结合项目实践的GIS原理课程教学探讨

杨叶涛 孙泽茜

摘 要：地理信息系统原理（GIS）课程作为地理信息专业及相关专业的基础导论课程，是学生在未来在学习和工作上使用GIS工具奠定基础的一门课程。传统的GIS原理课程在课堂教学同时辅以预先设定好GIS实践环节，这种预先设定的按固定步骤实现的实践环节，对于提升学生使用GIS工具的能力具有明显局限性。本文采用一种新的GIS原理课堂教学模式——结合项目实践的GIS原理课堂教学模式。在本研究中，学生被要求在研究生的指导下，分组独立完成设计新颖的项目课题，以项目成果展示方式和理论考试结合进行课程考核。测试与回访结果表明，相对与传统的GIS原理课程教学， 学生对基于项目实践的课程教学模式表示欢迎。他们觉得通过项目实践更好的了解GIS在“现实世界”的应用，并建议将基于分组项目实践模式运用到实践性强的其它GIS课程。此外，结果还表明学生很高兴和同专业但有不同技术和经验的同学一起学习，因为通过和不同同学的相互交流相互合作，可以拓宽他们的视野，提高他们的专业素养。

关键词：项目实践教学 分组学习 GIS原理

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

作者简介：杨叶涛 （1979-），男，汉族， 湖北枝江人，副教授，博士，研究方向：GIS生态环境建模。

1 前言

地理信息系统原理（GIS）是一门关于GIS基础理论和实践的课程，其中实践部分是对未来学习和工作上使用GIS工具进行的提前培训[1]。传统上， GIS原理是以课堂教学的方式进行理论学习，以预先准备好的实习内容按步骤进行实践运用学习。这样的教学形式对和结构安排使得没有任何GIS背景知识的初学学生对课程内容的理解与应用面临困难[2，3]。在课堂理论教学部分，大部分学生被从未接触过的理论所困扰；而实践运用部分，则被GIS软件本身的复杂性和固定的实习步骤等问题所限制。结合项目实践的教学模式作为一种新的教学模式，学生在真实的分组项目实践环境下，同专业的学生一起相互交流、相互合作，可以更加有效地理解课程的原理和以及原理在真实世界实践[4～6]。这样的课程教学模式具有加深学生对理论知识的理解，培养学生的动手实践能力等优点，是以往只关注理论的原理教学所不能比拟的。要做到结合分组项目实践进行GIS原理课程教学，教师必须在课程中将课堂讲授、开发训练和项目实践高效结合起来。

2 结合项目实践的教学方法

传统的GIS原理课程通常是学生在课堂上听老师讲述基础理论，之后再单独进行实践练习，将实践和理论区分开。特别是分专业的大型课堂，在上课过程中不可能让学生有机会真正的动手实践，对理论的理解也经常模棱两可。而实践部分，实习步骤完全是一系列的“指令操作”，不允许学生提出新的问题，也不允许学生提出新的解决方案。学生在这种教学模式下学习，将极度缺少和同学交流协作的互动机会和获得解决问题的能力。如果每个学生单独按步骤完成实习，他们的交流对象只会是助教或者教师，这样，学生只会按照实习指导书的“指示”重复实验，而不会创造性的解决问题。而GIS技术的精髓在于系统性的数据分析与成果获取，因此在结合项目实践的GIS原理课程中，如何平衡老师的指导和自主学习是其中的重点和难点。

结合项目实践GIS原理教学模式，是一种基于问题的团队学习模式，它需要在遇到开放性问题时，团队成员之间相互讨论相互交流。在基于问题解决的项目实践教学中，最开始是老师带领学生学习，勾勒出完成项目的大致方法，以此来指导学生GIS技术在实践中的运用。项目实践可以是一个指定的题目，也可以是分组团队根据自身特点自行设计的题目。结合项目实践GIS原理教学模式创造了一个解决实际问题、可以创造性思维和其他高效学习策略的环境，让学生知其然并知其所以然。

结合项目实践的GIS原理课程教学模式对学生的帮助更加明显。它采用一个实际项目为案例，创建真实GIS应用环境。在项目实施过程中，一个团队或者小组的同学会遇到各种各样的问题，他们需要查阅资料，相互讨论解决所有问题最终完成项目。在这个过程中，一个有相关项目经验的“负责人”可以在小组中指导和帮助那些没有接触过GIS基础理论的其他成员。通过经验丰富的负责人直接指导小组成员，在不断的交流中，负责人就充当老师的角色教会了小组成员课堂中的内容。通过与这些项目负责人的交流以及小组成员间的交流，这让他们能够问更多的问题，提高他们的专业技能，以此有能力面对其他不确定的问题。

图1 结合项目实践的GIS原理学习优点，项目负责人获得项目管理和领导经验，但在通常情况下，他们不会有独立研究项目的经验，同时他们通过与项目成员的合作，学习到了不同技能。项目成员接触到不同的、新的内容，可以将课程作为一个整体，直接的询问问题，解决项目中的实际难题。

项目负责人在这样的项目实践过程中同样能够获益。在完成项目的过程中，项目负责人通过和项目成员的沟通，以及对整个项目全局性的分析和规划，可以在专业知识方面得到更全面的锻炼。项目负责人管理项目的经验是GIS学习的另一个重点，这个经验在之后的学习和工作中具有重要作用。项目实践可以让项目负责人完整的经历项目从立项、策划、实施、完成等各个阶段，获得各阶段的学习经验。除了拥有项目管理经验，项目负责人在管理项目中可以学到的重要内容还有归纳总结项目成员的不同技术和能力并将其分配到适合他们的岗位。在项目实践中，如何发现项目组中的每个成员的有点和能力，是项目负责人优化项目效率和凝聚项目成员的重点。当项目负责人没有有效的将小组成员放在适合他们工作的位置上，项目的工作效率会下降。这样，项目负责人在实践过程中通过教导其他学生慢慢的就有了项目管理经验。

3.GIS原理课程教学模式设计

在结合项目实践的GIS原理课程教学模式设计中，学生不再只是参与传统的课堂教学，而是通过分组，在研究生或高年级的本科生带领下，以小组为单位独立完成项目。研究生或高年级的本科生也要参与到课程学习中来，他们与初次接触GIS的学生紧密联系，一起参与课堂学习、实验练习、项目实践，只是研究生和高年级本科生在分组项目实践中承担不同的角色和内容。这种紧密联系使得不同层次学生都能从中受益，便于相互之间的交流与学习。

课程教学模块结构，不仅仅包括课堂和实验部分。在课程的开始阶段，研究生或高年级学生开始将他们的项目设计思路告诉其他GIS初学学生，以此来吸引初学GIS学生加入他们的项目。学生领导的团队通过完成一个新颖而独立的研究项目，最终通过成果展示或者高质量的研究报告进行考核。总的来说，在课程成绩组成上，项目实践部分占学生总成绩的一小部分（如本科生占20%；研究生占30%）。项目的确定应该在课程开课的第一个月中完成，同时完成的还有大部分的理论课堂教学、实验练习以及项目初始准备工作。

项目负责人拥有处理项目事务的权利，包括组织小组会议、分配任务，带领小组努力实现项目设计的目标。一旦项目建立，通过小组会议明确小组成员的职责，并对未来工作进行组织和安排。在项目实践学习和课堂理论学习中，学生以项目研究小组为基本单位学习，可以更好的学习GIS工具在真实使用过程中技巧、过程和方法。项目负责人作为这个GIS研究项目的“专家”，在与初学GIS的同学交流互动时提出他们自己对项目的不同理解，提供额外的帮助和指导。项目负责人明确目标、制定工作安排和管理项目其他事情。在真实项目实施过程中，会遇到各种各样的计划和工作流程问题，这些问题不仅仅是人际关系和沟通。

项目一般从文献整理与浏览开始，在具有完成项目的大致轮廓知识后，开始着手进行数据收集与分析，并在此基础上完成项目报告和最终的成果展示。每个小组设计的项目的研究内容均相互独立，一般与项目负责人研究兴趣与研究方向一致。其中一个案例项目是城市热岛效应分析，这个项目需运用热红外遥感数据，提取城区的地表温度分布；将行政区域图与温度分布专题信息进行叠加分析， 按行政区域分析温度分布差异；为方便查询信息， 进行地理信息系统二次开发， 建立辐射温度查询系统。在该项目实践中， 学生需要收集或者老师提供热红外影像数据、地形图、行政区域图、控制点数据。学生在以小组为单位，在项目负责人带领下， 自行设计工作流程并独立工作。这些项目实践中要求学生使用不同的GIS技术和交互，但是所有的项目都有机会学习到核心的GIS技术和方法。

在期末考试之前的最后一堂课对学生进行调查问卷，他们需要填写关于对本课程中所参与项目理解，回答有关课程的理论概念和项目实践内容等开放性问题。每个学生还完成了一个在课程中技能学习、贡献度、生产力的自我评估，项目负责人也要对小组成员进行评估，这些评估数据可以用来比较不同小组之间的学习成绩。

4. 总结

经验调查研究表明，基于项目实践的GIS原理课程教学，受到GIS初学学生和研究生这两类学生的欢迎，他们对这种学习方法表示赞同，认为对GIS原理学习有帮助。基于项目实践的GIS课程涉及动手能力、直接解决问题能力和与项目成员合作解决研究问题的能力。调查结果显示，学生赞同这种开放式的教学模式，喜欢这种在项目实践中遇到问题，并在实践中不断解决问题的学习方式。他们喜欢解决这种融合了基本的课堂学习和项目实践学习的课程模式所带来的挑战。

结合项目实践的GIS原理教学对初学GIS的低年级本科而言，可以学习到“真实”的GIS技术运用，并有机会在这样的环境中解决GIS遇到的问题。通过项目小组内部成员的团队合作，有计划有组织的研究和解决问题，学习处理多方面地理空间问题的能力，大学生在GIS实践中得到越来越多的锻炼，专业技能也得到提高。对作为项目负责人的研究生而言，可以在管理这个实践工程中学习到很多有用的东西。他们处理不同技术上的难题，管理他们的项目团队，协调团队的沟通。

传统的教学是用一个模式化的线性教学课程，直接是照本宣科，而基于项目实践的教学是给学生一个项目，让他们独立完成并解决未知的问题。在完成项目的过程中，本科生会对项目进程有一个了解，协助研究生完成项目。总结项目的优缺点和课程安排的制定建议，有利于修改之后的课程结构。尽管这种模式在教学管理和提供教学方法上存在一定的困难，但是我们相信在未来，基于项目实践的GIS原理课程教学使学生的专业技能得到提高，在同行业中更具竞争力。

参考文献

[1] 张新长， 赵元， 张启春. 我国大学GIS课程教学改革的思考与研究[J]. 地理信息世界， 2003， 1（4）：23-26.

[2] 贾泽露， 刘耀林， 刘兴全. 从市场需求看我国高校GIS教学改革[J]. 地理空间信息， 2006， 4（2）：75-77.

[3] 顾留碗， 王春， 王岽. 面向应用型人才培养的GIS专业实践教学体系构建[J]. 测绘工程， 2012， 21（6）：89-91.

[4] 赵天成. GIS专业基于网络的项目学习系统探讨[J]. 教育教学论坛， 2011（26）：192-194.

[5] 王潇宇. PBL模式在《GIS原理实习》课程中的应用[J]. 科技信息， 2010（30）：45-45.

[6] 崔炳权， 何震宇， 王庆华，等. PBL教学法的研究综述和评价[J]. 中国高等医学教育， 2009（7）：105-105.