基于案例式教學的地理信息科學專業課程改革與實踐

劉峰　譚暢

摘 要：案例式教學集實踐性、啟發性、互動性、開放性和靈活性于一體，能鞏固學生的專業思想，提高學習熱情，開闊專業視野，增強學生的綜合能力和服務社會的意識。結合中南林業科技大學地理信息科學專業和GIS 空間分析課程的特點，分析GIS 課程實踐教學現狀和問題，并從優化課程教學體系、增加實踐教學內容，靈活應用教學方式，以賽促學、學以致用，強化第二課堂培養;優化課程考核方式及課程思政等方面的改革探索，為高校復合型人才培養提供參考與思路。

關鍵詞：地理信息科學 課程改革 案例教學

地理信息科學（Geographic Information System，簡稱GIS），是一門集地理學、測繪學、遙感學、計算機科學、環境科學等各學科于一體的綜合性學科。[1]我國GIS 技術起步于20 世紀70 年代，經過幾十年的蓬勃發展，GIS 已成為我國信息產業的重要組成部分，被認為是21 世紀的支柱產業之一。

根據2020 年最新統計數據，目前我國已有185 所高校開設了地理信息科學（系統）專業。[2]近年來，云計算、互聯網+、智慧城市和人工智能等技術的應用和發展，推動了GIS 的普及和發展，同時帶給了GIS 高等教育研究（包括案例教學、課程實踐和人才培養策略等方面）新的機遇和挑戰。[3]

2015 年《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》指出，高校要樹立先進的創新創業教育理念，要把創新創業教育與專業相結合，案例教學是改革的重點。GIS 案例教學集實踐性、啟發性、互動性、開放性和靈活性于一體，能鞏固學生的專業思想，提高學習熱情，開闊專業視野，增強學生的綜合能力和服務社會的意識。GIS 案例教學突出過程的生成性，強調學生的主體地位，促進教師角色轉變并提高專業化水平，引導學生感受較真實的數據獲取、處理和分析等過程。[4]

農林類高校地理信息科學專業，如何聚焦國家和區域智慧林業需求，培養專業基礎扎實、創新實踐能力突出的GIS 專業復合型人才，是“新農科”背景下GIS 高等教育面臨的機遇與挑戰。從中南林業科技大學地理信息科學專業教學改革入手，以“GIS 空間分析”課程案例式教學為例，探討農林高校GIS 專業課程實踐教學和創新實踐能力培養的改革，為地方農林高校培養復合型專業人才提供思路和參考。

一、GIS 課程實踐教學現狀和分析

（一）實踐教學課時偏少

“GIS 空間分析”作為地理信息科學專業基礎課，安排在大學三年級第一學期，共40 個學時，其中24 個理論課時，16 個實踐課時。GIS 空間分析與“GIS 原理”“遙感圖像處理” “地圖學”“GIS 程序設計”等其他課程教學內容互有融合與補充，具有綜合性、實踐性和創新性等特點。GIS 空間分析實踐環節較多，16 個實踐課時難以保證實踐教學質量和應用水平。在有限的實踐課時內，要求學生掌握相關GIS 軟件的空間分析模塊或功能幾乎是不可能的，往往需要學生和教師額外投入時間達到實踐教學的要求。

（二）學生自主學習和創新能力不足

我校地理信息科學專業以文理兼招模式招收生源，部分文科生源上機實操能力相對薄弱，習慣死記硬背條條框框，對一些重要的原理掌握不透徹，理論知識點和實踐環節的具體操作之間不能融會貫通。部分學生只關注實驗指導書上的基本技能操作的現象突出，如地圖矢量化、緩沖區分析、疊加分析、密度分析等，技能片段化，對于如何綜合應用這些工具或方法解決具體的林學或生態學等領域的科學問題，學生依然不能形成一個完整的解決思路和知識體系。

（三）教學案例數量和質量不高

案例教學中的素材收集、數據預處理、整體思路構建和更新等環節都有積累的過程，短時間內很難形成一個難易適中、具有綜合性和開放性的教學案例。此外，部分案例直接來自老師承擔的科研項目，有的專業知識對于本科生來說比較晦澀難懂，難以激發學生的學習熱情，導致學生對部分案例的實踐意義不明確，為什么要做這個案例，案例完成后有哪些方面可以擴展，學生對此不感興趣，學生的主體地位不明顯，影響對GIS 空間分析中基礎技能的掌握及綜合實踐能力的提升。

二、案例式課程教學改革措施

（一）優化課程教學體系，增加實踐教學內容

GIS 空間分析是地理信息科學的核心領域，側重圍繞地理學問題的“空間”本質建立模型，在傳統定量分析的基礎上引進描述空間關系和相互作用的特征量。為此，應適量精簡地理信息系統原理、地圖學等相關課程的內容，注重講授空間自相關、空間異質性、空間統計、空間點模式、空間回歸和地統計等描述地理問題的方法和技術，構建較完整的體系。根據案例教學內容，強化針對性、專業性、關聯性較強的實踐環節，引導學生對ArcGIS、SuperMap、MapGIS 和ENVI 等主要應用軟件的學習，同時兼顧SPSS、CAD、GeoDa 和R等輔助軟件的學習，加強學生的動手和實踐能力。

（二）靈活應用教學方式

在課堂教學和多媒體演示教學的基礎上，靈活運用主要在線課程平臺（如中國大學MOOC 平臺、學堂在線、超星爾雅、學銀在線、智慧樹網等）及其他優質課程資源，開展理論課線上教學和網絡教學研討等活動。課件與視頻網絡上傳、課程公告、布置作業、討論答疑、PPT+語音互動、互動輔導等方式，加大信息傳遞密度，增強互動環節，幫助學生及時理解知識點，系統掌握空間分析操作內容。以案例或項目為導向，組建3 人或4 人的案例學習小組，為每個小組制訂一個循序漸進的自主學習計劃。根據教學計劃，將教學內容融入多個案例，并進行“基礎性”“綜合性”“創新性”分級設置（表 1）。教學考核通過專題調查報告、實驗報告、作業或程序設計等多種方式進行檢驗。

（三）以賽促學，學以致用

通過鼓勵本科生參與全國大學生GIS 應用技能大賽、全國大學生數學建模比賽、全國大學生創新創業大賽等方式，激發學生的學習興趣，增強實際動手能力，開闊視野，提高綜合素質。積極引導學生參加老師主持的科研課題或生產見習活動，端正學習工作態度，開發潛在創新能力。在參加各類比賽之前，給全校范圍內的相關專業學生做好賽前宣傳工作，由學習自行組隊參賽，一般4 人一組，由1 名綜合素質最好的學生擔任組長，與其他學生共同完成一項案例或實踐內容。在比賽培訓過程中，適當調整GIS 相關課程設置，加強與遙感、測量、土壤、水文、生態學等課程的相互聯系，增加綜合性、創新性案例的教學，通過集中訓練，培養學生的自學能力、專業應用能力和獨立創新能力。

近三年來，中南林業科技大學地理信息科學專業學生獲得全國大學生GIS 應用技能大賽特等獎2 項、二等獎1 項， 獲得全國大學生數學建模比賽二等獎2 項，國家級大學生創新創業大賽2 項等好成績。以賽促學，學生受益面大，激發了學生主體意識和班級學習熱情，近年來平均就業率在90% 以上，考研錄取率為18%—25%。

（四）強化第二課堂，培養學生的綜合能力

2007 年中南林業科技大學成立GIS 專業協會，90%以上的學生都是協會會員，形成了高年級對低年級學生傳幫帶的良性循環，學生專業思想牢固，學習熱情飽滿，GIS 軟件作品層出不窮。協會與多家地理信息企業建立了長期協作關系， 企業技術人員定期來學校進行專題講座，學生參與企業的項目實踐，開闊了學生的專業視野，提高了學生的綜合能力，強化了服務社會與地方經濟建設的意識及促進了學生就業。

（五）優化課程考核方式

“GIS 空間分析”課程考核方式重基礎、強應用，注重專業知識的基礎性、綜合性和創新性學習，采取過程考核方式， 建立“平時—案例實踐—筆試”的教學考核模式，平時成績、案例實踐成績和閉卷考試成績分別占整個考核成績的20%、50%、30%。平時成績包括平時作業、隨堂提問和平時學習 態度情況，督促學習鞏固課堂教學內容;案例實踐成績主要針對案例內容融會貫通、觸類旁通的應用能力與創新能力方面的考核，由于案例實踐周期較長，采取線下提交作品的形式，考核成績依據文檔的撰寫質量;筆試內容主要集中在基礎理論知識方面，包括空間數據收集和編輯、數據處理、空間數據庫、地圖制圖與輸出及基本的空間分析方法。

（六）利用案例分析開展思政教育

在“GIS 空間分析”課程教學中，除了通過案例學習加深知識點理解外，還應全域、全息化地融入思想教育的理念、目的、手段、技巧，在實踐中落實“課程思政”，做到“潤思政”而細無聲。引導學生以專業課程為基礎，全面提高修養，例如政治素養、愛國精神、團隊精神、家國情懷、道德意識、責任意識、科學精神和身心素質等。案例教學過程不僅是GIS技能或方法的學習過程，還是社會生活、人的思想行為和思維觀念塑造的過程。例如在“農村貧困地區空間格局分析”案例教學中，學生不僅需要掌握主成分分析、空間自相關分析及空間回歸模型等具體的GIS 空間分析方法，還應知道扶貧攻堅是自黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央團結帶領全黨全國各族人民，凝心聚力，攻堅克難，組織推進人類歷史上規模空前、力度最大、惠及人口最多的脫貧攻堅戰。在案例教學過程中，幫助學生牢固“四個意識”，樹立“四個自信”，加強“兩個維護”。

三、結語

案例式教學對于強化大學生實踐能力培養，推進教學改革，促進教學與實踐有機結合，推動大學生培養模式改革具有重要意義。通過GIS 案例式教學，我校地理信息科學專業本科生提高了學習熱情和專業技能，開闊了專業視野，增強了服務社會的意識。

參考文獻：

[1]龔健雅. 當代地理信息系統進展綜述[J]. 測繪與空間地理信息，2004（1）.

[2]廖順寶，王艷萍. 應用型本科院校GIS 類課程教學中的問題與改革思路[J]. 高教學刊，2020（29）.

[3]湯國安，董有福，唐婉容，等. 我國GIS 專業高等教育現狀調查與分析[J]. 中國大學教學，2013（6）.

[4]吳紅波. 模塊化和案例式教學在地理科學專業GIS課程實踐中的應用[J]. 測繪與空間地理信息，2018，41（12）.

[5]董建軍. 基于ArcGIS 的地理信息系統實驗教學改革探討[J]. 教育教學論壇，2015（12）.