地方高校應用導向型“地理信息系統(tǒng)”教學改革探索
——以綿陽師范學院為例

賈 俊，董廷旭，王建華，胡運海

(綿陽師范學院資源環(huán)境工程學院，四川綿陽 621006)

0 引言

圖1 “地理信息系統(tǒng)”相關科學與技術[1]Fig.1 Relevant Sciences and Technologies of "Geographic Information System"[1]

“地理信息系統(tǒng)”(Geographic Information System)是在計算機軟、硬件系統(tǒng)支持下，運用地理科學、信息管理和相關學科基本理論方法，對地理空間數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析、模擬，為解決復雜規(guī)劃、管理問題提供科學決策的信息管理分析系統(tǒng)[1].自20世紀60年代Tomlinson基于地圖數(shù)字化管理分析的構(gòu)想，首次提出“地理信息系統(tǒng)”概念至今，伴隨著現(xiàn)代計算機、測繪、遙感、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的發(fā)展，“地理信息系統(tǒng)”日益成為國家宏觀決策和區(qū)域多目標開發(fā)的重要技術工具，并廣泛應用于災害監(jiān)測與防治、環(huán)境保護、精細農(nóng)業(yè)、電子商務、交通運輸、國防安全等國民經(jīng)濟和社會生活領域(圖1).

我國地理信息技術雖然起步較晚，但發(fā)展迅速.隨著GIS產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展以及在推動國民經(jīng)濟發(fā)展中扮演越來越重要的作用，GIS人才培養(yǎng)也日益得到關注，自20世紀80年代以來,綜合性大學、師范院校、理工大學相繼開設 GIS 本科專業(yè)[2]；目前，我國約有500多所高校開設了與GIS相關的專業(yè)和課程，200多所高校先后建立了GIS實驗室[3]，圍繞GIS理論、軟件開發(fā)、應用研究，取得了大量的成果.作為一門新興的交叉學科，“地理信息系統(tǒng)”知識更新發(fā)展迅速、實踐性強的課程屬性決定了其人才培養(yǎng)必須要注重與時俱進、重視實踐應用，然而，目前以教師為中心，以課堂講授為主的傳統(tǒng)教學方式制約了應用型GIS人才培養(yǎng)效果.本文以地方應用型高?！d陽師范學院“地理信息系統(tǒng)”(GIS)課程教學現(xiàn)狀調(diào)研分析基礎上，從教學資源配置、教學內(nèi)容和教學方式調(diào)整優(yōu)化、考核方式改革等方面探討建立應用導向型“地理信息系統(tǒng)”人才培養(yǎng)方式，以期提升GIS人才應用實踐能力，更好服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展.

1 教學現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 教學資源

教學基礎設施、軟硬件配置以及師資力量等教學資源是保證教學活動順利開展和人才培養(yǎng)的物質(zhì)基礎.在硬件投入方面，相較于“雙一流”重點院校，作為地方高校，綿陽師范學院獲得的財政支持有限，另一方面，限于學科類型、專業(yè)設置、科研能力薄弱等原因，學院自身造血能力不足，在實驗室、教師隊伍建設、專業(yè)技術裝備購置和軟硬件投入更新方面嚴重滯后.GIS實驗室計算機硬件配置低，壞損率較高，維護困難，遠不能滿足地理大數(shù)據(jù)存儲分析的需要；教學用GIS軟件主要以公益版和學習版為主，軟件功能及穩(wěn)定性有限，無法得到及時升級和技術支持，難以保證教學和科研使用需要.

從事GIS課程教學的老師大多具有地理科學、測繪等相關學科碩士或博士教育背景，但普遍缺乏系統(tǒng)全面的GIS工程應用實踐經(jīng)歷.任課教師立足現(xiàn)有資源，努力整合優(yōu)化教學內(nèi)容設置，拓展講授內(nèi)容的廣度和深度，但缺乏與GIS相關應用項目的產(chǎn)學研結(jié)合，難以有效地從應用實踐和學科前沿的高度引導學生探索GIS發(fā)展趨勢.

1.2 教學內(nèi)容與教學方式

圍繞“掌握GIS基本原理和方法，培養(yǎng)學生應用GIS工具解決實際問題”這一課程教學目標，學院將“地理信息系統(tǒng)”課程教學分為理論和實驗教學兩部分(表1)，根據(jù)不同專業(yè)培養(yǎng)要求，分別設置32+32或40+40學時的教學內(nèi)容.其中，理論教學采用“地理信息系統(tǒng)”“地理信息系統(tǒng)概論”等國家級規(guī)劃教材，以PPT、板書并配以短視頻的方式講授“GIS概論、地理空間數(shù)學基礎、空間數(shù)據(jù)庫管理與組織、數(shù)據(jù)采集與處理和空間分析及應用”等GIS基本理論和方法.實驗教學主要以Mapgis K9學習版和Arcgis 10.2為軟件平臺，分軟件基礎、數(shù)字制圖、基本空間分析、數(shù)字高程模型建立及應用等四個專題，以教師講授基本原理并上機演示，學生驗證實現(xiàn)的方式實施，在熟悉掌握軟件基本操作基礎上，從數(shù)據(jù)獲取與處理、矢量制圖全流程、實現(xiàn)緩沖區(qū)、疊加、網(wǎng)絡分析等基本空間分析到數(shù)字高程模型(DEM)建立與應用，使學生能熟練使用一至兩種GIS主流軟件實現(xiàn)基本的制圖和空間分析操作，初步具備應用GIS工具分析、解決實際問題的能力.目前所采用的教學資源仍然以強調(diào)基礎理論知識的教案、教材為主，形式較為單一，缺乏應用型實例；在課程內(nèi)容設置方面，針對地理科學和遙感科學與技術專業(yè)，在學時和講授內(nèi)容深度上雖有所差異，但在講授內(nèi)容與專業(yè)貼合度、案例的專業(yè)化方面仍有差距.教學方式傳統(tǒng)、形式單一，難以充分調(diào)動學生主動學習的積極性.

表1 “地理信息系統(tǒng)”理論及實驗教學內(nèi)容安排Tab.1 The Theory and Experimental Teaching Arrangement of "Geographic Information System"

續(xù)表1：

理論課教學單元教學內(nèi)容教材章節(jié)學時實驗課教學模塊教學內(nèi)容學時數(shù)據(jù)采集與處理空間數(shù)據(jù)來源空間數(shù)據(jù)采集數(shù)學基礎變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)壓縮等第6章4數(shù)字制圖數(shù)據(jù)獲取、地圖矢量化、圖形裁剪與圖幅拼接、專題地圖制作8空間分析及應用空間數(shù)據(jù)查詢與空間度量、緩沖區(qū)分析、疊合分析、網(wǎng)絡分析、DEM&DTA、空間統(tǒng)計分析第7章～第10章12基本空間分析;DEM建立及應用空間分析原理及應用14

1.3 課程考核

“地理信息系統(tǒng)”作為專業(yè)必修課，課程考核由“出勤成績”“平時成績”“實驗成績”“末考成績”分別按1∶2∶2∶5的比例組成.平時成績主要采用課后作業(yè)、課堂討論等方式，及時反饋學生對課堂知識的掌握情況；實驗成績以實驗報告為載體，兼顧學生實驗課操作及實驗目標完成情況.期末考試由60%的客觀題(專業(yè)名詞解釋、填空、選擇題)和40%的主觀題(論述、綜合題)組成.雖然課程考核設置了課堂討論和期末主觀題考核等環(huán)節(jié)，但平時實驗考核內(nèi)容及考核方式相對固化，缺乏學生參與性和探索性，此外，期末非標準答案應用型試題的比例仍有待提高，以進一步調(diào)動學生運用知識，分析、解決實際問題的積極性.

2 應用導向型教學方式的構(gòu)建

在國家發(fā)展地方高校應用型人才培養(yǎng)戰(zhàn)略目標支撐下，基于《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》，教育部以“大學改革試點戰(zhàn)略研究”為研究目標，于2015年頒布《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉(zhuǎn)變的指導意見》，明確提出要以需求為導向，建立以提高實踐能力為引領的人才培養(yǎng)流程，擴大學生的學習自主權，實施以學生為中心的啟發(fā)式、合作式、參與式教學，構(gòu)建“工學結(jié)合、知行合一”的應用型人才培養(yǎng)體系，這為“應用導向型”教學改革指明了方向.

2.1 課程思政

思想政治理論課是培養(yǎng)合格的社會主義接班人，高校堅持社會主義辦學方向，確保育人工作貫穿教育教學全過程的關鍵課程[4-5].培養(yǎng)造就合格的服務地方應用型人才，首先要解決好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這個根本問題.培養(yǎng)熱愛祖國和人民，熱愛黨，愿意為人民服務，為共產(chǎn)主義事業(yè)奮斗終身，具有高尚道德情操的人是人才培養(yǎng)的第一要務.根據(jù)《四川省教育廳關于全面推進高?！罢n程思政”建設落實立德樹人根本任務的實施意見》文件精神，一方面，在開展GIS教學工作時，要始終堅持德育為先的教學理念，通過我國在北斗衛(wèi)星導航、超級計算機、量子通信等領域的杰出成就以及李小文、黃大年等一大批愛國科技工作者科研報國，奉獻終身的光榮事跡等正面典型來教育、引導、感化、激勵青年學生樹立正確的人生觀、世界觀、價值觀，樹立遠大的理想、高尚的愛國情操，激發(fā)學生刻苦學習，努力奮斗，將個人價值的實現(xiàn)與國家富強民族復興的偉大事業(yè)相統(tǒng)一，只有思想通了，學習效果才能事半功倍；另一方面，要堅持以人為本，關心愛護學生，尊重學生人格，平等公正對待學生.在教學設計、組織上以學生為中心，統(tǒng)籌兼顧學生的不同需求；“其身正，不令而行，其身不正，雖令而不行”，教師應為人師表，親身踐行“社會主義核心價值觀”，為學生樹立良好道德模范，潛移默化教育、塑造、改變學生，促進學生身心健康發(fā)展.

2.2 教師隊伍及教學資源建設

要培養(yǎng)出一流的人才，首先需要德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)教師隊伍.教師隊伍建設是提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)社會主義建設者的關鍵一環(huán).針對從事GIS課程教學的老師缺乏系統(tǒng)全面的GIS工程應用實踐經(jīng)歷，產(chǎn)學研脫節(jié)這一實際問題，一方面，學院通過 “外引”專業(yè)過硬、實踐經(jīng)驗豐富的技術人員，或全職或以“客座教授”的形式深度參與教學、學生實踐、科研環(huán)節(jié)，提升“雙師型”教師隊伍比例，以點帶面，以老帶新，推動“理論型”青年教師向教研相長“應用型”轉(zhuǎn)變.另一方面，應重視內(nèi)部挖潛，通過校企合作、校際合作，定期舉辦專業(yè)技術培訓，學術報告會、技術論壇，安排教師到企業(yè)專業(yè)技術崗位頂崗掛職，參與科研生產(chǎn)項目，逐步實現(xiàn)教學研相結(jié)合，不斷提升教師應用實踐能力；選送青年骨干教師到相關高校、科研機構(gòu)訪學，提升專業(yè)素養(yǎng).

在不斷提升教師隊伍素質(zhì)的基礎上，還要不斷優(yōu)化拓展教學資源[6].首先，梳理細化課程各章節(jié)的知識網(wǎng)絡和重、難點，結(jié)合教師自身專業(yè)特點和所從事的優(yōu)勢科研領域，在課程組、教學系內(nèi)部開展教師間的交流協(xié)作，構(gòu)建內(nèi)容豐富且適用性強的教學案例庫.在教學案例庫的構(gòu)建中，除了以應用為導向，注重實踐能力的培養(yǎng)，還應兼顧課程基礎、前沿、專業(yè)層次、學生知識和興趣方面的差異，以多樣化的課程專題，多層次、多角度構(gòu)建特色教學資源，把基本理論與實際應用有機結(jié)合起來.其次，應不斷提升教師隊伍現(xiàn)代教育技術應用水平，充分挖掘利用慕課(MOOCs)、全國普通高等學校公共教學素材資源庫(SYNC)、愛課程(iCourse)等在線教育資源，博采百家之長，深化拓展課程講授的深度和廣度.第三，積極鼓勵學生參與教學資源的開發(fā)，學生可以根據(jù)學科背景和個人興趣愛好，采用Flash、MV、課堂小講壇等多種形式解析課程知識點，建立與實際應用的聯(lián)系，不斷積豐富案例庫，化抽象、生澀的知識點為貼近生活實際的小案例，寓教于樂，更利于學生理解掌握.

2.3 課程內(nèi)容調(diào)整優(yōu)化

教材是學生獲取知識的第一手資源，應針對不同知識層次和培養(yǎng)方向的學生，選擇適合的教材.由湯國安、黃杏元教授編寫，高等教育出版社的“地理信息系統(tǒng)”“地理信息系統(tǒng)概論”等國家級規(guī)劃教材全面系統(tǒng)闡述了GIS的發(fā)展歷程、基本架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)到空間分析和應用，具有較好的科學性和理論性.但作為交叉學科，“地理信息系統(tǒng)”除了地理學以外，涵蓋了測量學、信息科學、計算機科學、攝影測量與遙感、統(tǒng)計學等諸多學科，要求學生具備較高的綜合素質(zhì)和相對完備的前期知識儲備.受專業(yè)、培養(yǎng)計劃以及教學安排等客觀條件限制，地方應用型高校學生對于相關學科知識的儲備有限，造成了對“地理信息系統(tǒng)”部分知識理解掌握困難.以地理科學師范專業(yè)為例，學生主要以文科生為主，大學階段除大學低年級開設的計算機基礎、現(xiàn)代教育技術等計算機公共課程以外，缺乏對諸如計算機數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法以及網(wǎng)絡技術等計算機專業(yè)知識的了解，給“地理信息系統(tǒng)”課程中有關空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間統(tǒng)計分析等章節(jié)的學習帶來較大的困難.

有鑒于此，對于GIS課程內(nèi)容的設置應遵循因材施教，按需調(diào)整的原則，根據(jù)不同專業(yè)學生的專業(yè)特點和知識儲備，靈活調(diào)整課程內(nèi)容[7-8].對于地理科學專業(yè)師范類學生，重在理解掌握“地理信息系統(tǒng)”的基本概念、方法和原理，對數(shù)據(jù)處理、算法、數(shù)據(jù)庫技術等章節(jié)可適度調(diào)整優(yōu)化；同時，針對專業(yè)特點，提供與其方向相關的豐富實用的教學材料和具體案例，例如，GIS在中學地理教學中的應用，增加學生學習興趣，提升學生運用GIS軟件分析解決實際問題的能力.對于遙感、測繪等GIS相關專業(yè)的學生，一方面，在保證GIS基礎性知識教學效果的前提下，可酌情增加數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、空間統(tǒng)計分析等章節(jié)的講授時間，加深計算機、數(shù)理統(tǒng)計等相關學科知識的講授；另一方面，擴大學生的學習自主權，鼓勵引導學生通過自學或選修相關課程，拓展知識面，增加GIS相關學科知識儲備.

2.4 教學方式調(diào)整

現(xiàn)階段課堂教學多以老師為中心，以板書、PPT為載體，以課堂講授為主，輔以問答的方式完成單向、填鴨式的教學，教師主導教學安排、教學組織以及學生的學習方式[9].這種傳統(tǒng)教學方式以嚴格的紀律性，保證了教學計劃的順利實施，對于基礎知識的傳授具有較好的效果.但不可否認，在教學全過程中，作為課堂主體的學生始終處于被動接收狀態(tài)，課堂參與度有限，注意力不易集中，學生對課程內(nèi)容關注點和興趣點被動趨同，背離應用型人才培養(yǎng)“因材施教”的教學理念.同時，“地理信息系統(tǒng)”作為一門應用型較強的交叉學科，其內(nèi)容廣泛、抽象、時效性強、實踐能力要求高等特點，課堂教學效果較大程度依賴于教師個人的專業(yè)能力和素養(yǎng).因此，應改革以教師為中心，教學方式單一，重理論輕實踐的教學模式，翻轉(zhuǎn)課堂，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心，啟發(fā)式、合作式、參與式的新型教學方式，重視引導學生的自主、創(chuàng)造性學習能力[10-11].首先，教師結(jié)合學生專業(yè)背景，創(chuàng)設實際問題，引導學生通過查閱資料，自主開展課前準備，初步明確學習內(nèi)容；教學過程中，圍繞教學內(nèi)容，以應用案例導入課程教學，提出若干問題，鼓勵學生協(xié)同合作，通過小組討論，初步分析解決問題；第三，通過學生與學生、學生與老師之間的課堂討論，辨析問題，培養(yǎng)學生獨立思考的能力；最后，教師對重難點總結(jié)梳理，對共性問題答疑解惑，輔以適量相似的課后習題，加深認識(圖2).

圖2 以“學生為中心”的教學方式Fig.2 Student-centered Teaching Approach

2.5 優(yōu)化考核方式

考核不僅是評價學生對課程理論知識掌握程度的重要一環(huán)，也應該成為考評學生實踐能力的重要手段.“地理信息系統(tǒng)”的課程屬性決定了動手實踐是學生理解消化知識，學思結(jié)合，綜合運用“3S”技術手段分析、解決問題的重要學習方式.現(xiàn)階段課程考核方式的構(gòu)成偏重對理論知識的考核，實踐部分僅占20%，且多以紙質(zhì)實驗報告的方式反映，導致學生以死記硬背的方式片面機械化記憶學習，對“地理信息系統(tǒng)”的知識體系、技術方法之間的關聯(lián)缺乏理解，制約了學生獨立思考和應用能力的養(yǎng)成.為了調(diào)動學生實踐動手的積極性，在考核環(huán)節(jié)應加強實踐能力的考核，在教學環(huán)節(jié)鼓勵學生圍繞實際問題積極參加課堂或小組討論，并納入平時成績；提高實驗、綜合實訓等實踐環(huán)節(jié)的權重；實踐環(huán)節(jié)的考評依據(jù)不局限于實驗報告，增加技術方案、案例作品等多種考評形式；在期末考試中，適度加入無標準答案主觀試題的分值權重.

3 結(jié)語

應用型人才培養(yǎng)是支持地方經(jīng)濟社會發(fā)展，解決應用技能型人才需求缺口，緩解畢業(yè)生就業(yè)問題的重要途徑.圍繞應用型人才培養(yǎng)目標，通過對綿陽師范學院“地理信息系統(tǒng)”課程教學現(xiàn)狀的梳理，認為存在教學資源投入不足、教師隊伍缺乏工程應用實踐經(jīng)歷、教學內(nèi)容、教學方式和課程考核不適于“應用型”人才培養(yǎng)要求等問題，提出通過課程思政立德樹人、深化教師隊伍及教學資源建設、優(yōu)化調(diào)整課程內(nèi)容和考核方式，構(gòu)建“以學生為中心”的啟發(fā)式、合作式、參與式教學方式，探索建立一套“工學結(jié)合、知行合一”的應用導向型教學模式.