促科研教學方法在《空間數據結構》中的實踐

周 琪，謝博文

（1.中國地質大學（武漢）信息工程學院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學 法學院，湖北 武漢 430072）

促科研教學方法在《空間數據結構》中的實踐

周 琪1，謝博文2

（1.中國地質大學（武漢）信息工程學院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學 法學院，湖北 武漢 430072）

介紹了當前高校教師普遍存在的重科研、輕教學、教學熱情不高、質量下滑等問題，提出了4種用于促進科研的教學方法，并以地信專業的《空間數據結構》課程為例進行實踐。結果表明，這些方法深受學生和教師的好評。

教學；科研；教學方法；空間數據結構

1 高校教學中普遍存在的問題

教學與科研是高校的兩大基本職能[1]。當前，高校教師在處理教學與科研的關系時存在諸多不足，具體表現在：備課不充分，甚至不備課；課堂講授不認真、教學效果不理想；批改作業或試卷由高年級學生“代勞”。這些現象不僅會影響高校教師為人師表的形象，而且會導致課程教學質量下滑。究其原因，主要有：

1）教師對教學的重視程度不夠。大部分高校仍以科研成果（如科研論文、基金和獎勵等）作為職稱評定的重要標準，導致有些教師只重視科研，輕視教學，不注重教學的過程和質量。

2）缺乏有效的教學方法。青年教師承擔了大部分的教學任務，他們不但缺乏教學經驗，而且缺乏有效的教學方法，尤其是缺乏能協調好教學與科研關系的方法。

這些現象，在中國高校廣大的青年教師群體中體現尤為明顯，導致高校教學的效果不理想。針對這些問題，已有許多研究人員及學者論述了教學與科研的關系[2,3]，并提出了相應的對策與建議[4,5]。例如，秦雪峰提出通過加強對外交流、積極參與科研、強化實踐教學、注重互動教學來促進教學與科研的緊密結合[6]；張紅則認為應該改進授課內容及方式，充分利用實踐教學與科研相結合等手段[7]；彎艷玲等提出通過課程設置、教學方案、教學手段、課外實習、實踐環節和成績考核等方面的改革來構建教學與科研相結合的教學體系[8]。雖然已有許多理論方法，但將理論方法和具體課程相結合的案例研究仍較少。因此，可能產生的新問題是：教師即使了解教學的理論方法，也不知該如何充分運用。筆者認為，高校教師，尤其是青年教師，如果能在教學過程中提高科研能力，將有助于他們積極地參與教學，最終將教學任務由“負擔”變成“動力”。本文結合地理信息系統專業的《空間數據結構》課程，介紹在教學過程中如何運用教學方法來促進科學研究。

2 《空間數據結構》課程簡介

空間數據包括點、線、面、體、網絡和表面等多種數據；數據結構是指相互之間存在一種或多種特定關系的數據元素的集合。通常情況下,精心選擇的數據結構將帶來更高的運行或存儲效率，因此數據結構往往同高效的檢索算法和索引技術有關。《空間數據結構》這門課程介紹了計算機存儲、組織和分析空間點、線、面、體、網絡和表面數據的常用方法。該課程作為一門專業選修課，共32課時，在大三下學期開設。

3 促進科研的教學方法及運用

在《空間數據結構》課程的教學過程中，筆者曾通過問題討論法、任務驅動法、“自學-匯報”法和雙向選擇法等4種理論方法來促進科學研究。

3.1 問題討論法

教師引入最新的學科研究熱點問題，學生通過課后查閱資料，在課堂上討論解決思路或方法。例如，教師在講解空間點狀數據的聚類方法時，可以先在課堂上介紹常用的聚類方法（如K-均值聚類、層次聚類、基于密度的聚類等）；然后，提出如“有哪些其他的聚類方法？”、“各種聚類方法的優缺點是什么？”、“如何自動地確定合適的聚類數目？”等問題，并讓學生在課后去思考這些問題的解決思路或方法；再邀請1～2位學生在課堂上匯報，并組織其他學生參與討論。問題討論法可以讓學生集思廣益。同時，學生提出的某些獨特的思路或方法可能會為教師提供值得深入研究的“新點子”，形成“教學相長”。

運用該方法時，應注意合理控制討論的時間。討論的時間若太短，學生可能因未理解而導致學習的效果不佳；討論的時間若太長，則會影響到正常的教學任務。因此，建議每次僅邀請1～2位學生匯報，且每位學生的匯報時間不超過5 min。為了鼓勵學生開展討論，還可以通過設置獎懲機制來調動學生的積極性。例如，對提問的學生給予加分。

3.2 任務驅動法

教師布置一個或多個任務，讓學生通過收集資料、設計方案和實施方案等過程逐步完成任務，并從中理解和掌握知識點。教師通過提煉、歸納和總結學生的成果來發現新的學科問題或學科潛在的創新點。例如，《空間數據結構》課程針對空間線狀數據的自動簡化處理講授了10多種不同的算法。為了測試和比較這些算法的效果和效率，教師在上機實習課程中安排學生編程實現一種空間線狀數據的自動簡化算法。實習課程結束后，教師和學生可以利用這些程序進一步分析各個算法的差異，并在課堂上討論各個算法的優劣。

運用該方法時，應根據學生的動手能力來安排任務。任務若太難，學生會失去興趣，并因無法完成任務而相互抄襲；任務若太簡單，學生無法通過實習提高能力。因此，建議教師在布置任務前，應先根據每個學生的具體情況（如課堂表現、作業完成質量等）進行評估。對于學科掌握程度高的學生布置相對較復雜的任務。反之，降低任務難度，以達到因材施教的效果。

3.3 “自學-匯報”法

由學生以單獨個人或小組形式通過第二課堂自學，獲得與教學內容有關的知識。此類知識最好是在此前的課堂教學或者學習中未曾講授過。通過對此類知識的理解和消化，然后在課堂上向教師及全體學生進行講解和匯報。“問題討論法”和“自學-匯報”法的主要區別是：前者是由教師提出學科問題、學生被動地接受；而后者是讓學生結合自身興趣去探索學科問題。“自學-匯報”法應用于《空間數據結構》課程的期末考核。具體要求是：3個學生1組，研讀或者自學與《空間數據結構》課程有關的最新文獻，并在課堂上作口頭匯報。通過筆者的具體實踐，在匯報的過程中，學生對這種考核方式充滿了極大的熱情，而且每個小組匯報的內容也不盡相同，例如空間點聚類、空間線簡化、TIN自動生成、凸包生成等算法的最新研究進展。每個小組完成匯報后，課堂氣氛非常熱烈。針對匯報中有異議、有疑惑的部分，同學們都踴躍發言，提出不同的意見和見解。

運用該方法時，為了避免學生集中匯報某一個主題的內容，教師可以根據教學大綱預先安排幾個匯報主題。例如，《空間數據結構》課程安排了6個方面的主題，即空間點、線、面、體、網絡和表面的數據結構及其算法。主題相同的小組匯報時間前后銜接，便于學生的理解與討論。

3.4 雙向選擇法

指通過教師和學生的相互選擇，讓對某研究問題有興趣的學生加入到教師的科研團隊，從事與該研究有關的課題。筆者在《空間數據結構》課程的講授期間，利用課間向學生介紹個人的研究課題、研究興趣等。通過反饋，先后有6位學生表達了對線狀道路網絡綜合和面狀建成區研究的興趣。經過師生雙向選擇后，最終有4位學生參與到筆者的研究課題中。這些學生將從大三開始逐步確定他們感興趣的研究方向，一直到完成畢業論文。值得一提的是，作為教師科研重要組成部分的研究生團隊，也可以從這些學生中進行遴選。雙向選擇法不僅可以幫助學生在學習期間提升自己的實踐能力、科研能力和團隊協作能力，還可以幫助教師組建和壯大自身的科研團隊。

運用該方法時，應將研究課題融入到課程的教學內容中，再結合精彩的課程講授，將起到事半功倍的效果。

4 效果分析

筆者通過問卷方式調查學生對《空間數據結構》課程的意見（如表1），發現所有的學生認為這門課的授課內容、授課方式及考核方式“好或者很好”；而且超過80%的學生認為這門課的授課方式“很好”。此外，旁聽的老師也對該課程的教學方式表示認可。

表1 問卷調查的統計結果表/%

這些好評客觀地說明了以上方法能讓學生從中受益，同時，作為授課教師的筆者也受益匪淺。更重要的是，這些方法有助于教師增加對教學的投入，使教學工作不再被認為是包袱，而是能有效促進科學研究的動力。需要注意的是，在運用以上方法時，課程內容應盡量與教師的研究方向相關，這樣才能將研究方向與教學內容更好地結合起來。參考文獻

[1] 龔月嬌,張軍,張永民.教學與科研相結合——研究型大學本科教育的使命[J].計算機教育,2011(24):1-4

[2] 張振浩,賀志剛.論高校科研對教學的促進[J].科技視界,2012(31):75

[3] 韓秋瑩.教學研究型大學的教學與科研關系探討[J].現代教學科學:高教研究,2012(1):118-121

[4] 陶丹,胡健,陳后金.高校青年教師如何協調教學與科研的關系[J].電氣電子教學學報,2012(34):5-13

[5] 張焱.教學與科研：高校青年教師何去何從[J].江蘇高教,2013(3):95-96

[6] 秦雪峰,余昊,王運兵.簡析高校教學與科研的結合[J].河南科技學院學報,2013(6):38-40

[7] 張紅.教學科研的緊密結合是培養拔尖人才的重要途徑[J].高等教學發展研究,2012(29):7-9

[8] 彎艷玲,叢茜.教學與科研相結合研究型教學體系構建與實踐[J].長春理工大學學報,2014(8):222-224

P208

B

1672-4623（2015）04-0174-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.062

周琪，博士，講師，從事地理信息系統科研和教學工作。

2014-05-30。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41301523）；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（CUGL140419、CUG12083）；中國博士后科學基金資助項目（2012M521496）；湖北省高等學校省級教學研究資助項目（2013143）。