高校GIS课程教学模式改革初探

黄晓霞++盛芝露++和克俭

【摘要】GIS作为多学科交叉的应用型学科，其课程既有自身教学的内在特点和要求，也要顺应新时期人才培养模式的时代需求。本文从传统的GIS教学的局限和问题出发，探讨了在GIS课程教学中实施“以学生为中心，以任务为驱动”的教学模式改革思路，以GIS应用的实际问题为核心，采用PBL教学法，帮助学生提高学习成效。为高校GIS教学的改革和优化提供参考和建议。

【关键词】GIS 任务驱动 PBL教学法 教学模式

【基金项目】云南省高等学校卓越青年教师特殊培养项目，云南省高等学校教学改革研究项目，云南大学资源环境与地球科学学院教学改革项目。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0222-02

1.引言

随着国际化、信息化的不断加强，高校人才培养质量标准也日趋提高。而传统的以“教师为中心、教材为中心、课堂为中心”的灌输式教学模式，难以适应信息社会对个性化、创新型人才的需求的要求。地理信息科学（Geographic Information Science， GIS）是具有明显多学科交叉特征的学科，同时GIS 作为与空间信息有关的基本工具，为相关领域研究提供了工具支撑[1，2]。GIS课程的教学既有自身教学的内在特点和要求，也要顺应新时期人才培养模式的时代需求，因此进行GIS课程教学模式改革和优化研究势在必行。

2.传统GIS教学的局限和问题

首先，传统的GIS课程教学，一般遵循掌握基本概念→理解原理→技能训练→高级应用的思路，不仅要求授课教师能够深入浅出地把原理讲透，还需要帮助学生跨越从抽象原理到具体应用的鸿沟。所以教学中通常形成教师讲授得精疲力竭，而学生还对原理感觉似懂非懂，对应用更加是一头雾水的局面。师生都在原理理解问题上纠结，教学时间和精力分配也多局限于此。其次，GIS是一门应用性较强的技术学科。实现从原理到应用的跨越，常规思路是进行应用案例的示范性教学。但由于GIS专业软件操作的复杂性，学生观摩教师的演示过程，往往处于对专业原理尚未吃透、应用问题也不够明晰、软件操作界面尚不熟悉的阶段，教学效果并不理想。再者，对于学生而言，GIS的学习机软件应用不只是解决老师提供的案例，更需要把GIS分析的特色应用于实际问题当中，掌握GIS解决问题的思路和重点，明晰如何选择合适的GIS工具解决自己面临的具体问题。由此看来， GIS课程的教学在教学目标定位、教学内容安排以及教学方法实施上仍然存在着诸多问题。此外，GIS的发展与内容更新很快，大数据时代的到来也对GIS教学提出了更多挑战[3]。对于学生学习GIS原理及其应用而言，无疑面临着知识点多而复杂、新的内容与信息更新快、空间抽象性强、研究对象的空间尺度变化大[1]等特点。面对艰深晦涩的基础理论，不断补充更新的知识体系，无法想象的海量空间信息，和需要及时调整的空间思维方式，学生很容易出现畏难和焦虑的情绪，进而影响到课程的学习效果。

3.GIS教学模式的改革与调整

基于上述问题和背景，在GIS课程教学中实施以学生为中心，以任务为驱动的教学方式与学习方式，实现“以教为主”向“以学为主”的转变。将教学目的设定为帮助学生理解GIS原理，并能够应用GIS软件解决自己的专业问题，具体可分为三个层次的目标：（1）具有基本GIS软件操作能力，能够提出用GIS软件解决具体问题的思路，完成分析过程并准确合理地表达分析结果；（2）能够结合问题确定相关的GIS工具，自学掌握工具的操作要点并完成分析，同时能够判断分析结果是否准确可靠；（3）具有地理学思维，能够自学掌握未接触过的GIS软件，会以同伴沟通、互助协作的方式解决难题，并能够简练美观地表达结果。

依据以上教学目标，课程教学方法调整的核心思路是：采用PBL（ Problem-Based Learning，问题导向型学习）教学法[4]，以GIS应用的实际问题为核心，引导学生围绕问题解决所需的综合性知识和技能，架构和完善适于自己的知识体系和能力，通过自主学习和合作学习，结合实际问题深化对GIS原理的理解。同时课程设计中有意识地在作业选题和问题解决过程中强化地理专业思维的训练，以帮助学生获得较高水平的学习成效。

3.1弱化理论讲解

GIS原理的部分主要通过课堂授课方式进行教学，重点是讲解核心概念和理解的难点，并概要介绍学科前沿领域及其最新研究进展。由于当下技术发展更新快、资料获取方便、知识信息爆炸性增长，一门课程短时间内是难以涵盖诸多内容的。相反，如果授课内容庞杂，原理艰深晦涩，一方面教学时间无法满足，另一方面学生既无法抓住重点，又难以消化透彻。因此应该抓住课程的核心重点，侧重讲解知识组织框架和逻辑，帮助学生梳理内容，把握关键知识点；而其中的知识细节可让学生根据需要进行补充。有意识地减少课堂上对基本原理的讲授时间，可以留给学生更丰富思考的空间，让其有更多机会和精力接触实际问题，然后带着疑问回过头来琢磨基本原理，很容易达到事半功倍的效果。同时，在课堂授课时还应注意，不只是讲解原理本身，还应该讲解如何从GIS应用的角度思考问题，又如何从应用问题中理解GIS原理。

3.2减少对软件操作的示范

一般GIS的实验课程，会结合演示应用GIS软件分析案例的操作过程。但是由于GIS软件的操作界面比较复杂，且专业性强，学生大部分的注意力往往放在记忆繁琐的操作步骤和过于专业的使用命令上，而忽视了分析问题的整体思路和关键参数的设置。以至于课程结束后，学生一般对于课堂示范过的案例都能够按部就班地执行操作，但变成解决自己遇到的实际问题，往往状况百出，不知道分析过程中到底是哪里出了问题。减少软件操作示范的目的，是让学生把注意力放在梳理解题思路上，通过自己摸索出操作步骤，才能真正地把软件应用过程吃透。

3.3布置“任务驱动型”作业

围绕GIS应用的内容和重点，可以设计一系列循序渐进、深度和难度递增的作业主题，以任务驱动型的作业为导向，来引导学生的自主学习和交互学习。首先是结合应用类的问题，让学生能够进一步理解GIS的相关概念和原理；其次，因为有具体任务，给学生一个相对明确的学习目标；再者要求运用软件分析问题，提倡学生自我的摸索和尝试，变被动学习为主动学习；最后，因为问题有一定的难度，甚至作业题目有意识的设计了一些学生容易出错的“陷阱”，通过试错的方式，加深学生对问题理解的深度和广度。

同时，每个主题下面建议包含4～6个不同方面的具体问题，难度上略有差异。通过设计多个可选题目让学生自选其一来完成，一是不同专业的学生可选择适合自己兴趣和应用侧重点的题目；二是可以根据自己前期的基础选择相应难度的题目；三是多样化的题目让学生们可以比较同一问题的解决思路，也可以了解不同的问题的思路和角度，为学生之间的交互式学习和沟通协作提供基础。

3.4明确作业的目的、规范与要求

作业布置时，首先应该给学生解释此次作业设计的初衷，告诉他们通过作业应该要掌握的基本概念及原理，作业报告提交的具体格式与要求等。这样的提示可以避免学生面对作业的茫然无措，无从下手的局面，同时也帮助他们明确方向、树立信心。

同时可以提供作业模板，帮助学生建立作业写作规范。作业模板提供了内容模块，以及基本的格式要求，意在训练学生在应用GIS软件解决问题的同时，把解题思路、过程和主要结果转化为图表和文字，进行初步的论文写作练习。通过这种规范表达的训练，让学生具备既能分析解决专业问题，也能通过书面语言归纳思路，进行沟通和准确表达，甚至能针对问题重点，有理有据、有所侧重地进行分析阐述。虽然作业模板提供了基本的内容框架，然而具体内容的组织、呈现等，都允许学生按照自己的理解去挖掘信息，延伸分析触角，扩展思考的角度和方向。

此外，应注意不断给学生强化这样的意识：作业完成的过程比作业完成的结果重要。可根据作业的难度预留给学生足够的时间，鼓励团队合作与讨论。作业的目的是锻炼学生分析和解决问题的能力，因此鼓励学生尽可能尝试多样化的分析思路，只要作业思路明确，对具体问题有探索、思考，以及独特的分析视角，就应给予充分的肯定。特别是学生在作业过程中产生新的问题并尝试过解决，并对结果有自己的分析判断，就是很好的作业。

3.5强化作业反馈与点评

对学生的学习成果应保有尊重的心态，对于每一份作业，可通过Email、微信等实时通讯方式等给予及时的反馈。作业点评可包括以下内容：①作业中值得肯定的地方，点明学生已经掌握的知识和能力。②作业中存在的问题。只有点出了问题所在，学生才知道进一步改进的需要。同时由于发现了自己的问题，也会特别关注其他同学作业中的亮点和问题，于是也就有了切实可以参照的学习榜样。这种比较基础上的学习是对学生能力的又一次提高。③改进建议：分析作业不足之处及存在原因。若是基础知识方面的不足，推荐参考书籍或学习资料，及可借鉴的同学作业等。这种建设性意见让学生明确了进步的方向，学生会自我消化后运用在后续的作业中，可有效增强学生的自主学习积极性。

给每个学生的作业点评应该是个性化、富有针对性的，意在帮助学生形成个性化的学习目标和学习需求，有的放矢的重点开展学习。而学生作业中普遍存在的共性问题，则可通过课堂点评的方式，进行重点分析和讲解。此外，作为学习参考，可以提供每次作业中的精品作为范例，树立同伴学习的榜样。在作业点评中，若有意识地引导学生关注专业视角方面的问题，如了解客户需求，注重色彩搭配，重视空间关系以及地理规律的表达等，将帮助学生提升专业素质方面的能力。这些专业思维、从业素质的培养，是需要时间积累和体会，但对于准确高效地解决问题、提升GIS应用的品质至关重要。

4.结语

信息社会对个性化、创新型人才的需求，需要我们在教学中强化对学生知识、能力、素质方面的综合训练与培养。GIS课程多学科综合、注重应用实践的特点，要求其教学跳出传统的灌输式授课模式，围绕GIS应用的实际问题，以学生为中心，实施“任务驱动+PBL教学”的教学模式调整，帮助学生切实有效地提升学习成效，同时也有助于培养具有创新意识、实践能力的综合性人才。

参考文献：

[1]汤国安， 赵牡丹， 杨昕， 周毅. 地理信息系统（第二版） [M]. 北京：科学出版社， 2010.

[2]岳汉秋，甘泉，陈延辉，杨雨华.非GIS专业GIS课程教学改革及优化[J]. 地理空间信息， 2015， （4）： 180-182.

[3]李清泉， 李德仁. 大数据GIS[J]. 武汉大学学报：信息科学版， 2014， （6）： 641-644.

[4]邱斌， 陈超泉， 王新政. 基于PBL教学法的VB课程教学应用研究[J]. 科技视界， 2015， （4）： 151， 219.

作者简介：

黄晓霞 （1978-），女，汉族，广西柳州人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事自然地理和GIS应用方面的教学和研究工作。