基于科技創(chuàng)新教育的地理學(xué)專利案例教學(xué)研究

尚海龍，郭 貞

（凱里學(xué)院，貴州凱里 556011）

0 引言

師范院校地理科學(xué)專業(yè)作為師范生創(chuàng)新教育的重要載體，承擔(dān)著創(chuàng)造地理知識的核心功能，如何對師范生進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)與科技創(chuàng)新教育已是課程改革亟待解決的科學(xué)問題，也是地理教學(xué)研究的熱點.隨著科技創(chuàng)新教育的快速發(fā)展，高等院校專利擁有量大幅增加，實現(xiàn)專利產(chǎn)學(xué)研之間的聯(lián)系與互動，已引起教育教學(xué)工作者的重視.Assessment of technological capability in science industry linkage in China by patent database 等論文［1-3］和《物聯(lián)網(wǎng)的觸點——RFID技術(shù)及專利的案例應(yīng)用》等著作［4-6］，從不同學(xué)科和視角，系統(tǒng)闡述了專利案例在高等院校創(chuàng)新教育與課程改革中的應(yīng)用及科技人才培養(yǎng)問題，為地理學(xué)實踐教學(xué)引入專利案例指明了方向.

筆者發(fā)明了“旅游智能地圖”等地理教具專利［7-9］、“包裝袋（云丹硒鋅生態(tài)米）”等國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品系列專利［10-11］，將其作為案例資源，應(yīng)用于實踐教學(xué)，對于培養(yǎng)師范生科技創(chuàng)新能力與發(fā)展地理核心素養(yǎng)有著重要作用.因此，如何運用地理學(xué)理論與方法，開發(fā)專利案例資源，直接服務(wù)于實踐教學(xué)與科技創(chuàng)新教育，將是一個全新的科學(xué)問題，亟待開拓與系統(tǒng)研究.

1 專利設(shè)計融合實踐教學(xué)模式的案例分析

1.1 融合課程實踐內(nèi)容的專利案例分析

教學(xué)中，筆者施教地理專業(yè)課程時，融合實踐內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生在實驗裝置、地圖運用、教具改進(jìn)等方面提出了實用的新技術(shù)方案，獲得《一種地理教學(xué)用多功能地球儀》、《旅游智能地圖》、《一種用于旅游行業(yè)的智能地圖服務(wù)系統(tǒng)》等系列實用新型專利授權(quán).目前，這些專利已作為案例教學(xué)資源，在地理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課與學(xué)生師范技能訓(xùn)練課中得以推廣與應(yīng)用，取得了良好的創(chuàng)新效益.

以《地理教學(xué)論》第10 章“地理實踐活動”教學(xué)為例，筆者將實踐內(nèi)容與專利案例相融合，以“一種地理動態(tài)演示教學(xué)用具”為實例，主要從設(shè)計背景、設(shè)計摘要、設(shè)計附圖與教學(xué)效果等方面進(jìn)行示范教學(xué)，對于提升教學(xué)效果與培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新興趣產(chǎn)生了積極作用.

案例1 實用新型專利：一種地理動態(tài)演示教學(xué)用具.設(shè)計人：尚海龍，郭貞.

發(fā)明背景：地理教具的使用可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富其感性認(rèn)識，幫助他們形成地理核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力.目前，市場上的三球儀和晨昏儀演示教具，功能與結(jié)構(gòu)較為單一、動態(tài)指示效果欠佳，對于培養(yǎng)學(xué)生地理意識具有一定的制約作用，已不能滿足核心素養(yǎng)教學(xué)的需要.因此，發(fā)明一種地理動態(tài)演示教學(xué)用具，可以解決已有相關(guān)教具專利技術(shù)中出現(xiàn)的問題.

發(fā)明摘要：該實用新型專利公開了一種地理動態(tài)演示教學(xué)用具，包括底座、固定弧架和移動圈道.使用時，地球球體通過移動塊滑動連接在移動導(dǎo)軌上，移動導(dǎo)軌以太陽球體為中心，模擬地球公轉(zhuǎn)軌道的形狀，使學(xué)生直觀感知地球、太陽和公轉(zhuǎn)導(dǎo)軌三者的聯(lián)系.套筒和連接桿，幫助學(xué)生理解地球公轉(zhuǎn)引起的四季變化、近日點、遠(yuǎn)日點以及極晝極夜等自然現(xiàn)象.球體轉(zhuǎn)動連接在地球軸上，通過外界之光照射地球球體，使球體產(chǎn)生明暗面，同時球體的表面上設(shè)有環(huán)形凸起物，能夠展現(xiàn)球體表面的地理物象，轉(zhuǎn)動球體可以為學(xué)生演示晝夜交替現(xiàn)象及幫助他們理解地球時區(qū)劃分知識.

教學(xué)效果：該教學(xué)用具適用于大學(xué)和中學(xué)多種地理教學(xué)演示教學(xué)場合，也是一種天文教學(xué)和天文知識普及儀器.學(xué)生通過實踐，能夠獲取所需的地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、時區(qū)等綜合信息，有智能、快捷與人性化的特點.使用時，不僅可以演示日食和月食、月球的盈虧、地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)、晝夜和四季的交替等現(xiàn)象，而且還可以根據(jù)經(jīng)線，將球體進(jìn)行經(jīng)度分割，使每個經(jīng)度區(qū)域的關(guān)鍵時空信息均通過移動塊內(nèi)置的介紹手冊直觀反應(yīng).本實用新型與課程實踐內(nèi)容相融合，可視化效果逼真，能夠加深學(xué)生對時區(qū)劃分原理、地理空間數(shù)據(jù)的綜合理解，教具操作方便快捷，其輔助教學(xué)效果良好，有利于提升教學(xué)與創(chuàng)新教育效果.

1.2 融合服務(wù)區(qū)域發(fā)展的專利案例分析

筆者基于地理教學(xué)承擔(dān)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的功能，教育教學(xué)中，指導(dǎo)師范生為黔東南國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品做出了富有美感并適于工業(yè)應(yīng)用的新設(shè)計，獲得“包裝袋（云丹硒鋅生態(tài)米）”、“包裝盒（苗家養(yǎng)生紅白酸）”、“包裝盒（塔石生態(tài)香羊）”、“包裝盒（榕江生態(tài)小香雞）”等系列外觀設(shè)計專利授權(quán)，部分成果已實現(xiàn)了從作品——產(chǎn)品——商品的轉(zhuǎn)化.師范技能訓(xùn)練中，地理專業(yè)學(xué)生已能初步運用CDR 軟件進(jìn)行地理標(biāo)志產(chǎn)品外觀設(shè)計，服務(wù)地方發(fā)展的熱情極高.此實踐既拓寬了專利案例資源開發(fā)的領(lǐng)域，又對師范生進(jìn)行了科技創(chuàng)新訓(xùn)練.

以《區(qū)域分析與區(qū)域規(guī)劃》第9 章第2 節(jié)“區(qū)域發(fā)展優(yōu)勢”教學(xué)為例，為了突出地理教學(xué)為民族地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的功能，筆者特將“包裝盒（苗家養(yǎng)生紅白酸）”作為案例，主要從設(shè)計理念、外觀圖片與教學(xué)效果等方面進(jìn)行示范教學(xué).

案例2 外觀專利：“包裝盒（苗家養(yǎng)生紅白酸）”.設(shè)計人：尚海龍，徐宏，楊秀美.

設(shè)計簡介：本設(shè)計以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)，凸顯黔東南苗族特色，融旅游商品、國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品與農(nóng)特產(chǎn)品元素寓一體.它用于包裝苗家紅酸湯與白酸湯，突破了以往僅有的或紅或白酸湯單一袋裝（瓶）形式，體現(xiàn)養(yǎng)生理念，是紅、白酸湯姊妹裝，以促進(jìn)地理標(biāo)志產(chǎn)品苗家紅酸湯與白酸湯產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展.同時，作品將養(yǎng)生旅游元素注入設(shè)計，對于提升苗家養(yǎng)生酸湯產(chǎn)業(yè)的綜合市場競爭力有重要意義.

外觀圖片：包裝盒設(shè)計包括兩個部分，平面效果圖（見圖1）和立體效果圖（見圖2）.

圖1 平面效果

圖2 綜合效果

教學(xué)效果：實現(xiàn)地理學(xué)為民族地區(qū)鄉(xiāng)村振興服務(wù)的目標(biāo)，離不開國家地理標(biāo)志產(chǎn)品的開發(fā).該專利實例的運用，使學(xué)生認(rèn)識到地標(biāo)產(chǎn)品在民族經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的積極作用與地理科學(xué)為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)服務(wù)的神圣使命.通過實例教學(xué)，實現(xiàn)了外觀設(shè)計專利案例與實踐教學(xué)較好的融合創(chuàng)新，豐富了地理案例教學(xué)的科技內(nèi)容與形式，凸顯了案例教學(xué)的地域化，對促進(jìn)地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場化及產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新效益有著重要意義.

2 以地理學(xué)專利為載體的學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)

以地理學(xué)專利為載體，將其融入高等學(xué)校師范范專業(yè)地理案例教學(xué)，對于培養(yǎng)地理專業(yè)師范生實踐能力與科技創(chuàng)新素養(yǎng)具有積極作用.案例教學(xué)中，筆者將地理實用新型教具、國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品外觀設(shè)計等專利運用與地理案例教學(xué)進(jìn)行了融合創(chuàng)新，既豐富了地理案例教學(xué)的科技內(nèi)容與形式、凸顯了案例教學(xué)的科技化與地域化，又促進(jìn)了學(xué)生專利素質(zhì)教育水平、多元思維能力、地理實踐力及科技創(chuàng)新素養(yǎng)的提升.

2.1 對學(xué)生進(jìn)行專利素質(zhì)教育

地理教學(xué)中，筆者將專利案例與實踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)社會服務(wù)、校本課程建設(shè)等相融合，從專利基礎(chǔ)知識、專利申請的審查程序、專利申請文件范式與專利產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面對師范生進(jìn)行專利素質(zhì)教育，以培養(yǎng)他們專利創(chuàng)新發(fā)展能力（見圖3［12］）.課堂之外，筆者常憑借學(xué)校及其他單位舉辦的科技與創(chuàng)新活動，將比賽項目與專利設(shè)計相融合，通過比賽實踐對師范生進(jìn)行專利素質(zhì)教育.

圖3 專利創(chuàng)新發(fā)展能力

2.2 訓(xùn)練學(xué)生多元思維能力

課外活動中，學(xué)院地理教研組以創(chuàng)新團(tuán)隊和科技社團(tuán)為依托，通過地理學(xué)專利設(shè)計活動對師范生進(jìn)行多元思維能力的培養(yǎng)，挖掘其多元化創(chuàng)新思維潛力.運用“5＋3”的模式進(jìn)行多元思維訓(xùn)練，“5”代表5 人組成設(shè)計組，每個成員至少參加5 次創(chuàng)新思維訓(xùn)練，如創(chuàng)新風(fēng)暴、科技沙龍、制作設(shè)計、我愛發(fā)明等；“3”指的是設(shè)計小組須結(jié)合地理專業(yè)知識，至少上交3 份創(chuàng)新思維設(shè)計方案或作品，如自制雨量儀、夜光地圖、趣味地球儀、地標(biāo)產(chǎn)品外觀等具有創(chuàng)新性的設(shè)計方案或者小作品，作為階段性訓(xùn)練考核成果.通過訓(xùn)練，師范生地理多元思維能力與地理核心素養(yǎng)明顯提升.

2.3 培養(yǎng)學(xué)生地理實踐力

地理學(xué)案例教學(xué)中，筆者以“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目”、“挑戰(zhàn)杯”、“互聯(lián)網(wǎng)+”及學(xué)生課題等活動為途徑，要求師范生將地理學(xué)制作、發(fā)明作為結(jié)題主要成果，提升他們對已有專利設(shè)計的運用能力，并在比較中聯(lián)系專業(yè)實際進(jìn)行創(chuàng)新.具體做法：要求師范生憑借學(xué)校的專利數(shù)據(jù)庫檢索與獲取地理學(xué)專利信息；鼓勵師范生參加各種專利文獻(xiàn)信息運用講座；指導(dǎo)師范生分析熟悉的地理學(xué)教具技術(shù)，發(fā)現(xiàn)不足，并提出改進(jìn)方案；舉辦小發(fā)明、小制作，鍛煉師范生的專利運用能力與科技創(chuàng)新能力.同時，筆者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)地理學(xué)專利信息庫對師范生制作能力培養(yǎng)與知識創(chuàng)造大有裨益.科技創(chuàng)新教育中，制作能力培養(yǎng)是關(guān)鍵.師范生通過參加地理學(xué)專利設(shè)計，科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽及科技基地訓(xùn)練等活動，獲得了較多的實踐機(jī)會，提升了制作能力，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)奠定了基礎(chǔ).

2.4 地理實踐教學(xué)與專利設(shè)計融合創(chuàng)新

在具體的高師地理案例教學(xué)改革中，筆者將VR地理教具發(fā)明專利、旅游地理實用新型專利、國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品外觀設(shè)計專利等運用于案例教學(xué)，并將其置于教學(xué)設(shè)計、課堂活動、媒體運用、科技競賽、課外實踐等案例之中，試圖實現(xiàn)地理實踐教學(xué)與專利設(shè)計的融合創(chuàng)新，學(xué)生科技創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)效果良好.既豐富了地理案例教學(xué)的科技內(nèi)容與形式、凸顯案例教學(xué)的創(chuàng)新性，又促進(jìn)了地理科技服務(wù)水平的提升.同時，地理教學(xué)中，通過將專利設(shè)計與案例教學(xué)進(jìn)行融合創(chuàng)新利于提升師范生科技創(chuàng)新能力與團(tuán)隊協(xié)作精神.

3 地理學(xué)專利案例對于中學(xué)地理核心素養(yǎng)教學(xué)的啟示

以上地理學(xué)專利案例均已應(yīng)用于高師地理課堂教學(xué)之中，并從不同側(cè)面豐富了案例教學(xué)內(nèi)容，其創(chuàng)新性、科技性、探究性、實踐性與《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017 版）提到的“側(cè)重于技術(shù)與實踐領(lǐng)域”新導(dǎo)向高度吻合，對于提升中學(xué)生地理核心素養(yǎng)與科技創(chuàng)新教育水平具有重要的啟示與價值.

3.1 普及青少年學(xué)生知識產(chǎn)權(quán)教育，強(qiáng)化地理價值觀意識

中學(xué)地理教學(xué)中，教師應(yīng)滲透知識產(chǎn)權(quán)教育，將課堂教學(xué)與課外實踐作為普及地理產(chǎn)權(quán)知識的重要平臺，以強(qiáng)化青少年地理知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識.

專利教學(xué)案例源于實踐，而實踐又推動了專利案例教學(xué)的深入.在中學(xué)地理具體教學(xué)實踐中，教師可以將教學(xué)內(nèi)容與校內(nèi)外科技活動相結(jié)合，以培養(yǎng)青少年科技創(chuàng)新精神與小發(fā)明、小制作實踐能力，逐漸強(qiáng)化“尊重知識創(chuàng)造，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)”的主流意識與地理價值觀.

3.2 教師應(yīng)樹立創(chuàng)新教學(xué)觀，讓地理科技融入教學(xué)與生活

地理科技創(chuàng)新是地理學(xué)發(fā)展的靈魂，地理學(xué)專利案例是溝通教學(xué)與科技創(chuàng)新的橋梁.所以，中學(xué)地理教師應(yīng)肩負(fù)神圣的科技創(chuàng)新使命，樹立科技創(chuàng)新教學(xué)觀，指導(dǎo)中學(xué)生在自然和生活課堂中學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)地理科技，提升他們的地理核心素養(yǎng)；培養(yǎng)中學(xué)生勤于思考、勇于實踐的品質(zhì)，鼓勵他們進(jìn)行新設(shè)計、新發(fā)明、新制作，讓地理成果服務(wù)于教育教學(xué)和生活生產(chǎn)等領(lǐng)域，并為高等院校輸送科技創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ).

3.3 修訂校本發(fā)展性課程，適當(dāng)增加地理科技創(chuàng)新內(nèi)容

依據(jù)學(xué)校發(fā)展實況，中學(xué)校本課程具體內(nèi)容一般劃分為3部分，即基礎(chǔ)性課程、豐富性課程和發(fā)展性課程.其中，發(fā)展性課程是為拓展學(xué)生學(xué)習(xí)能力、激發(fā)創(chuàng)造動機(jī)特設(shè)的課程.筆者建議學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)與教師群策群力，對校本發(fā)展性課程進(jìn)行修訂，將地理科技創(chuàng)新內(nèi)容作為重要部分，包括發(fā)明、設(shè)計與制作方案、成果案例等，并能夠在課外活動中付諸實施，以培養(yǎng)中學(xué)生的“創(chuàng)新、創(chuàng)意”精神與科技能力.

4 結(jié)語

隨著高師院校創(chuàng)新教育的快速發(fā)展，新科技環(huán)境的形成為地理學(xué)專利案例教學(xué)的深入創(chuàng)造了平臺.地理學(xué)專利呈現(xiàn)出創(chuàng)造性、生產(chǎn)化、交互強(qiáng)的演進(jìn)趨勢，對于解決生態(tài)環(huán)境、全域旅游、數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)等重大科技問題提供了方法與工具，將其作為案例教學(xué)資源，能以獨特的優(yōu)勢推動著地理教學(xué)改革與科技創(chuàng)新教育的發(fā)展.但是，在民族地區(qū)應(yīng)用型高師本科院校，地理專利案例教學(xué)資源匱乏，科技創(chuàng)新平臺基礎(chǔ)薄弱，地理學(xué)專利資源庫的建設(shè)與科技創(chuàng)新教育尚處于起步階段，科技案例資源開發(fā)機(jī)制亟待完善.今后，地理學(xué)專利案例教學(xué)應(yīng)密切聯(lián)系中學(xué)地理實踐教學(xué)動態(tài)，促進(jìn)地理核心素養(yǎng)教學(xué)與科技創(chuàng)新教育協(xié)調(diào)發(fā)展.