基于案例式教学的地理信息科学专业课程改革与实践

刘峰　谭畅

摘 要：案例式教学集实践性、启发性、互动性、开放性和灵活性于一体，能巩固学生的专业思想，提高学习热情，开阔专业视野，增强学生的综合能力和服务社会的意识。结合中南林业科技大学地理信息科学专业和GIS 空间分析课程的特点，分析GIS 课程实践教学现状和问题，并从优化课程教学体系、增加实践教学内容，灵活应用教学方式，以赛促学、学以致用，强化第二课堂培养;优化课程考核方式及课程思政等方面的改革探索，为高校复合型人才培养提供参考与思路。

关键词：地理信息科学 课程改革 案例教学

地理信息科学（Geographic Information System，简称GIS），是一门集地理学、测绘学、遥感学、计算机科学、环境科学等各学科于一体的综合性学科。[1]我国GIS 技术起步于20 世纪70 年代，经过几十年的蓬勃发展，GIS 已成为我国信息产业的重要组成部分，被认为是21 世纪的支柱产业之一。

根据2020 年最新统计数据，目前我国已有185 所高校开设了地理信息科学（系统）专业。[2]近年来，云计算、互联网+、智慧城市和人工智能等技术的应用和发展，推动了GIS 的普及和发展，同时带给了GIS 高等教育研究（包括案例教学、课程实践和人才培养策略等方面）新的机遇和挑战。[3]

2015 年《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》指出，高校要树立先进的创新创业教育理念，要把创新创业教育与专业相结合，案例教学是改革的重点。GIS 案例教学集实践性、启发性、互动性、开放性和灵活性于一体，能巩固学生的专业思想，提高学习热情，开阔专业视野，增强学生的综合能力和服务社会的意识。GIS 案例教学突出过程的生成性，强调学生的主体地位，促进教师角色转变并提高专业化水平，引导学生感受较真实的数据获取、处理和分析等过程。[4]

农林类高校地理信息科学专业，如何聚焦国家和区域智慧林业需求，培养专业基础扎实、创新实践能力突出的GIS 专业复合型人才，是“新农科”背景下GIS 高等教育面临的机遇与挑战。从中南林业科技大学地理信息科学专业教学改革入手，以“GIS 空间分析”课程案例式教学为例，探讨农林高校GIS 专业课程实践教学和创新实践能力培养的改革，为地方农林高校培养复合型专业人才提供思路和参考。

一、GIS 课程实践教学现状和分析

（一）实践教学课时偏少

“GIS 空间分析”作为地理信息科学专业基础课，安排在大学三年级第一学期，共40 个学时，其中24 个理论课时，16 个实践课时。GIS 空间分析与“GIS 原理”“遥感图像处理” “地图学”“GIS 程序设计”等其他课程教学内容互有融合与补充，具有綜合性、实践性和创新性等特点。GIS 空间分析实践环节较多，16 个实践课时难以保证实践教学质量和应用水平。在有限的实践课时内，要求学生掌握相关GIS 软件的空间分析模块或功能几乎是不可能的，往往需要学生和教师额外投入时间达到实践教学的要求。

（二）学生自主学习和创新能力不足

我校地理信息科学专业以文理兼招模式招收生源，部分文科生源上机实操能力相对薄弱，习惯死记硬背条条框框，对一些重要的原理掌握不透彻，理论知识点和实践环节的具体操作之间不能融会贯通。部分学生只关注实验指导书上的基本技能操作的现象突出，如地图矢量化、缓冲区分析、叠加分析、密度分析等，技能片段化，对于如何综合应用这些工具或方法解决具体的林学或生态学等领域的科学问题，学生依然不能形成一个完整的解决思路和知识体系。

（三）教学案例数量和质量不高

案例教学中的素材收集、数据预处理、整体思路构建和更新等环节都有积累的过程，短时间内很难形成一个难易适中、具有综合性和开放性的教学案例。此外，部分案例直接来自老师承担的科研项目，有的专业知识对于本科生来说比较晦涩难懂，难以激发学生的学习热情，导致学生对部分案例的实践意义不明确，为什么要做这个案例，案例完成后有哪些方面可以扩展，学生对此不感兴趣，学生的主体地位不明显，影响对GIS 空间分析中基础技能的掌握及综合实践能力的提升。

二、案例式课程教学改革措施

（一）优化课程教学体系，增加实践教学内容

GIS 空间分析是地理信息科学的核心领域，侧重围绕地理学问题的“空间”本质建立模型，在传统定量分析的基础上引进描述空间关系和相互作用的特征量。为此，应适量精简地理信息系统原理、地图学等相关课程的内容，注重讲授空间自相关、空间异质性、空间统计、空间点模式、空间回归和地统计等描述地理问题的方法和技术，构建较完整的体系。根据案例教学内容，强化针对性、专业性、关联性较强的实践环节，引导学生对ArcGIS、SuperMap、MapGIS 和ENVI 等主要应用软件的学习，同时兼顾SPSS、CAD、GeoDa 和R等辅助软件的学习，加强学生的动手和实践能力。

（二）灵活应用教学方式

在课堂教学和多媒体演示教学的基础上，灵活运用主要在线课程平台（如中国大学MOOC 平台、学堂在线、超星尔雅、学银在线、智慧树网等）及其他优质课程资源，开展理论课线上教学和网络教学研讨等活动。课件与视频网络上传、课程公告、布置作业、讨论答疑、PPT+语音互动、互动辅导等方式，加大信息传递密度，增强互动环节，帮助学生及时理解知识点，系统掌握空间分析操作内容。以案例或项目为导向，组建3 人或4 人的案例学习小组，为每个小组制订一个循序渐进的自主学习计划。根据教学计划，将教学内容融入多个案例，并进行“基础性”“综合性”“创新性”分级设置（表 1）。教学考核通过专题调查报告、实验报告、作业或程序设计等多种方式进行检验。

（三）以赛促学，学以致用

通过鼓励本科生参与全国大学生GIS 应用技能大赛、全国大学生数学建模比赛、全国大学生创新创业大赛等方式，激发学生的学习兴趣，增强实际动手能力，开阔视野，提高综合素质。积极引导学生参加老师主持的科研课题或生产见习活动，端正学习工作态度，开发潜在创新能力。在参加各类比赛之前，给全校范围内的相关专业学生做好赛前宣传工作，由学习自行组队参赛，一般4 人一组，由1 名综合素质最好的学生担任组长，与其他学生共同完成一项案例或实践内容。在比赛培训过程中，适当调整GIS 相关课程设置，加强与遥感、测量、土壤、水文、生态学等课程的相互联系，增加综合性、创新性案例的教学，通过集中训练，培养学生的自学能力、专业应用能力和独立创新能力。

近三年来，中南林业科技大学地理信息科学专业学生获得全国大学生GIS 应用技能大赛特等奖2 项、二等奖1 项， 获得全国大学生数学建模比赛二等奖2 项，国家级大学生创新创业大赛2 项等好成绩。以赛促学，学生受益面大，激发了学生主体意识和班级学习热情，近年来平均就业率在90% 以上，考研录取率为18%—25%。

（四）强化第二课堂，培养学生的综合能力

2007 年中南林业科技大学成立GIS 专业协会，90%以上的学生都是协会会员，形成了高年级对低年级学生传帮带的良性循环，学生专业思想牢固，学习热情饱满，GIS 软件作品层出不穷。协会与多家地理信息企业建立了长期协作关系， 企业技术人员定期来学校进行专题讲座，学生参与企业的项目实践，开阔了学生的专业视野，提高了学生的综合能力，强化了服务社会与地方经济建设的意识及促进了学生就业。

（五）优化课程考核方式

“GIS 空间分析”课程考核方式重基础、强应用，注重专业知识的基础性、综合性和创新性学习，采取过程考核方式， 建立“平时—案例实践—笔试”的教学考核模式，平时成绩、案例实践成绩和闭卷考试成绩分别占整个考核成绩的20%、50%、30%。平时成绩包括平时作业、随堂提问和平时学习 态度情况，督促学习巩固课堂教学内容;案例实践成绩主要针对案例内容融会贯通、触类旁通的应用能力与创新能力方面的考核，由于案例实践周期较长，采取线下提交作品的形式，考核成绩依据文档的撰写质量;笔试内容主要集中在基础理论知识方面，包括空间数据收集和编辑、数据处理、空间数据库、地图制图与输出及基本的空间分析方法。

（六）利用案例分析开展思政教育

在“GIS 空间分析”课程教学中，除了通过案例学习加深知识点理解外，还应全域、全息化地融入思想教育的理念、目的、手段、技巧，在实践中落实“课程思政”，做到“润思政”而细无声。引导学生以专业课程为基础，全面提高修养，例如政治素养、爱国精神、团队精神、家国情怀、道德意识、责任意识、科学精神和身心素质等。案例教学过程不仅是GIS技能或方法的学习过程，还是社会生活、人的思想行为和思维观念塑造的过程。例如在“农村贫困地区空间格局分析”案例教学中，学生不仅需要掌握主成分分析、空间自相关分析及空间回归模型等具体的GIS 空间分析方法，还应知道扶贫攻坚是自党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央团结带领全党全国各族人民，凝心聚力，攻坚克难，组织推进人类历史上规模空前、力度最大、惠及人口最多的脱贫攻坚战。在案例教学过程中，帮助学生牢固“四个意识”，树立“四个自信”，加强“两个维护”。

三、结语

案例式教学对于强化大学生实践能力培养，推进教学改革，促进教学与实践有机结合，推动大学生培养模式改革具有重要意义。通过GIS 案例式教学，我校地理信息科学专业本科生提高了学习热情和专业技能，开阔了專业视野，增强了服务社会的意识。

参考文献：

[1]龚健雅. 当代地理信息系统进展综述[J]. 测绘与空间地理信息，2004（1）.

[2]廖顺宝，王艳萍. 应用型本科院校GIS 类课程教学中的问题与改革思路[J]. 高教学刊，2020（29）.

[3]汤国安，董有福，唐婉容，等. 我国GIS 专业高等教育现状调查与分析[J]. 中国大学教学，2013（6）.

[4]吴红波. 模块化和案例式教学在地理科学专业GIS课程实践中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2018，41（12）.

[5]董建军. 基于ArcGIS 的地理信息系统实验教学改革探讨[J]. 教育教学论坛，2015（12）.