GIS 專業(yè)“四位一體，內(nèi)外兼修”實(shí)踐教學(xué)研究

武鋒強(qiáng)，王衛(wèi)紅，莫才健

（1. 西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展，地理信息科學(xué)（GIS）學(xué)科與其他相關(guān)學(xué)科（如計(jì)算機(jī)、環(huán)境）相互滲透、相互交融，已發(fā)生了較大變革。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)大陸共有180多所高校招收GIS 專業(yè)本科生，150 多所高校招收測(cè)繪類專業(yè)本科生。由于GIS 專業(yè)具有交叉學(xué)科的特性，因此在環(huán)境、國(guó)土等行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)也越來(lái)越需要學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)和較高的實(shí)踐能力。

然而，許多專業(yè)畢業(yè)生在就業(yè)后往往發(fā)現(xiàn)其科研和實(shí)踐能力不能很好地滿足工作需要，究其原因在于：①培養(yǎng)方案不夠完善，與市場(chǎng)存在脫鉤；②學(xué)生在校期間沒(méi)有參與足夠的實(shí)踐鍛煉，導(dǎo)致動(dòng)手能力較弱。正如朱高峰院士指出的“中國(guó)最大量迫切需要的還是工程人才，我們需要大力研究工程教育，雖然我國(guó)已經(jīng)躋身于工程教育大國(guó)的行列，但目前普遍存在的問(wèn)題仍然還很多，如大而不強(qiáng)、多而不精、缺乏創(chuàng)新性和實(shí)踐性等都是比較明顯的問(wèn)題”[1]。

在當(dāng)前“新工科”與“互聯(lián)網(wǎng)+”大發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，為了切實(shí)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力，全面提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，本文以西南科技大學(xué)GIS 專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例，在分析新時(shí)期GIS 專業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)與問(wèn)題的基礎(chǔ)上，從課堂實(shí)踐教學(xué)、綜合實(shí)踐、競(jìng)賽實(shí)踐與校外實(shí)踐4個(gè)方面，由“課內(nèi)到課外，校內(nèi)到校外”兩個(gè)方面探討了“四位一體，內(nèi)外兼修”實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建模式，從而探索出一種具有可操作性的實(shí)踐教學(xué)模式，以切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

1 實(shí)踐教學(xué)中遇到的問(wèn)題

1）學(xué)生“系統(tǒng)化”觀念淡薄，知識(shí)體系融會(huì)貫通能力欠缺。GIS 作為一門(mén)理工科專業(yè)，很多時(shí)候注重“地理”與“信息”，而常常忽略了“系統(tǒng)”的重要性[2]。GIS課程體系包括《空間分析》和《遙感》等課程，這些課程之間除了存在承前啟后的關(guān)系，也存在“理論—實(shí)踐”相互印證的關(guān)系。例如，很多學(xué)生可以熟練應(yīng)用《空間分析》知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題，但并不能很好地印證到《地理信息系統(tǒng)原理》的理論上，反之亦然；《軟件工程》所講授的開(kāi)發(fā)體系不能熟練地應(yīng)用到《GIS軟件開(kāi)發(fā)》中；《地圖學(xué)》課程中的投影變換原理與《空間分析》中的投影操作相分離，缺失了課程體系的“系統(tǒng)化”思維。

2）人才培養(yǎng)與市場(chǎng)需求存在偏差。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，就GIS 專業(yè)來(lái)說(shuō)，為了滿足日新月異的市場(chǎng)需求，不僅需要掌握基本的地圖制圖、遙感解譯等基本專業(yè)知識(shí)，而且需要掌握大數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)等技術(shù)，但現(xiàn)實(shí)情況是人才培養(yǎng)與市場(chǎng)需求間的錯(cuò)位未被重視[3-4]。

3）教師教學(xué)目的性不強(qiáng)，學(xué)生動(dòng)手能力弱。有些教師上課是被動(dòng)地完成課程，課程重點(diǎn)不突出，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不強(qiáng)[5]；部分教師采用的教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容不夠新穎，學(xué)生不感興趣；且學(xué)生將更多的注意力集中在考試成績(jī)上，疏于實(shí)踐動(dòng)手，對(duì)于專業(yè)上的創(chuàng)新意識(shí)薄弱，使得教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的效果。例如，相對(duì)于男生，女生的編程能力較弱，對(duì)編程課程較排斥；制圖是GIS 專業(yè)畢業(yè)生的基本能力，但由于制圖工作枯燥等原因，導(dǎo)致學(xué)生眼高手低，實(shí)際工作時(shí)基本操作都有可能從頭學(xué)起。另外，由于很多學(xué)生在高中階段對(duì)GIS 產(chǎn)業(yè)不甚了解，因此很多高校尤其地方高校的GIS 專業(yè)學(xué)生很大一部分不是第一志愿，這也在一定程度上導(dǎo)致了對(duì)GIS課程學(xué)習(xí)不熱情。

2 基于“四位一體”的強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)模式改革途徑

1）引入新的教學(xué)方法，提高課堂實(shí)踐教學(xué)效果。引入新的教學(xué)方法與手段，多方位提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[6]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課多為學(xué)生照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)操作，學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性。為提高學(xué)生興趣，將答辯式、討論式等教學(xué)方法適當(dāng)引入實(shí)驗(yàn)課程中，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱資料，如《專題制圖操作》實(shí)習(xí)課，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維，設(shè)定地圖顏色搭配、符號(hào)類型等內(nèi)容，突出專題特色。答辯式教學(xué)是指以學(xué)生為中心，采用答辯的方式開(kāi)展教學(xué)。實(shí)驗(yàn)課的考核成績(jī)可采用答辯方式，查漏補(bǔ)缺，提高學(xué)生的參與度，如在《空間分析》實(shí)習(xí)課中采用了答辯的模式，極大地提高了學(xué)生的參與度，加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。

基于“學(xué)生用腦做實(shí)驗(yàn)，教師用心教實(shí)驗(yàn)”的原則，增設(shè)了實(shí)驗(yàn)討論課。在每門(mén)實(shí)驗(yàn)課中集中開(kāi)展兩個(gè)或多個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)討論課，使學(xué)生能夠回顧與交流實(shí)驗(yàn)心得，這種模式不僅是師生之間教與學(xué)的交流，也是學(xué)生之間學(xué)習(xí)感受的交流。例如，具有一定難度的《GIS 開(kāi)發(fā)》課程，通過(guò)學(xué)生之間的討論，加深了學(xué)生對(duì)接口等抽象概念的理解。這種實(shí)驗(yàn)交流方式在注重對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解的同時(shí)，更鼓勵(lì)采用“頭腦風(fēng)暴法”創(chuàng)新想法，提高實(shí)驗(yàn)效果。

2）以項(xiàng)目為主導(dǎo)，鼓勵(lì)跨學(xué)科選修，分層次逐步提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力。設(shè)立以專題為導(dǎo)向的跨學(xué)科選修機(jī)制[7]，依托教師橫、縱向科研項(xiàng)目，分層次逐步提高學(xué)生的實(shí)踐能力。針對(duì)不同階段的學(xué)習(xí)情況，采用以“地圖制圖項(xiàng)目、遙感解譯項(xiàng)目、程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、空間分析項(xiàng)目”為載體的實(shí)踐教學(xué)模式。通過(guò)采用單一到綜合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通的能力，從而解決“系統(tǒng)化”觀念淡薄的問(wèn)題[8]。構(gòu)建以“項(xiàng)目主導(dǎo)，貫通課程”的學(xué)習(xí)生態(tài)模式，針對(duì)《空間分析》和《地圖學(xué)》課程的實(shí)習(xí)課程增加新軟件、新技術(shù)；針對(duì)《遙感》和《攝影測(cè)量》課程的實(shí)習(xí)，注重內(nèi)外業(yè)結(jié)合操作與驗(yàn)證等應(yīng)用能力的培養(yǎng)；針對(duì)《GIS開(kāi)發(fā)》和《WebGIS》課程的實(shí)習(xí)，注重綜合知識(shí)的應(yīng)用與聯(lián)系實(shí)際，開(kāi)發(fā)具有一定應(yīng)用價(jià)值的軟件；實(shí)習(xí)大綱和指導(dǎo)書(shū)的修訂注重新思想、新技術(shù)與新方法的引入，增加自主型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型項(xiàng)目。實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)做到4 個(gè)保證，即實(shí)習(xí)計(jì)劃保證可操作性、大綱保證前沿性、指導(dǎo)教師保證教學(xué)質(zhì)量和考核保證客觀性。

大學(xué)一、二年級(jí)注重學(xué)生基本技能的培養(yǎng)，如《地圖學(xué)》課程側(cè)重對(duì)地圖的認(rèn)知與地圖編輯，此時(shí)以簡(jiǎn)單制圖項(xiàng)目為導(dǎo)向，培養(yǎng)基本制圖技能；《遙感》課程側(cè)重地理信息知識(shí)的獲取，以地圖解譯類項(xiàng)目為導(dǎo)向，培養(yǎng)對(duì)遙感影像的認(rèn)知以及信息獲取能力。大學(xué)三、四年級(jí)開(kāi)設(shè)的《空間分析》課程則側(cè)重對(duì)知識(shí)的分析與挖掘等，以有一定深度的項(xiàng)目為載體，鍛煉學(xué)生的分析與創(chuàng)新能力；《GIS 開(kāi)發(fā)》課程則可將上述成果進(jìn)行綜合應(yīng)用，從而達(dá)到課程間知識(shí)融會(huì)貫通“系統(tǒng)化”的效果。同時(shí)，針對(duì)學(xué)生寫(xiě)作能力普遍較差的問(wèn)題，鼓勵(lì)和啟發(fā)學(xué)生在參與教師科研項(xiàng)目時(shí)，總結(jié)提煉，撰寫(xiě)論文。同時(shí)，提倡具有創(chuàng)新意識(shí)與科研能力較強(qiáng)的教授執(zhí)教實(shí)驗(yàn)課，不僅可將科研思維融于教學(xué)過(guò)程，更重要的是可將實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)與科研的魅力傳授給學(xué)生，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣。

3）以賽促學(xué)、以賽促教，規(guī)范實(shí)踐教學(xué)。學(xué)科競(jìng)賽不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。因此，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與各類地理信息、測(cè)繪技能大賽，強(qiáng)化專業(yè)實(shí)踐能力[9-10]。專業(yè)技能大賽不僅能從不同層面考察學(xué)校課程設(shè)置的合理性，而且其競(jìng)賽內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式和流程來(lái)源于市場(chǎng)，這樣就具備了為企業(yè)提供優(yōu)秀人才的功能。將專業(yè)競(jìng)賽內(nèi)容和考察重點(diǎn)融于日常教學(xué)中，可推進(jìn)專業(yè)教學(xué)目標(biāo)向市場(chǎng)化方向發(fā)展，完善教學(xué)內(nèi)容的不足。例如，在某些專業(yè)比賽中發(fā)現(xiàn)，比賽鼓勵(lì)使用開(kāi)源的系統(tǒng)，因此在開(kāi)設(shè)的相關(guān)課程中，鼓勵(lì)教師加入前沿的內(nèi)容，除介紹ArcGIS三維組件外，還會(huì)介紹Cesium 開(kāi)源三維平臺(tái)和百度地圖API，為學(xué)生畢業(yè)創(chuàng)業(yè)提供知識(shí)儲(chǔ)備。根據(jù)競(jìng)賽內(nèi)容，改善教學(xué)大綱/教學(xué)內(nèi)容等，適當(dāng)改造歷年題目，將教學(xué)與競(jìng)賽結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量，從而反哺競(jìng)賽。

4）校企合作，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐動(dòng)手能力的融合，校內(nèi)與崗位要求的統(tǒng)一。由于GIS 專業(yè)具有生產(chǎn)性、市場(chǎng)性特點(diǎn)[11]，通過(guò)“走出去，請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的方式廣泛地進(jìn)行社會(huì)調(diào)查，實(shí)施“雙師型”機(jī)制，聘請(qǐng)生產(chǎn)單位、企事業(yè)單位高級(jí)職稱人才參與大綱的修訂、課程內(nèi)容的制定、畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作，從而保證校內(nèi)教學(xué)與校外市場(chǎng)的融通，達(dá)到內(nèi)外兼修的目的。不斷改善人才引進(jìn)機(jī)制，提高教師實(shí)踐水平。引進(jìn)人才不再拘泥于應(yīng)屆博士，從偏重論文數(shù)量質(zhì)量向側(cè)重有豐富工程經(jīng)歷方向改進(jìn)，選取有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師作為專業(yè)崗教師，將重科研和重工程應(yīng)用二者相結(jié)合，保證教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)的創(chuàng)新性和實(shí)用性。將最新的市場(chǎng)需求帶入課堂，教師根據(jù)需求持續(xù)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。教師是教學(xué)模式改革的關(guān)鍵，通過(guò)教師回爐生產(chǎn)實(shí)踐，提高教師的能力水平，從而提高學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐能力[12]。針對(duì)GIS 專業(yè)具有較強(qiáng)的工程性問(wèn)題，鼓勵(lì)教師考取專業(yè)認(rèn)證，規(guī)范教學(xué)內(nèi)容，如西南科技大學(xué)測(cè)繪與地理信息系鼓勵(lì)教師提高業(yè)務(wù)能力，有多名教師考取了無(wú)人機(jī)駕駛資格證書(shū)和注冊(cè)測(cè)繪師資格證書(shū)，滿足了將當(dāng)前新型技術(shù)融入實(shí)踐教學(xué)的需要。

根據(jù)GIS 專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特殊性，廣泛聽(tīng)取校內(nèi)外專家意見(jiàn)，不斷完善畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；建立基于跟蹤式的學(xué)生實(shí)踐教學(xué)效果評(píng)估機(jī)制[13]，可從畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)效果和后期用人單位反饋等方面評(píng)價(jià)實(shí)踐教學(xué)改革的成敗，并依據(jù)反饋結(jié)果，不斷修改與完善，形成以“高年級(jí)—低年級(jí)”、“校外合作導(dǎo)師—校內(nèi)導(dǎo)師”為聯(lián)系紐帶的“產(chǎn)—學(xué)—研—教”模式。例如，近5 年長(zhǎng)期與企事業(yè)單位合作，設(shè)立了針對(duì)測(cè)繪與地理信息專業(yè)的優(yōu)筑獎(jiǎng)學(xué)金；與地方政府合作開(kāi)展耕地等級(jí)評(píng)價(jià)工作，鼓勵(lì)高年級(jí)學(xué)生帶領(lǐng)低年級(jí)學(xué)生參與遙感解譯、圖斑外業(yè)調(diào)查、內(nèi)業(yè)處理等工作，成果的最終評(píng)價(jià)由學(xué)校單一評(píng)價(jià)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪W(xué)校與企業(yè)合作評(píng)價(jià)，使學(xué)生不僅掌握了專業(yè)知識(shí)，而且懂得了成果規(guī)范的必要性。

3 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前GIS 專業(yè)市場(chǎng)需求人數(shù)逐漸增加，需要更多的是動(dòng)手能力強(qiáng)且具有創(chuàng)新精神的人才。本文通過(guò)對(duì)課堂實(shí)踐、綜合實(shí)踐、競(jìng)賽實(shí)踐和校外實(shí)踐的改革，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生實(shí)踐能力與市場(chǎng)需求之間的平衡，保證了“課內(nèi)—課外”、“校內(nèi)—校外”雙協(xié)同的統(tǒng)一，提高了學(xué)生的綜合能力。