地理信息系統專業教學模式的再探討

摘要：高校地理信息系統專業教學的理論與實踐要求極高。傳統LBL教學法和現代的TBL和PBL教學法各有所長，地理信息系統專業教學需要運用多種教學方法。綜合運用教學法，有益于提升地理信息系統專業教學效果，增進學生學習的意義感。

關鍵詞：地理信息系統專業；教學法；教學效果

高校地理信息系統（Geographic Information System，GIS）專業是現代科學技術發展和社會需求交相發展的產物，是一門實用性很強的專業。伴隨科技的發展和運用，GIS的應用已滲透到人類生活的方方面面，因此迫切需要大量適合社會的專業人才。現階段，許多高校增加了地理信息系統專業，也針對性地開設了專業課程，但教學方法的步伐卻沒有跟進，這一定程度上也影響到教學效果。

一、地理信息系統專業教學需要整合多種教學方法

地理信息系統專業涉及自然科學、工程技術、社會科學等多學科的交叉運用，對理論與實踐的要求都極高。大學生在理論學習方面需要掌握地理學、測繪學、遙感科學、計算機科學等相關學科的內容。大學生在實踐運用中需要具備地理數據采集、數據編輯、數據管理、分析和輸出等最基本的五項能力。因此，針對地理信息系統專業大學生的教學任務，要求教師重視教學方法的綜合運用。所謂教學方法論，簡言之，是教學方法的理論，也可簡單理解為論教學方法，包括人們對教學意義和教學實踐的認識。教學方法論不僅涵蓋了為什么教學、怎樣教學，也包含對教學效果評價等多方面的內容。因此，無論采用哪一種教學方法，例如LBL、PBL或TBL教學法，我們必須明白它在哪些方面優勢突出，也知曉它存在的弊端，然后我們才能在教學實踐中揚長補短。傳統獨立形態教學論的形成于17世紀，夸美紐斯的《大教學論》對課程、教材、教學原則、教學方法、教學組織形式等作了詳盡論述。后經由洛克、盧梭、裴斯塔齊、赫爾巴特的潛心研究，傳統教學論逐漸成熟。尤其是赫氏《普通教育學》對“教”的深入研究，提出了根據受教育者心理活動規律的“五段教學法”等。“三中心”教學論可看作傳統教學法發展的巔峰，這一理論至今仍然還在發揮著作用。它集各種心理學成果于一體，又重視實證和實驗的科學方法運用。概括來看，傳統的LBL（lecture-based learning）教學法以教師傳授知識為重點，注重系統理論知識的學習，注重大學生基礎知識系統全面的培養，這在一定程度上節省了資源、保證了知識傳授的準確性和連貫性。但LBL教學法無形之中忽略了大學生的主觀能動性，大學生處于被動學習的狀態，學習的自覺性和參與積極性不高，因此大學生缺乏分析推理問題的能力和協作精神，尤其是運用知識的能力很難有大提升。現代教學法倡導者是斯賓塞，他認為教師講解或演示實驗無法發展兒童對知識的尋根究底能力，最有效的辦法是讓他們自己去發現和解決問題。他認為兒童自己調查研究不僅能激發興趣，而且有益于思維和操作能力提高，也有益于積極個性的形成。受斯賓塞啟發杜威把實驗科學方法引進了教學，皮亞杰、布魯納、薩奇曼和馬赫穆托夫等人循此路徑對現代教學法進行了拓展。從當下教學形勢看，雖然LBL仍在廣泛運用，但TBL和PBL正在逐漸流行。TBL教學法以團隊為基礎進行討論式自學。老師布置任務后，大學生在老師指導下組成團隊，進行課前預習（個人完成）和預習測試，利用團隊資源進行互助學習。課堂上分三個步驟進行教學，首先，檢測大學生對課程內容的預習效果；其次，針對測驗結果，老師組織大學生進行課堂討論，解決遇到的問題；再次，老師進行總結性精確講解；最后，布置作業大學生課后完成。TBL教學法強化了大學生溝通和團隊合作的意識，提升了大學生參與課堂的積極性、提高了大學生解決問題的能力。PBL與TBL教學法類似，PBL教學法以大學生為主體，以問題為引導，強調培養大學生主動學習、獨立思考、交流協作、分析和解決問題的能力。在課程教學設計方面，“基于問題的學習是這樣一種教學策略：在大學生學習知識和發展解決問題能力過程中，為他們創設有意義的、情境化的、真實的世界情境，并為他們提供資源，給予引導和指導”[1]。PBL教學法至少包括以下三步。第一步：“問題”的設置是關鍵。這種以“問題”為核心要素的教學法優勢在于選定的“問題”能體現現實性特質。一般來說，設置的問題是學生感興趣的熱點問題或者是社會關注的復雜問題，這有益于激發大學生解決問題的興趣；最終教師沒有權威明確固定的問題答案，這有益于激發每個大學生的成就感。如果教師在備課時能綜合考慮這些因素而設計問題，就能促進大學生既獲取必要知識，又不斷提高解決問題的能力。第二步：“以大學生為中心”是中心。布魯納提倡教師在教學中運用發現學習的方法，促進大學生智慧或認知的生長，這種以大學生為中心的模式有利于促進大學生個體的發展，其優勢顯而易見。以往，單一個體學習者花費大量的時間去獲取信息，因而對問題進行思考和探究時間相對少了。現在，學習者以小組形式圍繞“問題”探究，學習小組分工獲取相關信息資源，這樣自然增加了對問題進行探究的時間。第三步，評估和反饋是求證。這是評估問題解決效果的過程。PBL與TBL教學法不同之處在于，PBL解決“如何做”的問題，通過“運用掌握信息、積極回到現實世界、積極投入研究調查”三步完成，TBL解決“是什么”的問題，通過“儲存或記憶信息、積極參加班組織、進取研究學習”三步完成。不過，TBL與PBL教學法的短板也較為明顯，它激發了大學生的自學興趣，但部分學生往往抓不住要點、提升了分析解決問題的能力卻帶來理論深度和廣度上的憂患，耗時較多，對少部分自主學習能力較差的大學生收效不明顯。基于上述分析，對地理信息系統專業課程中的基礎理論、基本知識和基本方法，適宜以LBL教學法為主要教學手段系統施教，輔之以TBL與TBL教學法提高學生的學習積極性，并以任務形式讓學生利用課外時間，在合作中攝入大量的知識元。另外，在實踐教學過程中則適宜采用PBL為主的現代教學模式。譬如實驗室內教學和野外實踐教學，采用分組探討和問題驅動會更直觀且有益于提升學生的分析、解決問題的能力。

二、綜合運用教學法：提升地理信息系統專業教學效果

PBL、TBL和LBL教學法比較，各有優劣，如何在地理信息系統專業教學過程中做到揚長避短，優化教學呢？歸納起來為教師要擅長教學，即教師要勤思教學、擅教學并引導大學生自主學習。首先，教師要勤思教學。舊金山州立大大學生物學教授Leticia Márquez-Maga?觡a講解教學法時提出授課關鍵在于老師的“teaching concept”，包括教師的“concept”、學科的“jargon”和教學過程中的“case study”。他形象指出，人的頭腦里有兩個知識“儲存箱”，一個儲存理論知識、一個儲存生活知識，體現在學習過程中即為理論知識和生活知識的習得。教師授課前，需仔細研究教學大綱，明了大學生需掌握的理論知識、生活知識標準，要與教師習得的理論知識、生活知識結合起來思考，然后教師須透徹鉆研教材并確定課程重難點（這個重難點需與大綱要求之重難點力求基本吻合）；另一方面對于現實社會中存在的問題，教師要有一定的研究，明確大學生通過學習會獲得或提高哪方面的生活能力。在這些研究過程中，教師頭腦中的“concept”基本形成。所謂學科的“jargon”，指的是本學科所具有的一種抽象而按照邏輯又無法描述的獨特行話，體現了這門學科“日用常行”的一種觀點和解決問題的思維路徑。通過學習這門學科，大學生可以逐漸感知并內化為自己的一種思維習慣，并在生活實踐中外化為一種解決類似問題的能力。教學過程中的“case study”，強調教學過程中實例選擇的一個重要原則，即通過學習案例幫助學生糾正錯誤或不準確的概念，從而把理論知識、生活知識與學科“jargon”聯合起來，形成自己的知識觀念。由此看來，教學之前，教師頭腦中就要形成系統的教學實踐思維，要對教學過程各個要素、結構、功能有整體把握。這對地理信息系統專業教師的業務素質提出了極高要求，教師必須有交叉學科學習的背景，他們要涉獵過“包括地理學、地圖學、攝影測量學、數學與統計科學，計算機科學以及一切與處理和分析空間數據有關的學科”[2]，這為國家培育地理信息系統專業人才提出了明示。其次，教師要擅教學。這里所說的“擅”教學，包括擅選擇教學方法和擅運用教學法兩個方面。選擇恰當的教學方法對教師而言十分重要。針對不同的授課對象、不同的教學環境和學科類型，傳統的LBL和現代的TBL、PBL教學法的有效程度各不相同，這需要教師依據學科情況、授課情況，優化組合傳統和現代教學法。針對理論性強、難以理解、基礎學習階段的課程或者知識點，其知識本身具有連貫性、系統性，教師可適當采用傳統教學法。如專業基礎課程中涉及較多計算、理論推導等內容的部分，“例如坐標正算、坐標反算、導線計算、水準路線計算、小三角測量、交會定點、誤差理論與誤差傳播定律等”[2]，教師需要運用LBL教學方法，通過公式推導、計算實例等課題授課，幫助學生系統學習知識。同時，大學生個體是有差異性的，因此對于自主學習能力較差的大學生也可適當采用傳統教學法，以利于逐漸提升其接受能力。對于剛進高校的低年級大學生，也可多采用傳統教學法，以利于促進他們學習模式的轉變。但是，對應用性較強、經驗程度高和更新速度快的學科或知識點，如演示課程、實驗課程和實踐課，多采用現代教學法更恰當、更有效。同時教師要綜合運用各種教學方法，完成這一步的前提是為受教育者制定一個階段性教學目標。這里所說的階段性教學目標是指制定一個Syllabus。這個Syllabus不僅是學校與大學生的一份成績契約，而且也是一個翔實的階段性教學目標。它包括11個方面的內容：基礎條件（指導者、先決條件、講授時間和辦公時間）、課程目的和說明、課程學習目標、必讀書目、課程大綱和工作室工作安排、課程要求（實驗室筆記本電腦輸入、實驗報告、圖形練習、音箱測評、小組報告、提出疑問、海報展示、課堂參與）、格式化書面作業、分級給分、遲交的作業的處理、辦公和教師時間安排、專業搭配上課的理由。這份Syllabus需要充分展示LBL（講授時間）、TBL（課程要求部分）和PBL教學法在教學過程中綜合運用的過程，課程通過一系列實驗設計、文獻綜述和有效的科學交流，培養本科生的實用技能和提升他們的研究能力。最后，教師要引導大學生自主學習。一方面，教師要學會“蹲下身來看看孩子的世界”，授課之前一定要換位思考，了解大學生的狀態，從而培養他們的學習興趣。當下我國的高中生，依靠拼時間、體力，靠熬夜和甚至斷絕課余活動、社會交往來考上大學，他們的學習積極性已經嚴重受挫。因此，如何讓大學生喜歡大學的每一門課程是教學的當務之要，這當然關系到教學方法的具體施行。PBL教學法的合理運用，可在一定程度上激發大學生的學習興趣，如實驗課上學生的分組合作，不僅有益于掌握和鞏固所學知識、培養專業的基本技能，而且對培養學生的創新能力十分有益；又如在科研、生產單位等實驗基地的實地學習，不僅有益于學生實踐能力的提高，更重要的是讓學生領悟所學的功用價值；再如學生參加國際國內學術交流、參加老師的科研課題，不僅讓學生了解學科發展的最新發展，更重要的是學生直接參與了解決實際科研問題，增進了他們綜合分析問題和動手能力。事實上，這些問題距離現實生活都很近，有的問題甚至正是他們迷茫不解的難題，研究現實生活問題的解決方案激勵了大學生的挑戰能力，他們會合作起來查找資源，努力尋找最佳方案。不過，面對新穎的問題，少數大學生需要教師承擔撥動他們的心弦、激起他們戰斗力的責任。另一方面，教師還要引導大學生學會學習。面對這種自主性較強的建構性教學模式，部分新科大學生會產生無所適從之感，教師就要引導大學生學習，例如教師幫助大學生學會用知識點去分析核心問題，學會使用教師提供的資源列表（如存在的問題、推薦的影視材料或信息資料、參考讀物等），學會建立自己的數據庫并通過討論形式去深入思考問題，點評大學生學習研究的建設性結論，展示其研究結論等。

參考文獻：

[1]Problem-based learning，especially in the context of large classes[EB/OL].

http：//www.chemeng.mcmaster.ca/pbl/pbl.htm.

[2]丁建麗.高校地理信息系統專業教學過程剖[J].高等理科教育，2008，（2）.

基金項目：國家自然科學基金項目（41171070）；教育部人文社會科學研究青年基金項目（10YJCZH031）；住房和城鄉建設部科技計劃項目（2011-R2-38）