CDIO-CBE 理念下的“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)改革研究

王 艷 滿忠水

（[1]棗莊學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院 山東·棗莊 277160；[2]棗莊學(xué)院機電工程學(xué)院 山東·棗莊 277160）

0 引言

隨著GIS 產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，相關(guān)企業(yè)對具有復(fù)合型、創(chuàng)新型的GIS 高級專業(yè)人才的需求越來越大。因此，高校GIS 人才培養(yǎng)目標應(yīng)著眼于人才市場的供需狀況，順應(yīng)GIS人才多元化的發(fā)展格局，以培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才為主。[1,2]GIS課程是一門實踐性較強的課程，實踐教學(xué)對于理解和鞏固地理信息系統(tǒng)理論知識、提高動手操作能力以及觀察分析問題的能力具有重要的作用。[3,4]但是，地理信息專業(yè)人才培養(yǎng)存在教學(xué)內(nèi)容落后于技術(shù)發(fā)展的問題，教學(xué)中重理論、輕實踐，實踐偏離實際，學(xué)生教育缺乏因材施教，教學(xué)方法忽略學(xué)生創(chuàng)新、科學(xué)思維、分析和解決實際問題等能力的培養(yǎng)。

CDIO的理念是讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗，是以工程項目設(shè)計作為導(dǎo)向并以工程能力培養(yǎng)作為目標的工程教育模式。[5,6]CBE(能力本位教育)在本質(zhì)上是以學(xué)生的能力培養(yǎng)作為中心的教育模式，尤其強調(diào)學(xué)生“做中學(xué)”，并通過學(xué)生在相關(guān)的技能或者活動上的表現(xiàn)來評價教學(xué)及學(xué)習(xí)效果。[7]

本研究以地理信息系統(tǒng)原理課程教學(xué)環(huán)節(jié)的改革為出發(fā)點，基于復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，分析目前地理信息系統(tǒng)原理課程在教學(xué)中存在的問題，提出了融合CDIO-CBE 理念的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及考試模式等方面的改革。

1 課程教學(xué)存在的問題

目前學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)地理信息系統(tǒng)原理課程教學(xué)存在的問題主要有兩個方面：一是對實踐課沒有足夠的重視，學(xué)生在GIS 應(yīng)用中所具有的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力都比較弱。[8]GIS 原理課程其實是一門實踐性與技術(shù)性很強的課程，加強對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)符合經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展的高級GIS 人才來說具有很重要的意義。二是教學(xué)實驗內(nèi)容比較單一陳舊，通常實驗內(nèi)容的更新緩慢，跟不上新應(yīng)用新技術(shù)的發(fā)展，如今計算機及信息技術(shù)發(fā)展速度非常迅猛，有關(guān)知識體系更新快速，學(xué)生對于已經(jīng)落伍的技術(shù)應(yīng)用沒有很大興趣，同時也沒有更多的選擇機會提供給學(xué)生，從而造成許多學(xué)生對實驗缺乏熱情與興趣，對學(xué)生個體特長的發(fā)揮勢必造成一定的影響，教學(xué)效果也不會理想。[9]

2 改革措施

2.1 授課內(nèi)容改進

本課程主要包括GIS 基本理論知識及實踐操作。由于GIS課程是門特別典型的交叉性學(xué)科，涉及計算機、數(shù)學(xué)、地理、測繪的內(nèi)容較多，原理較難，所以盡可能的把授課內(nèi)容深入淺出、簡化易懂。GIS 課程是一門實踐性與技術(shù)性很強的課程，應(yīng)加大實踐操作部分的內(nèi)容，在實踐操作中把GIS基本知識點融入其中，并以教學(xué)項目的方式對教學(xué)內(nèi)容進行整合, 從而可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實踐操作課中所設(shè)計的教學(xué)項目內(nèi)容要新穎豐富且多樣化。教學(xué)項目要隨著實際應(yīng)用及時的更新并且貼近實際生活，最好選擇與我們的生活緊密相關(guān)的綜合實驗題目,筆者在上實驗課時給出的題目如“GIS 在生態(tài)飯店規(guī)劃中的應(yīng)用”“智慧校園漫游系統(tǒng)”“棗莊市房價空間分析”等項目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇相關(guān)的實驗題目，以4位或者5 位學(xué)生自由組合協(xié)同完成選定的實驗題目。

從實施效果來看，學(xué)生對這些較為貼近生活實際的豐富新穎且多樣化的實驗題目興趣非常濃厚，并能夠根據(jù)自身的愛好和特長選擇較為適合自己的實驗題目，極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，并給學(xué)生提供了一個自由施展他們創(chuàng)造性的空間，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的組織合作能力及交流創(chuàng)新能力。

2.2 授課方式改進

在基本知識的教學(xué)中, 注重授課方式的改進，把多媒體教學(xué)、融合式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等教學(xué)方式融入到教學(xué)中，采用多媒體教學(xué)方法可以直觀明了、生動形象地展示教學(xué)內(nèi)容，也可以將相關(guān)的工程實踐及科研成果以示例、動畫的形式演示給學(xué)生看，大大增加了課堂教學(xué)的信息量。例如在講解GIS 制作三維圖時，可以把已經(jīng)制作完的三維圖展示出來，以激發(fā)學(xué)生的熱情與興趣，然后再將制作過程逐一講解。教學(xué)中可以把GPS、RS、VR 技術(shù)引入到GIS 的教學(xué)中，教學(xué)生怎樣結(jié)合地理定位、數(shù)字圖像處理把問題進行綜合分析，得到比較精確的分析結(jié)果。這樣不僅拓寬了學(xué)生的知識面，而且還提高了他們分析問題的能力。

在教學(xué)時經(jīng)常以啟發(fā)式教學(xué)為主，尤其是理論知識的講解，如教師可以先舉出一些與生活息息相關(guān)的具體實例提出問題，啟發(fā)學(xué)生去思考，然后經(jīng)過一定的抽象總結(jié)得出一定的結(jié)論。這樣不僅加深學(xué)生對理論知識的理解，而且記憶深刻，更有利于把理論知識運用到實際應(yīng)用中，培養(yǎng)了學(xué)生融會貫通的靈活性，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)GIS 的熱情。如在講授緩沖區(qū)分析和疊加分析內(nèi)容時，通過啟發(fā)式教學(xué)方式進行開展，先舉出棗莊市區(qū)道路噪聲污染、空氣污染等具體實例，針對實例提出如何確定道路噪聲污染、空氣污染影響范圍而讓學(xué)生展開激烈的討論，不僅調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且還極大的激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，獲得了很好的教學(xué)效果，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

2.3 考試模式改進

“地理信息系統(tǒng)原理”課程是一門實踐性很強的課程，傳統(tǒng)考試模式比較注重理論知識的考查，學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)又缺乏興趣，故本研究著重突出了實驗操作在“地理信息系統(tǒng)原理”課程考核中的重要性，實驗操作部分占期末總成績的40%。理論部分（筆試）占期末總成績的50%；平時成績占10%，包括出勤、作業(yè)，測驗，課堂表現(xiàn)。在近幾年的GIS 實驗教學(xué)改革中，最終的實驗考核成績是依據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)實驗和綜合實驗的實驗報告、設(shè)計的完成情況及現(xiàn)場答辯綜合完成。最終成績能夠真實反映出學(xué)生理論知識的掌握程度及實際操作能力。從而調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維意識和能力。

2.4 初步取得的成果

把以上“地理信息系統(tǒng)原理”課程的改進運用到了實踐，學(xué)生上本課程的積極性很高，尤其是上機操作準備的特別充分，當(dāng)提前將實驗題目給他們之后，學(xué)生主動組成項目組分頭進行信息、素材的收集，每個環(huán)節(jié)都投入了很多的時間和精力。如綜合實驗題目“GIS在城市綠地規(guī)劃中的應(yīng)用—以棗莊市市中區(qū)為例”學(xué)生利用周末專門到棗莊市市中區(qū)進行了信息收集，拍了很多照片作為實驗素材，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)分析了該市區(qū)的地形、人口分布、建筑分布、交通、土地類型、社會經(jīng)濟等情況，GIS操作中進行了緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、疊合分析等操作，完成了詳細完整的實驗報告。“二手房房價空間分布”的綜合實驗中，學(xué)生利用python 語言編輯爬蟲程序下載棗莊市二手房信息并對其進行空間分析。

3 結(jié)語

基于CDIO-CBE 工程教育模式的地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)方法，是針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的重大探索和實踐。根據(jù)教學(xué)需要及時調(diào)整課程內(nèi)容、教學(xué)方式與考試方式，學(xué)生在項目組織、設(shè)計和實施過程之中，不僅提高了學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)知識的能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度及作風(fēng)，鍛煉并培養(yǎng)了團隊合作和溝通能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生的課程知識結(jié)構(gòu)體系更加完整，更具工程意識與素養(yǎng)，能夠更好地適應(yīng)社會對復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的需求。