工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下GIS課程教學(xué)改革探索

馮徽徽 鄒 濱 周曉光 張?jiān)粕?/p>

1中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083

工程教育專業(yè)認(rèn)證是我國近幾年來工程教育工作中的重要內(nèi)容，它依照國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，評價畢業(yè)生是否達(dá)到既定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而為人才培養(yǎng)與專業(yè)提升提供科學(xué)合理的建議［1，2］。其中，工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求是面向產(chǎn)出教育模式（outcomes-based education）的通用標(biāo)準(zhǔn)要求，包括工程知識、問題分析等12條細(xì)則要求，也為各個教學(xué)環(huán)節(jié)提供了所須遵循的基本范式。自2016年中國正式加入國際工程教育《華盛頓協(xié)議》組織以來，眾多高校陸續(xù)開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證，迄今已有227所高校共有1 170個專業(yè)通過了認(rèn)證，極大推進(jìn)了我國工程教育專業(yè)人才培養(yǎng)水平［3］。

作為測繪學(xué)、地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科，地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）已廣泛應(yīng)用于國土資源、位置導(dǎo)航與社會人文等諸多領(lǐng)域。在此背景下，越來越多的學(xué)校開設(shè)了GIS課程，為國家與行業(yè)培養(yǎng)了大批的優(yōu)秀人才［4］。為切實(shí)提升測繪類、地理信息系統(tǒng)等專業(yè)的人才培養(yǎng)水平、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求，部分高校已開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證并在此基礎(chǔ)上開展了相關(guān)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與改革，取得了一系列的成果［5，6］。

然而，由于工程教育專業(yè)認(rèn)證時間較短，我國目前依然存在專業(yè)人才輸出與行業(yè)需求脫節(jié)、人才實(shí)踐創(chuàng)新能力差等問題，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的GIS課程改革經(jīng)驗(yàn)依然十分匱乏［5］。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下GIS課程教學(xué)改革成為專業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)迫在眉睫的問題。

本文從工程教育專業(yè)認(rèn)證的通用畢業(yè)要求出發(fā)，從教學(xué)大綱、教學(xué)方法以及考試考核等方面研究GIS課程教學(xué)改革策略，為工程教育專業(yè)認(rèn)證規(guī)劃與實(shí)施提供了科學(xué)的借鑒作用，以期提升高校測繪類、地理信息類、遙感技術(shù)與應(yīng)用類等方面專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

1 工程教育專業(yè)課程目標(biāo)及認(rèn)證要求

1.1 工程教育專業(yè)課程目標(biāo)

GIS課程是眾多高校地圖學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)與應(yīng)用、測繪工程等專業(yè)的必修課，課程主要目標(biāo)在于使學(xué)生掌握利用GIS技術(shù)來解決空間數(shù)據(jù)管理、空間分析與應(yīng)用等與地理信息相關(guān)的知識和技能，并具有建立中小型地理信息應(yīng)用系統(tǒng)的能力。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握在什么情況下需要選用哪種空間數(shù)據(jù)模型來解決相應(yīng)的問題，并能夠選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)方法，為后續(xù)《空間分析》《數(shù)字圖像處理》《地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)》《畢業(yè)設(shè)計(jì)》等課程學(xué)習(xí)提供專業(yè)知識與分析能力。具體來說，通過課程學(xué)習(xí)，須使學(xué)生達(dá)成以下3個目標(biāo)：

1）課程目標(biāo)1：掌握空間數(shù)據(jù)及其表達(dá)方法，包括矢量數(shù)據(jù)單元、柵格數(shù)據(jù)單元、矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、數(shù)字高程模型等，空間數(shù)據(jù)查詢與處理的基本算法，空間數(shù)據(jù)索引方法等；

2）課程目標(biāo)2：具有根據(jù)空間問題選用合適的空間數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)表達(dá)模型、運(yùn)用合適的GIS軟件建立對應(yīng)的地理信息平臺以及利用GIS工具解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力；

3）課程目標(biāo)3：具有一定的英文表達(dá)能力和英文檢索能力。

1.2 工程教育專業(yè)認(rèn)證要求

基于上述課程目標(biāo)，需要進(jìn)一步研究其對應(yīng)的工程教育專業(yè)認(rèn)證的12條畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，明確學(xué)生培養(yǎng)方向，指導(dǎo)后續(xù)課程的章、節(jié)安排等教學(xué)環(huán)節(jié)。相關(guān)研究指出［7］，戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)應(yīng)用型GIS人才培養(yǎng)重點(diǎn)體現(xiàn)在協(xié)同創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力和科研實(shí)踐能力的培養(yǎng)，從而服務(wù)于國家資源環(huán)境等管理與規(guī)劃，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展水平。這與專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求中的“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”以及“溝通”指標(biāo)點(diǎn)具有很好的對應(yīng)關(guān)系，為進(jìn)一步細(xì)化各課程目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。課程目標(biāo)與工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系Tab.1 The Correspondence Between the Course Targets and Graduation Requirements

2 教學(xué)內(nèi)容及其對應(yīng)的課程目標(biāo)

針對工程教育專業(yè)課程目標(biāo)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)課程章、節(jié)及其教學(xué)內(nèi)容（見表2）。具體而言，可從GIS數(shù)據(jù)收集、管理、分析和應(yīng)用等4個方面將課程分為13章，在此基礎(chǔ)上明確各章、節(jié)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)模式最大的區(qū)別在于須將課程目標(biāo)貫穿于整個教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)而服務(wù)于專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求的具體指標(biāo)點(diǎn)，提升教學(xué)的目標(biāo)導(dǎo)向性，培養(yǎng)有針對性的專業(yè)人才。此外，各章、節(jié)須根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)研究具體對應(yīng)的課題目標(biāo)及畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，突出特色與側(cè)重點(diǎn)，避免不同章、節(jié)間課程目標(biāo)的無差別全覆蓋。

表2 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)及其對應(yīng)的課程目標(biāo)Tab.2 Course Contents Design and the Corresponding Course Targets

3 教學(xué)方法及其對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)方法是教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容，需要結(jié)合各章、節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)、難點(diǎn)與重點(diǎn)，從教學(xué)思路和教學(xué)模式兩個方面探索最佳的教學(xué)方法。

3.1 教學(xué)思路

教學(xué)思路設(shè)計(jì)要求根據(jù)章、節(jié)的特色，具體細(xì)化其教學(xué)流程，包括問題的引入、各PPT頁之間的銜接等。此外，教學(xué)過程中還須考慮思政要求的挖掘與融入［8，9］，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。如通過演示典型地理信息應(yīng)用系統(tǒng)來展示系統(tǒng)構(gòu)成、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與自豪感；通過講授和演示多個地理信息應(yīng)用系統(tǒng)來加深學(xué)生對地理信息在資源、環(huán)境、災(zāi)害預(yù)警與救援等社會服務(wù)中的重要作用的理解；通過演示實(shí)驗(yàn)來加深學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的基本概念、特點(diǎn)與功能的理解，通過研討來探索未來WebGIS的新模式，加深學(xué)生的研究興趣；通過結(jié)合應(yīng)用實(shí)例來闡述商業(yè)地理信息系統(tǒng)評價體系，通過研討來加深學(xué)生對評價體系指標(biāo)的理解［10］。

3.2 教學(xué)模式

在教學(xué)模式上，采用多種途徑實(shí)現(xiàn)“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的模式轉(zhuǎn)變，避免傳統(tǒng)教師滿堂灌的教學(xué)模式，采取課堂講授、翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動等多形式相結(jié)合模式，提高課堂教學(xué)的生動性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

1）對于基礎(chǔ)知識，主要采用課程講授的方式講解GIS基本原理，并通過播放視頻資料、圖片和演示等方式加以講解，強(qiáng)化學(xué)生的感性認(rèn)識與理解，為其后續(xù)學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。如在講解柵格和矢量數(shù)據(jù)時，可通過同時展示衛(wèi)星遙感影像和百度電子地圖，介紹分辨率、拓?fù)潢P(guān)系等相關(guān)概念，增加其對GIS最常用兩種數(shù)據(jù)格式的認(rèn)知。

2）對于實(shí)踐與討論性課程，采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，課前向?qū)W生發(fā)放資料提前預(yù)習(xí)，要求其利用課堂學(xué)習(xí)對某一專題性內(nèi)容提出解決方案，并在課堂上進(jìn)行匯報，由教師對其特點(diǎn)與不足進(jìn)行點(diǎn)評。利用該模式，改變了以往傳統(tǒng)課堂以教師教課為中心的固有模式，使知識傳遞在課前完成，課堂時間成為教師為學(xué)生答疑解惑、學(xué)生與學(xué)生討論，實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化與鞏固的時間。

3）針對部分學(xué)生積極性不高等問題，采用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式促使其主動學(xué)習(xí)。如通過課堂、課后作業(yè)的形式，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)貜?fù)習(xí)，同時根據(jù)作業(yè)情況檢驗(yàn)其對課堂知識的掌握情況；針對GIS工程應(yīng)用等問題，布置相應(yīng)的專題，要求其自由組隊(duì)共同完成系統(tǒng)開發(fā)、報告撰寫等任務(wù)。通過任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式，可大大提高學(xué)生實(shí)際動手能力，加深了對理論知識的理解，提升其學(xué)習(xí)和分析實(shí)際問題的能力。

4 課程考核及其對應(yīng)的課程目標(biāo)達(dá)成度

4.1 課程考核

考試考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要方式，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，考試考核環(huán)節(jié)主要包括課程考核和目標(biāo)達(dá)成度兩個方面。

課程考核以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握情況和應(yīng)用能力為重點(diǎn)內(nèi)容，同時需要明確考核對課程目標(biāo)的支撐，為后期教學(xué)效果評估、針對性的進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

課程考核一般包括平時考核和期末考核兩部分。平時考核評價由作業(yè)和實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，主要考核作業(yè)與試驗(yàn)結(jié)果、報告質(zhì)量等（見表3）。期末考核方式采用閉卷考試的形式，系統(tǒng)全面考核學(xué)生對GIS課程體系的掌握能力。最終成績?yōu)槠綍r考核與期末考核的加權(quán)平均值。

表3 平時考核評分細(xì)則及其對應(yīng)的課程目標(biāo)Tab.3 Scoring Details in Daily Assessment and the Corresponding Targets

4.2 課程目標(biāo)達(dá)成度

為定量化評估課程教學(xué)效果，須根據(jù)學(xué)生的最終成績，開展課程目標(biāo)達(dá)成度評價，包括課程分目標(biāo)和課程總目標(biāo)達(dá)成度評價，有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)效果評價的主觀性與盲目性，為課程持續(xù)改革提供量化評價標(biāo)準(zhǔn)。課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算方法如表4所示。

表4 課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算方法Tab.4 Achievement Calculations of the Course Targets

5 結(jié)束語

作為測繪學(xué)、地圖學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)等專業(yè)的重要必修課，GIS課程教學(xué)改革對于適應(yīng)新形勢下國土資源環(huán)境等領(lǐng)域的專業(yè)性人才培養(yǎng)具有重要意義。工程教育專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)要求為其提供了切實(shí)可行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有助于進(jìn)一步促進(jìn)人才培養(yǎng)要求。隨著全國范圍內(nèi)工程教育專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)推進(jìn)，勢必強(qiáng)化課程教學(xué)改革廣度和深度，全面提升GIS教學(xué)與人才培養(yǎng)水平。