“地理信息系統原理”應用型課程建設的探索和思考*

高 歆，李長坡，王 軒

（許昌學院城市與環境學院，河南 許昌461000）

根據2017年教育部高等教育教學評估中心發布的《中國本科教育質量報告》，21世紀以來，我國新建本科院校678所，占全國普通本科高校1 219所的55.6%，本科教育無論是規模還是結構，都發生了翻天覆地的變化。為引導高校合理定位，克服同質化傾向，2015年10月，教育部、國家發展改革委、財政部聯合印發《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，對地方型本科院校走轉型發展道路，建設應用型高校提出了明確要求。2015年，河南省教育廳、財政廳聯合啟動了示范性應用技術類型本科院校建設計劃，將包括許昌學院在內的10所高校列為首批示范建設試點。自獲批建設以來，許昌學院堅持“地方性、應用型、服務性、國際化”的辦學定位，認真落實高質量發展根本要求，堅持以內涵提升和創新引領為核心，走出了一條具有自身特色的應用型大學建設道路。

地理信息產業是現代測繪技術、信息技術、計算機技術、通訊技術和網絡技術相結合而發展起來的綜合性產業。過去20年，地理信息產業在我國地球和信息科學領域掀起了一股熱潮，并得到了迅速發展，逐漸成為我國IT產業中不容忽視的一支力量[1]。地理信息產業的迅速發展使我國地理信息科學專業如雨后春筍般涌現，據不完全估計，全國有近200所高校開設了該專業或者相近專業[2]。然而，隨著相關產業發展的不斷成熟和深入，高校和企業“育人-用人”兩條平行線模式的弊端逐漸顯現，人才培養質量與企業需求之間的矛盾迫切要求當前的人才培養模式和課程體系設置做出相應改變，其中，課程內容改革是整個改革目標能否順利實現的關鍵[3-4]。為了向應用型本科院校轉型，許昌學院啟動了應用型課程培育和建設計劃，旨在建設一批產教融合、校企合作教學模式下強調和突出應用性、實踐性的課程，自2017年以來，全校先后論證并立項了50門課程實施應用型課程改革，分兩批進行[5-10]。“地理信息系統原理”作為地理信息科學等專業的一門主干課，在2019年入選了許昌學院第二批應用型課程建設計劃，經過一年多的探索和研究，課程組圍繞課改理念、內容重構、課程運行、組織方式、考核和評價等方面進行了大量討論和探索，本文就該課程改革過程中的一些思考和做法進行總結分析。

1 課程教學過程中存在的主要問題

“地理信息系統原理”是實現地理信息科學專業人才培養目標和達成能力支撐要求的關鍵課程，是一門理論性和實踐性很強的課程，課程內容覆蓋了從數據定義、存儲、管理到使用整個生命周期中各個環節的所需概念、原理等基本理論，以及對應的軟件應用技術和方法，是學習其他專業課程和從事地理信息系統（Geographic Information System，GIS）數據處理、軟件開發必備的基礎。通過對該課程的開展情況進行分析，教學過程中存在的問題主要包括以下3個方面。

第一，知識點組織和教學方法缺乏系統性、連貫性和高效性，沒有讓知識點真正落地，停留在“為了學習而學習，為了做題而做題，為了實驗而實驗”的階段，使學生有“只見樹木不見森林”“空有一身蠻力卻無處可使”的感覺。這種教學模式下的學生，主動學習的積極性和意愿逐漸退化，獨立思考和解決問題的能力下降，思想變得僵硬、固化和保守，不利于學生創新意識和實踐能力的培養。

第二，實驗內容脫離實際，缺乏深度和廣度，不利于深入思考能力的培養和實際問題的解決。傳統教學中，實驗素材和操作步驟均由教師安排和準備，這樣容易導致學生重操作、輕思考，養成眼高手低、心浮氣躁和不求甚解的壞毛病，不利于復雜問題解決所需思維模式的訓練和職業能力的培養。

第三，講究個體學習，缺乏溝通和協作精神。在傳統教學中，每個學生與教師構成了一個學習系統，90%以上的學習在這個系統內完成，與外界幾乎處于隔離的狀態，這種方式不利于學生自信心、調整能力的建立和綜合素質的提升。學生終究要走向社會，面對更為復雜的社會關系和現代作業模式下單憑一己之力根本無法完成的工作，缺乏溝通、協作和犧牲精神的訓練容易導致學生不能快速適應職場，甚至變得自暴自棄，最終喪失自我。

2 課程設計理念和實施方案

2.1 課程設計理念

1）真實場景。基于“工作過程”進行課程開發，構建真實的工作空間，使學生熟悉企業的規章制度、環境和文化，協作模式和運行機制，塑造學生系統性、復雜性和宏觀性思維模式，使學生增長見識、開闊視野，提升學生的參與感和代入感。

2）真正參與。通過讓學生在認真分析和梳理下達任務的基礎上制定工作方案、分解任務、設置時間點、填報工作日志等方法，給學生最大的自由度，真正確定學生的主體地位，從而充分調動學生的積極性，改變長久以來學生處于被動接受位置的局面。

3）真材實料。實際項目最大的特點是綜合性和復雜性。綜合性表現在解決實際問題時需要綜合運用多學科的方法和知識體系，復雜性體現在解決問題的過程需要經歷調查分析、推理和計算、思考和辨析等環節。因此，以真實案例或項目作為課程教學的載體，意味著學生需要在持續較長的一段時間內進行深入的學習、思考以及問題的解決，這就為學生深入思考、處理復雜問題和開展團隊協作提供了機會。

4）真學真做。行業規范、標準和用戶的需求是成果最終驗收的標準，學生需要按照相關標準和要求規范自己的作業模式和工作流程，通過不斷自我調整、動態追蹤、歸納分析、風險識別和控制來降低工作過程中的返工率和差錯率。以用戶滿意度為導向、以行業標準為準入，一方面有助于提升學生的韌性和意志力，另一方面也可以鍛煉學生危機處理、獨立思考和解決問題的能力。

2.2 課程實施方案

按照上述設計原則，根據重復性和相似性的設計要點，本次課程改革將所有內容落實到3個載體上面，即3個情境，也可以理解為3個具體的項目。每一個情境沿數據生命周期演進從而覆蓋所有內容，不同情境在內容設置上既有相似性又有差異性，呈現出螺旋式上升、波浪式前進的特點，符合事物發展的一般規律。3個情境分別承載了重構后的內容，即矢量數據信息化管理、柵格數據信息化管理和鑲嵌數據信息化管理，見表1。

由表1可以看出，每一個情境分別包含了數據預處理、數據建模、數據存儲與組織、數據分析和可視化等內容。關于3個情境實施過程中教師角色的變化，在實施第一個情境時，全程由教師控制；在實施第二個情境時，給學生一定的自主性；當實施到第三個情境時，則交由學生獨立完成。3個情境在時間安排上有較大差異，其中第一個情境的學習時間最長，歷時10周，與另外兩個情境不同的是，地理的數學基礎教學在這一情境中進行，包含了坐標系的定義、投影和坐標轉換等內容；第二個情境歷時5周，主要涵蓋了柵格數據的空間數據建模、存儲和組織、空間分析等內容；第三個情境歷時3周，主要涵蓋了鑲嵌數據建模、存儲和組織、空間分析等內容。3個情境在內容方面也有一定的區別，第一個情境對于學生來說是全新的內容，而第二個情境開設的時候學生已經有了一定的知識和能力基礎，有了前兩個基礎，第三個情境對于學生來說掌握起來更為輕松，完全可以在自主性學習的模式下進行。

表1 重構后的課程內容、情境和模塊之間的對應關系

3 課程實施過程和實施案例

本文重點分析情境1的課程實施過程，表2為其理論課程的具體實施過程。

表2 情境1理論課程的具體實施過程

“文檔管理、輪流匯報、會議討論和持續改進”的理念貫穿于3個情境實施的全過程。每個情境的實施過程分為4個階段，下面介紹這4個階段的運行方式和工作內容。

1）任務描述。該階段由教師下達某情境的任務書，帶領或者由學生自主學習、分析和理解任務書中的內容，使學生明確本次任務的目標和主要工作內容，時間為1個學時，在第一個情境中教師還需要講解實施理念的基本內涵。

2）任務分析。在認真分析上述任務書的基礎上，由教師帶領學生或由學生自主撰寫工作方案，包括數據清單、工作計劃、小組分工、技術指標和質量保障等內容。在上述內容中尤其要體現實施理念的落實，例如什么時間進行工作方案論證、什么時間進行會議討論、什么時間對前期成果進行改進和完善等，時間為1個學時。此外，對于情境1，在開始第三個階段之前還要完成學生分組，每組限制在4~6人。

3）任務實施。該階段的主要工作是按照工作方案落實具體任務，該階段的任務又可以分為4個子任務，分別是數據的預處理、建模、存儲、分析和顯示。以情境1為例，該過程需持續16個學時，每個子任務歷時4個學時，前2個學時由教師帶領學生學習對應ArcGIS的基本操作，后2個學時由教師帶領學生或者由學生自主完成每一個階段的工作并進行小組討論，所有的課上、課下交流和會議討論的內容都要記入每個學生或者小組的日志中。

4）任務評價。每組安排一名學生匯報其成果，并進行評價、反思和思考，相關建議和問題要體現在后續的修改工作中。

表3 為情境1實驗課程的具體實施過程。

表3 情境1實驗課程的具體實施過程

表2 和表3分別記錄了情境1完整的理論和實驗實施過程，該情境依托的項目是許昌學院校園地圖制作，需要完成數據的預處理、采集、存儲、分析和顯示等內容，歷時40個學時，理論和實驗各占20個學時。每節實驗課要對應一節理論基礎先導課，理論課要先于實驗課實施，如果出現沖突或者因實訓實習缺少一節課的情況，可以先進行實驗課或者對上一階段成果進行討論和修改，盡量保證兩者之間的一致性。學生在每節實驗課上都需填寫工作日志，只填寫主要問題的解決過程，填寫日志可能打斷練習的連續性，可以先進行標注，下課后再統一歸納總結和記錄。如表3所示，在19~20，27~28的實驗課上安排了兩個擴展內容，這兩個內容是對數據結構和數據存儲內容的進一步深化和升華，要求學生能在教師的引導下完成；在19~20，35~36實驗課上安排兩次小組討論，目的是討論和評價各小組中每名學生已完成的成果以及工作方案的修改情況。在最后一節課前，學生要將這一階段的所有過程性成果以及證明材料，如小組日志、個人日志、修改后的工作方案、紙質報告、電子文件以及照片、視頻等材料一起上交，在39~40實驗課程上，輪流在全體同學面前匯報，小組和小組之間、同學和同學之間要互相打分并根據匯報情況提出進一步修改的建議。

4 課程考核和評價

“地理信息系統原理”課程考核分為實驗和理論兩個部分，占比分別為60%和40%，課程考核體系見圖1。

圖1 “地理信息系統原理”課程考核體系

實驗考核包括日志考核、組間考核、項目成果、工作方案和校外人員評價環節，其中日志考核涵蓋了日志保存是否完整，日志內容是否詳細合理等內容；理論考核主要包括期末考試和平時成績。課程評價分為以下4個方面。

1）學生評價。學生針對本學期課程的學習和實踐情況撰寫收獲和體會，課程組在認真分析、討論和總結學生提出的問題以后提出應對之策，以便進一步調整課程組織方式和優化課程內容。

2）后續課程任課教師評價。每個學期由后續課程任課教師隨機抽查10名學生，觀察這些學生一個學期的表現，并對他們從思維與品質，研究和學習技能，創新和實踐能力，態度、觀念和興趣，對本門課程的支撐能力等方面進行評價。課程組通過分析、總結和歸納，形成相應評價報告，并反饋到課程改革中。

3）對學科競賽的支撐評價。課程組根據學生在國家、省和學校舉辦的學科競賽中的表現，通過分析和總結尋找課程改革和提升的潛力和空間。

4）用人單位評價。由課程組設計表格，合作單位負責填寫，主要對學生的動手能力、思維方式和意志品質等進行考核，最后由課程組形成意見，并針對這些意見提出相應的建議和措施。

5 結束語

本次應用型課程改革以行業需求為導向，以就業能力培養為目標，結合學科發展目標和學校定位，在分析現有課程教學問題的基礎上重新論證了人才培養目標和畢業要求設置的科學性和合理性，并以項目為載體對課程內容圍繞3條主線進行了串聯組織，體現了漸進、重復、連續和真實的特點。雖然本次改革體現出了一定的先進性和實用性，但是依然存在很多問題，例如課程改革后教師和學生的任務量和工作量相比以前有了成倍的增長，運行過程和組織形式較以往更為復雜。因此，若要切實發揮出課程改革的最大效益，仍需要對一些問題如過程性評價，內容深度、廣度和課時之間的平衡等進行進一步的探索研究。