新工科建設背景下基于OBE理念的水文專業(yè)GIS課程教學改革探索

［摘 要］文章介紹了基于OBE理念的水文專業(yè)GIS課程教學改革方法。通過明確學習成果、優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法與手段、建立教學評價與反饋體系、持續(xù)改進，體現(xiàn)了以學生為中心、以成果為導向的教學理念，符合我國新工科建設的要求。未來，需繼續(xù)探索創(chuàng)新教學模式，以適應行業(yè)需求和人才培養(yǎng)要求。

［關(guān)鍵詞］GIS課程；OBE理念；新工科；教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）18-0070-05

近年來，科技發(fā)展日新月異，社會需求不斷變化，傳統(tǒng)工科教育模式已難以適應新時代的發(fā)展需求。為此，教育部提出了新工科建設的重要舉措，旨在推動工科教育與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合，為科技創(chuàng)新和社會進步貢獻力量。

在新工科建設背景下，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Science，GIS）作為一門交叉學科，具有特殊的教育意義和重要性。GIS涉及地理學、計算機科學、空間科學、遙感科學等多個學科的知識和技術(shù)，具備跨學科整合的特點。同時，GIS作為一門實踐導向的學科，強調(diào)實際應用與問題解決，因此GIS課程的實踐教學與項目實踐至關(guān)重要。此外，GIS技術(shù)的廣泛應用及其與社會問題的緊密關(guān)聯(lián)，為學生提供了豐富的實踐平臺與知識拓展機會。

一、非GIS專業(yè)GIS課程教學的傳統(tǒng)模式和存在的問題

在非GIS專業(yè)本科教學中，受學時限制，傳統(tǒng)GIS課程常采用兩種教學方式：一是以概論形式授課，因?qū)W生基礎(chǔ)薄弱、興趣不足，純理論教學容易導致理論與實踐脫節(jié)、知識點冗雜、缺乏實際應用等問題，使學生產(chǎn)生“學而無用”的錯覺，與新工科教育理念相悖。二是直接以教授操作技能為主，偏向GIS軟件的基本操作，忽略理論基礎(chǔ)，導致學生缺乏GIS應用理論支撐，難以在簡單操作的基礎(chǔ)上自主進行拓展學習，從而無法滿足專業(yè)對信息獲取、分析評價等能力的要求。

傳統(tǒng)GIS課程主要體現(xiàn)了理論講授為主、案例分析為輔、考評形式單一的特點，不夠重視學生應用能力的培養(yǎng)，難以通過評估學生的實踐能力和綜合素養(yǎng)來持續(xù)改進教學。

二、GIS技術(shù)的發(fā)展對傳統(tǒng)GIS課程的影響

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、存儲、分析及可視化方面取得了顯著進步，并廣泛應用于各行各業(yè)。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS技術(shù)的創(chuàng)新與應用將持續(xù)深化。一方面，GIS技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)深度融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、處理及應用的智能化與自動化。另一方面，GIS技術(shù)應用領(lǐng)域?qū)V泛延伸至智慧水利、數(shù)字城市等行業(yè)領(lǐng)域，為社會進步和人類生活品質(zhì)的提升注入新動力。在新工科建設背景下，GIS技術(shù)正引領(lǐng)地理信息科學邁向新高度，其不斷進步與廣泛應用預示著GIS將在未來發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用，成為推動社會全面進步與發(fā)展的重要力量。

GIS技術(shù)的發(fā)展對GIS課程教學提出了新的挑戰(zhàn)與要求。首先，傳統(tǒng)教學模式亟須創(chuàng)新。在新工科建設背景下，GIS課程應強化學生跨學科思維與工程實踐能力的培養(yǎng)，引入更多工程實踐案例，促進與計算機科學、地理學、水利工程等學科的交叉融合，以深化學生對GIS技術(shù)實際應用的理解。其次，課程內(nèi)容與教學方法應與時俱進，緊跟GIS技術(shù)發(fā)展步伐，引入云計算GIS、三維GIS、時空GIS等前沿技術(shù)，并配套最新數(shù)據(jù)處理方法與分析方法，確保學生掌握最新技能，激發(fā)其創(chuàng)新能力。再次，構(gòu)建全面評價體系是提升教學質(zhì)量的關(guān)鍵。例如，建立包含項目實踐、課程設計、論文撰寫等多元化考核方式的教學評價體系，以全面評估學生的綜合素養(yǎng)與能力。最后，加強國際交流與合作，引入國際先進的GIS教育理念與資源，提升課程的國際化水平，有助于學生把握國際GIS技術(shù)動態(tài)，增強其競爭力。

綜上所述，在新工科建設背景下，GIS技術(shù)發(fā)展對傳統(tǒng)GIS課程的影響與需求日益多元化。為順應這一變革趨勢，GIS課程亟須改革與創(chuàng)新，以培養(yǎng)具備跨學科思維和工程實踐能力的GIS專業(yè)人才。

三、基于OBE理念的GIS課程教學改革方法與策略

OBE（Outcome?Based Education）理念是基于學習產(chǎn)出的教育理念，以學生為中心，以成果為導向，注重培養(yǎng)學生的實踐能力和問題解決能力。而新工科建設強調(diào)培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、團隊合作能力和實踐技能的工程人才，兩者在核心理念上高度契合。引入OBE理念，能夠更有效地培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的工程人才。基于OBE理念的教學模式不僅關(guān)注學生專業(yè)技能的培養(yǎng)，還重視跨學科、跨專業(yè)的交流與合作，鼓勵學生參與多元化的實踐活動和項目，從而全面提升學生的綜合素養(yǎng)和跨學科思維能力。OBE理念指導下，通過制定跨學科的課程目標和學習任務，能夠進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，為他們的未來發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

（一）面向產(chǎn)出的教學內(nèi)容優(yōu)化

OBE理念的核心在于明確學習成果，即明確學生完成課程學習后應達到的能力水平、知識掌握程度及理解深度?；诖?，教師可以采用反向設計教學策略，緊密圍繞學習成果組織教學內(nèi)容，深度融合理論與實踐，以促進學生的全面發(fā)展。教學中增設實踐環(huán)節(jié)，使學生能夠?qū)⒗碚撝R有效應用于實際情境中，從而培養(yǎng)其實踐能力和問題解決能力。遵循OBE理念的反向設計、正向?qū)嵤┰瓌t，制定明確的課程目標并優(yōu)化教學內(nèi)容。在理論教學環(huán)節(jié)，除地理信息系統(tǒng)基本理論外，精選與學生專業(yè)緊密相關(guān)的GIS應用實例作為教學案例，通過講解項目設計與方法，引導學生結(jié)合實際應用需求自主學習，增強學習的針對性和實用性。同時，增設應用綜述論文寫作環(huán)節(jié)，以拓寬學生的視野，提升其自主學習與知識拓展能力。在實踐教學環(huán)節(jié)，采用循序漸進的方式，先教授GIS軟件基礎(chǔ)操作，然后結(jié)合專業(yè)應用實例設計實踐任務，鼓勵學生分工合作，以激發(fā)學生的學習熱情，提高其創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力。

針對GIS課程特點，將水文專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標細化為三大維度，即知識與技能、能力、素養(yǎng)，并明確具體目標以指導教學內(nèi)容與方法的設計（見表1）。

（二）教學改革的實施與效果評價

基于OBE理念的反向設計原則，教學改革的實施步驟如下：明確學習成果、優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法與手段、建立教學評價與反饋體系及持續(xù)改進。

1.明確學習成果

根據(jù)專業(yè)及課程特點，明確學習成果，即學生在完成課程學習后應達到的具體知識與技能、能力及素養(yǎng)目標，這些目標緊密對接行業(yè)需求、專業(yè)標準和學生個人發(fā)展目標，作為整個教學設計的出發(fā)點。

新工科建設強調(diào)工程教育與行業(yè)發(fā)展的緊密結(jié)合，致力于培養(yǎng)能適應行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才。GIS作為多領(lǐng)域交叉的學科，技術(shù)日新月異，因此緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢設計實踐項目顯得尤為重要。以水利行業(yè)的“智慧水利”為例，設計“數(shù)字流域特征提取”實踐項目。在此項目中，學生將運用GIS的前沿工具與技術(shù)，對流域內(nèi)的地形、地貌、水文、生態(tài)等特征進行數(shù)字化表達與提取，并廣泛應用于水資源管理、洪水預測、生態(tài)修復等領(lǐng)域，為智慧水利的發(fā)展提供有力的數(shù)據(jù)支撐。下面以“數(shù)字流域特征提取”實踐項目為例，詳細介紹其對應的課程目標（見表2）。

多元化的教學評價是從知識掌握、技能提升、學習興趣與態(tài)度、綜合素養(yǎng)及教學效果反饋等維度，對教學活動進行全方位評估，是推動教學改革持續(xù)推進的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。多元化、多維度的評價體系能夠全面且準確地反映學生的學習成效和教師的教學效果，為教學改革提供有力的數(shù)據(jù)支撐。通過對評價結(jié)果的深入分析，可以明確教學改革的方向和目標，使教學改革更具針對性和實效性。

2.優(yōu)化課程內(nèi)容

根據(jù)學習成果要求，優(yōu)化課程內(nèi)容，確保全面覆蓋核心知識點與技能。在學時分配上，采用理論與實踐教學1∶1的比例，強調(diào)二者的緊密結(jié)合。在理論教學上，內(nèi)容涵蓋了GIS的基本概念及應用范疇、地理空間數(shù)學基礎(chǔ)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點、空間數(shù)據(jù)庫概述、空間數(shù)據(jù)采集處理的基本方法、GIS基本空間分析原理及方法等。在實踐教學上，緊密圍繞理論知識點展開，包括數(shù)據(jù)獲取、拓撲編輯處理、地圖投影變換、制圖顯示輸出、空間分析基本方法（如疊加分析、緩沖區(qū)分析等）、空間分析綜合練習（如選址分析、適宜性建模分析、水文分析、數(shù)字流域特征提取等）等環(huán)節(jié)。此外，精心選取洪水風險評估分析、水資源優(yōu)化配置決策支持、河流地貌分析等教學案例，以提升學生的綜合應用能力和解決實際問題的能力。

3.創(chuàng)新教學方法與手段

根據(jù)學習成果要求，采用多元化的教學方法與手段，如課堂講授、案例教學、項目驅(qū)動、小組討論、綜述論文撰寫、單元測試等，以充分激發(fā)學生的學習興趣與積極性。具體而言，課堂講授主要支撐 “知識與技能” 方面培養(yǎng)目標；案例教學主要支撐“素養(yǎng)”方面培養(yǎng)目標；項目驅(qū)動主要支撐“能力”方面培養(yǎng)目標；小組討論和綜述論文撰寫主要支撐“能力”和“素養(yǎng)”方面培養(yǎng)目標；單元測試對學生知識與技能的掌握有促進作用，并對教學單元有評價反饋作用，有助于教師及時調(diào)整與補充教學內(nèi)容。在實施不同教學方法的過程中，教師要注意與學生互動，鼓勵學生積極提出問題并探索解決方案，以營造更加活躍和高效的學習環(huán)境。

4.建立教學評價與反饋體系

建立多元化的教學評價體系，包括平時成績、實驗成績、項目成績和期末考試成績等多個維度，以全面評估學生的學習表現(xiàn)，并及時給予反饋和指導。同時，鼓勵學生自我評價和互相評價，提高自我認知和團隊協(xié)作能力。對教師而言，評價包括學生評教和同行評價，通過問卷等形式收集反饋，以持續(xù)提升教學質(zhì)量，實現(xiàn)教學相長。

5.持續(xù)改進

根據(jù)教學評價結(jié)果與學生反饋，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容和創(chuàng)新教學方法，確保教學質(zhì)量持續(xù)提升。GIS課程教學改革實施流程如圖1所示，該課程多元化、多維度的評價體系內(nèi)容如表3所示。

此外，通過綜合評估學生成果、學生滿意度、教學質(zhì)量及畢業(yè)生就業(yè)情況，全面衡量改革效果，為GIS課程的持續(xù)改進提供有力支撐。

基于OBE理念的GIS課程教學改革旨在提高學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)，確保其能夠滿足行業(yè)需求，并達成個人發(fā)展目標。通過明確學習成果、優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法與手段、建立多元化的教學評價與反饋體系以及持續(xù)改進，能夠高效地實現(xiàn)教學改革目標。

四、結(jié)語

（一） 教學改革總結(jié)

在新工科建設背景下，云南農(nóng)業(yè)大學水利學院水文專業(yè)的GIS課程教學改革取得了顯著成效。通過引入OBE理念，秉持以學生為中心、成果為導向的原則，注重培養(yǎng)學生的實踐能力和綜合素養(yǎng)，從明確學習成果、優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法與手段、建立多元化的教學評價與反饋體系、持續(xù)改進等方面進行了教學改革。

第一，根據(jù)OBE理念的要求，對GIS課程的教學內(nèi)容進行了優(yōu)化與更新。課程內(nèi)容既全面覆蓋了GIS的基本理論與原理，又融入了豐富的GIS應用案例，顯著提升了教學的針對性和實用性。

第二，采用了多元化的教學方法與手段，包括項目驅(qū)動、小組討論、案例分析等，有效激發(fā)了學生的學習興趣與積極性。通過增設實踐環(huán)節(jié)，讓學生在實踐中理解和掌握GIS知識，提高了學生的實踐能力和問題解決能力。這種多元化教學不僅滿足了學生多樣化的學習需求，促進了學生綜合能力的全面發(fā)展，而且推動了教學方法與手段的創(chuàng)新，構(gòu)建了更加和諧的師生關(guān)系。

第三，建立了教學評價與反饋體系，實施多元化、多維度的評價機制。除傳統(tǒng)作業(yè)與考試外，還增加了實踐項目、小組討論、課堂表現(xiàn)、綜述論文等多種評價方式，以全面評估學生的知識掌握與實踐能力。完善的評價體系不僅能夠指明教學改革方向、促進教學方法創(chuàng)新、強化師生互動交流、提高教學質(zhì)量監(jiān)控水平、促進教師自我提升與發(fā)展，而且能形成持續(xù)改進的良好氛圍，為教學改革的長期穩(wěn)定發(fā)展提供有力保障。

（二）教學改革啟示

第一，教學改革應始終以學生為中心，關(guān)注學生的個性化需求與興趣，注重培養(yǎng)學生的實踐能力和綜合素養(yǎng)。

第二，GIS是一門實踐性很強的學科，教學改革應增加實踐環(huán)節(jié)，讓學生在實踐中學習和掌握GIS知識。

第三，教師應采用多元化的教學方法與手段，以激發(fā)學生的學習興趣和積極性，進而提升教學效果。

第四，建立教學評價與反饋體系是教學改革的重要環(huán)節(jié)，應注重評價方式的多元化，以確保全面、準確地評估學生的知識掌握程度與實踐能力水平。

（三）存在的問題及進一步研究方向

第一，當前GIS課程教學中存在軟件和硬件資源不足的問題，制約了實踐教學的深入發(fā)展。因此，亟須加強GIS課程教學資源的建設，如引進先進的GIS軟件和硬件設備、建設GIS實驗室等，以充分保障實踐教學的順利進行。

第二，部分學生對GIS課程缺乏學習興趣和動力，參與度不高，影響了教學效果。為此，可采取多種途徑，如組織GIS競賽、開設GIS選修課程等，以激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的積極性和課堂參與度，進而提升教學效果。

第三，優(yōu)化GIS課程體系，強化與其他相關(guān)專業(yè)的交叉融合，以提高課程教學的針對性和實用性。同時，積極探索并實踐線上線下相結(jié)合的教學模式，以進一步增強教學效果，提升學生的學習效率。

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［責任編輯：梁金鳳］