)軟件的操作使用進(jìn)行上機(jī)操作演示，特別是如何使用軟件解決資源勘查工程專業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題，如在該專業(yè)的填圖實(shí)習(xí)中，從野外踏勘到最終提交實(shí)習(xí)報(bào)告，整個(gè)過(guò)程中涉及到的圖件制作內(nèi)容均由地理信息系統(tǒng)軟件完成，讓學(xué)生了解該課程如何和其他專業(yè)內(nèi)容進(jìn)行有效的銜接和結(jié)合。（3）小組專題報(bào)告。根據(jù)課程內(nèi)容適當(dāng)布置課程相關(guān)的主題，比如“地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些（具體應(yīng)用案例）？”、“按照軟件工程原理方法與應(yīng)用項(xiàng)目組織管理規(guī)范描述主要結(jié)構(gòu)、內(nèi)容與流程，結(jié)合所學(xué)專業(yè)進(jìn)行GIS應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并敘述項(xiàng)目實(shí)施主要步驟與要點(diǎn)”、“GIS在資源勘查專業(yè)中的應(yīng)用”、“GIS與大數(shù)據(jù)”、“GIS在醫(yī)療設(shè)施分布中的應(yīng)用”等等，學(xué)生也可自行制定與課程相關(guān)的主題，但需要與老師溝通后確定。學(xué)生自愿組合成小組，從中選擇感興趣的主題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找文獻(xiàn)資料、小組討論完成專題報(bào)告，并制作幻燈片作專題報(bào)告，然后由老師和學(xué)生針對(duì)內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和提問(wèn)。學(xué)生從自行選題到收集資料以及報(bào)告的完成，使學(xué)生對(duì)畢業(yè)實(shí)踐和論文的順利完成提前進(jìn)行了預(yù)演和實(shí)踐。（4）網(wǎng)絡(luò)課堂學(xué)習(xí)。將課程的相關(guān)資料上傳到網(wǎng)上，建立網(wǎng)絡(luò)在線課程，學(xué)生可以在線學(xué)習(xí)課程，并開設(shè)論壇對(duì)課程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論和解答，作業(yè)也可以通過(guò)在線課程進(jìn)行提交。

3.綜合考量學(xué)生工程素質(zhì)，建立完善合理的課程考核體系?；贑DIO的工程教育模式以工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，因此課程的考核應(yīng)該主要依據(jù)學(xué)生在項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中的不同能力表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和實(shí)際解決問(wèn)題能力的考查。（1）除了傳統(tǒng)的筆試和上機(jī)操作考核以外，考核形式增加口試和學(xué)生之間互評(píng)的方式，各項(xiàng)考核指標(biāo)通過(guò)電子表格逐項(xiàng)記錄，做到有據(jù)可查；（2）總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、自學(xué)內(nèi)容答辯、上機(jī)操作和期末成績(jī)組成。平時(shí)成績(jī)包括上課考勤、回答問(wèn)題、小作業(yè)等組成，占20%；自學(xué)內(nèi)容答辯主要根據(jù)學(xué)生PPT的內(nèi)容和答辯情況決定，占20%；上機(jī)主要根據(jù)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)操作的掌握和具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、完成過(guò)程評(píng)判，占30%；期末成績(jī)主要是考察對(duì)課程主要理論知識(shí)的掌握，占30%?？己烁又匾暽蠙C(jī)實(shí)踐和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，通過(guò)逐漸完善課程的多元化考核形式，更加客觀、公平、合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

基于CDIO工程教育模式的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)方法，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的重大探索實(shí)踐，通過(guò)針對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，使學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目的組織、設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程中，提高了個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，鍛煉并培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，同時(shí)可以開闊學(xué)生的視野，激發(fā)創(chuàng)新思維，學(xué)生的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)體系更加完整，更具工程意識(shí)和工程素養(yǎng)，能夠更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需求。

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