CDIO模式在地理信息系統教學中的實踐與研究

王紅巖 陳愛兵

摘要：文章提出了基于CDIO理念的地理信息系統課程的教學改革模式，設計了注重學生工程能力培養的創新型課程體系內容，學生通過CDIO工程教育模式的訓練，課程知識結構體系更加完整，個人職業技能和職業素養、團隊合作和溝通能力得到了全面提高。

關鍵詞：CDIO模式；地理信息系統；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）22-0193-02

CDIO工程教育模式是麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學自2000年起經過四年的探索研究，創立的一項國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思、設計、實現和運作，要求以綜合的培養方式讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，畢業生能達到工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面的預定目標。地理信息系統教學過程中引入CDIO工程教育理念，可以改變傳統教學模式中僅注重理論教學的做法，更加重視提高學生分析和解決實際專業問題的能力，培養學生的工程創新精神，適應社會對應用型工程技術人才的需求。

一、CDIO模式下地理信息系統課程大綱的內容設計和培養目標

地理信息系統是資源勘查工程專業一門重要的專業基礎課，其基本概念、數據結構、空間分析等理論知識抽象難懂，同時要求學生能夠利用地理信息系統軟件解決本專業應用中的一些實際問題。與資源勘查工程專業的其他專業課程相比，地理信息系統這門課程對學生的理解和實踐能力都提出了更高的要求。根據本課程的內容體系、專業特點和學生的知識結構基礎，結合CDIO的12條標準和課程教學的特點，設計地理信息系統課程的大綱內容，更加注重專業知識和綜合能力的培養，具體包括：（1）掌握地理信息系統基本概念、數據結構、空間分析、系統設計原理等理論知識；（2）掌握MapGIS Section軟件的操作方法和步驟；（3）自主學習地理信息系統理論知識的能力；（4）對地理信息系統發展前沿趨勢的把握；（5）具備一定的軟件工程思維能力；（6）具備職業技能和道德；（7）具備在地理信息系統實踐項目小組中的團隊合作溝通能力；（8）掌握一定的地理信息系統專業英語；（9）了解地理信息系統和行業的外部和社會環境；（10）熟悉地理信息系統構思與設計—實施—運行過程。

二、CDIO模式下的地理信息系統課程實施

1.以工程項目為載體，注重學生工程能力培養的創新型課程體系設計。傳統的課程體系設計多以教師講授、灌輸式的知識傳授為主，學生被動接受知識，缺乏主動思考問題的環節，導致對課程學習興趣不高，對學生實踐能力的鍛煉和培養較為薄弱，特別是以綜合的培養方式讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的內容設計十分欠缺。為此，根據CDIO課程大綱的培養目標和要求，在地理信息系統課程教學中將課程的工程項目設置為如下三個層級的內容：（1）設置基本原理工程項目案例。將課程主要內容分解成具體實踐案例，學生通過基礎知識的學習，選擇感興趣的案例并獨立思考，對項目案例進行分析，提出見解并完成具體的工程項目案例，最后師生共同對項目完成情況進行交流總結，教師和學生通過自我評價和相互評價，完成課程工程項目案例的效果總結和評估。整個實施過程中的問題和經驗教師在接下來的教學中可以進一步完善或應用，而學生也在親身探究實現項目目標的過程中加深對所學理論知識的理解，提高運用理論知識解決實際問題的能力，同時也能不斷敦促教師改進相關的教學活動。根據工程項目案例教學的實施過程，以GIS的基本功能作為主線串起課程內容的主要知識點，從空間數據的獲取到空間數據的分析、產品的輸出過程，設置的工程項目案例涵蓋了GIS的基本功能、基本概念和空間分析理論等，除了基本功能項目案例，還設置了5個資勘專業應用項目，分別是柱狀圖的生成、繪制等值線、圖切剖面圖、MapGIS Section在化探中的應用和MapGIS Section在成礦預測中的應用。（2）與資源勘查工程專業的相關專業課程、實踐課程建立聯系，如礦產勘察學、構造地質學、填圖實習、畢業實習等，使學生對地理信息系統在具體專業中的應用有清晰的認識和理解。以填圖實習為例，實習要求學生提交的成果包括：①實習區地質報告一份；②實習區1∶10000地形地質圖一份（包括綜合地層柱狀圖和圖切剖面）；③原始資料：包括野外記錄本、剖面記錄表、厚度計算表；④實測剖面圖、實測剖面柱狀圖。按照實習分組，讓學生分組交流討論，利用MapGIS Section軟件合作來完成上述實習任務，使學生對理論和實踐內容的綜合運用更加熟練和靈活。通過與相關專業課程、實踐課程建立有效的聯系，學生能夠清楚認識GIS在所學專業中的應用，了解GIS從專業調查到GIS結果實現的完整過程，讓學生獲得基礎的工程項目實踐意識和素質。（3）相關新技術與地理信息系統發展的相互促進作用與技術融合實例展示。隨著計算機網絡技術的飛速發展，分布式GIS、網絡GIS技術迅速發展和應用，“3S”集成技術由理論研究成為科技發展的必然。

2.注重培養學生的團隊和個人能力，采用靈活多樣的教學組織形式。（1）課堂講授。對課程的基本概念和理論知識以老師的課堂講授為主，針對重點和難點內容，如地形圖的分幅編號、空間分析原理等內容，通過通俗易懂的實例講解使學生對知識的掌握不僅停留在理論概念上，更能在實際案例中深刻理解。（2）上機操作演示。對地理信息系統軟件的操作使用進行上機操作演示，特別是如何使用軟件解決資源勘查工程專業中的實際問題，如在該專業的填圖實習中，從野外踏勘到最終提交實習報告，整個過程中涉及到的圖件制作內容均由地理信息系統軟件完成，讓學生了解該課程如何和其他專業內容進行有效的銜接和結合。（3）小組專題報告。根據課程內容適當布置課程相關的主題，比如“地理信息系統的主要應用領域有哪些（具體應用案例）？”、“按照軟件工程原理方法與應用項目組織管理規范描述主要結構、內容與流程，結合所學專業進行GIS應用系統的總體設計，并敘述項目實施主要步驟與要點”、“GIS在資源勘查專業中的應用”、“GIS與大數據”、“GIS在醫療設施分布中的應用”等等，學生也可自行制定與課程相關的主題，但需要與老師溝通后確定。學生自愿組合成小組，從中選擇感興趣的主題，通過網絡查找文獻資料、小組討論完成專題報告，并制作幻燈片作專題報告，然后由老師和學生針對內容進行點評和提問。學生從自行選題到收集資料以及報告的完成，使學生對畢業實踐和論文的順利完成提前進行了預演和實踐。（4）網絡課堂學習。將課程的相關資料上傳到網上，建立網絡在線課程，學生可以在線學習課程，并開設論壇對課程中遇到的問題進行討論和解答，作業也可以通過在線課程進行提交。

3.綜合考量學生工程素質，建立完善合理的課程考核體系。基于CDIO的工程教育模式以工程項目為基礎，因此課程的考核應該主要依據學生在項目的各個環節中的不同能力表現進行評價，強調學生對知識的運用和實際解決問題能力的考查。（1）除了傳統的筆試和上機操作考核以外，考核形式增加口試和學生之間互評的方式，各項考核指標通過電子表格逐項記錄，做到有據可查；（2）總成績由平時成績、自學內容答辯、上機操作和期末成績組成。平時成績包括上課考勤、回答問題、小作業等組成，占20%；自學內容答辯主要根據學生PPT的內容和答辯情況決定，占20%；上機主要根據學生對基礎操作的掌握和具體項目的設計、完成過程評判，占30%；期末成績主要是考察對課程主要理論知識的掌握，占30%。考核更加重視上機實踐和學生自主學習的能力，通過逐漸完善課程的多元化考核形式，更加客觀、公平、合理地評價學生的學習效果。

三、結束語

基于CDIO工程教育模式的地理信息系統課程教學方法，是對傳統教學模式的重大探索實踐，通過針對理論教學內容的工程項目設計，使學生在實際項目的組織、設計和實施的過程中，提高了個人職業技能和職業素養，鍛煉并培養了團隊合作和溝通能力，同時可以開闊學生的視野，激發創新思維，學生的課程知識結構體系更加完整，更具工程意識和工程素養，能夠更好地適應社會對應用型工程技術人才的需求。

參考文獻：

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