“地理信息系统”案例教学的特征分析与应用

刘 春，程效军，吴杭彬

同济大学 测绘与地理信息学院，上海 200092

教学方法

“地理信息系统”案例教学的特征分析与应用

刘 春，程效军，吴杭彬

同济大学 测绘与地理信息学院，上海 200092

加强知识向能力的转化是“地理信息系统”课程建设的主要目标之一。通过把知识点和实际问题相互结合，提出进行课程案例教学的理论基础和基本概念。在已有课程知识点的基础上，以问题为驱动，设计案例教学内容，并通过实际应用讨论了在实施过程中所采取的措施。通过案例教学，以学生为主体、教师为主导，加强独立思考，鼓励互动交流，全面促进学生职业能力的提高。

地理信息系统；案例教学；职业能力

一、前言

地理信息系统教育最早是欧洲于1989年提出的[1]，几乎同时，美国的国家地理信息研究中心也开始注重GIS的基础教育，形成了一些初步的教学目标[2]，并从1993年开始相继召开针对GIS教育的会议来推进GIS的教学[3]。目前中国高校“地理信息系统”的课程教学随着GIS广泛的应用其要求也越来越高。“地理信息系统”课程在教学过程中不仅包含许多边缘学科的理论研究，同时也涉及丰富的技术应用，所以“地理信息系统”课程教学过程中具有技术和理论双重性的特点。作为主要专业基础课，“地理信息系统”在讲解理论的同时，对于GIS应用技能的要求也已成为相关专业学生能力培养的重要部分。如何在“地理信息系统”课程中挖掘学生潜能，启迪学生的思维、培养学生的兴趣、提高他们利用相关理论和GIS软件尝试解决实际问题的能力就成了“地理信息系统”应用教学的新目标。

但是，在“地理信息系统”教学中仍存在着一些问题：(1)教学目标过于注重基本概念和软件操作的训练，其课程没有以专题分析与具体工作过程为基础设计，理论与应用结合不到位；(2)教学内容上忽视实用性，缺少对实际问题的分析，课程知识点多，操作性强与学时压缩相矛盾；(3)教学方式上比较单一，仍以课堂授课和上机操作为主，学生学习还是处于被动的地位，主动性和积极性没有充分调动起来，不利于培养学生的自主分析能力；(4)用人单位对毕业生的GIS应用能力的要求有增无减。针对这些现状，在“地理信息系统”教学中引入了案例教学法，将知识点引入，同时加强实际案例设计和分析操作环节，以期收到良好的教学效果。实际上案例教学是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗·哥伦布·朗代尔（C C Langdell）于1870年首创，后经哈佛企管研究所所长郑汉姆（W B Doham）推广，并从美国迅速传播到世界许多地方，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法，20世纪80年代，案例教学引入我国[4]。为此，本文结合同济大学卓越工程师计划所进行的教学改革，主要探讨“地理信息系统”进行案例教学的基本特征与应用方法，并对具体遇到的问题进行讨论，以期在“地理信息系统”课程教学中引入新的教学方法，更好地培养学生对GIS的应用能力，增强实践能力的培养，体现出该课程的应用特色。

二、 “地理信息系统”案例教学的理论基础

国外GIS的发展和教育发展非常迅速，而我国，目前GIS正处在从实验室向产业化推进的过程中，国内高校中开设GIS课程的学校有100多所，课程主要由地理学科和测绘学科的教师主讲，而不同学科对于GIS的要求不同，同时GIS发展非常迅速，对于学科的对外交流又显得非常重要[5]。与此同时，GIS课程也具有很强的实践性，在基础理论知识掌握的同时，GIS的应用也影响着GIS的发展。为了提高学生对GIS的应用能力，引导学生自主学习和综合应用GIS的基础理论和方法，在“地理信息系统”课程学习中，学生不再是被动接受既定知识，而是主动建构知识。为此，在整个教学过程中，提倡在教师引导下以学生为主体的学习，教师是知识建构的引导者与促进者，而不仅是知识的传授者与灌输者。

20世纪初，哈佛大学创造案例教学法，即围绕一定的培训目的把实际中真实的情景加以典型化处理，形成供学员思考分析和决断的案例，通过独立分析研究和相互讨论的方式，来提高学员的分析问题和解决问题能力的一种方法。这种教学方法把教学内容和知识点编成案例形式来进行教学。可见，案例教学法是一种将所要讲授的知识隐含在典型案例中，以案例引导学生自主学习的教学方法。根据课程教学目标选取具有代表性的案例，该案例不仅具有完善的功能，能够覆盖重要知识点，并且以实际应用为目标，在教师的指导下，启发学生独立思考，提出见解，做出判断和决策，对案例进行分析研究，从而达到解决实际问题的目的[6]。

在“地理信息系统”课程中采用案例教学法是符合该课程的特点和教学要求的。高校开设“地理信息系统”课程，目的就是为了让学生掌握GIS的基本概念和基本技能，这些概念和技能主要包括三方面：空间数据的定义和表达、空间数据的采集和管理、基于空间数据利用空间分析方法提供服务。要达到这些能力，以往主要实现途径是学生在教师的指导下进行大量的上机操作实验，提高学生的操作能力。教师在指导学生进行上机操作指导的过程中，如果详细列出操作的具体步骤，反而会降低学生的学习积极性，也不利于学生动手能力的培养。而采用案例教学法就能很好地解决以上问题，提高学生应用GIS进行综合分析解决实际问题的能力。

三、地理信息系统案例教学特征

1.知识向能力的转化

在“地理信息系统”课程学习中，所获得的知识并不等于能力，知识应该转化为能力。为此，教师在知识转化为能力的过程中应起到积极引导作用。学生仅仅通过学习课堂知识而忽视实际能力的培养，不仅对自身的发展有着巨大的障碍，也未必能适应未来就业单位对于卓越人才的需求。所以“地理信息系统”课程的教学特点就是更加重视知识与能力的转换，通过恰当的案例设计，把足够的知识点融入到实际应用中，并发酵产生更多的能力拓展。

2.学生独立思考

一般情况下，“地理信息系统”课程的教师侧重告诉学生如何操作GIS软件，而且其操作内容在实践中可能是不完整的，在一定程度上忽视学生提出问题和分析问题能力的培养，不利于发挥学生主动性和积极性，实际学习效果不佳。但如果采用案例教学，教师只提出案例的需求，并不直接告诉学生如何解决，而是要学生自己去思考、去创造，使得枯燥乏味的学习变得生动活泼。例如在课程教学中，基于一张经过几何校正的航空相片进行GIS数字化采集的案例，教师只给出已有的资料和最终的要求，学生需要设计从坐标系定义、数据结构设计、几何捕捉、属性定义、数据精度和处理步骤等一系列的处理方案。案例教学的稍后阶段，每位学生都要就自己和他人的方案发表见解。通过这种经验的交流，一是可取长补短，促进交流能力的提高；二是通过方案交流使得思维更加缜密，基本操作与基础理论结合得更好。

3.师生双向交流

传统的教学方法是老师讲、学生听，听没听、听懂多少、效果如何要到最后的考试时才知道。许多学生往往为了应付考试而在临考前死记硬背，虽然最后侥幸过关，但对于知识的掌握和能力的培养毫无作用。所以在“地理信息系统”课程案例教学中，学生拿到案例后，先要进行消化，然后查阅各种认为必要的理论知识，这无形中加深了对知识的理解，而且是主动进行。捕捉这些理论知识后，他还要经过缜密的思考，提出解决问题的方案，这一步应视为能力上的升华。同时他的答案随时由任课教师给以引导，这也促使教师加深思考，根据不同学员的不同理解补充新的教学内容。可见双向的教学形式对教师也提出了更高的要求。

四、案例教学法的实施

1.设计“双基结合”的课程内容

实施“地理信息系统”案例教学法，首先要在宏观教学设计上突出“双基结合”，即基本概念和基本操作相结合。通过若干个案例设计，把基本概念和基本操作融合形成一个循序渐进、种类多样的案例群，构建一个完整的教学设计布局，并突出案例的针对性、趣味性、实用性和完整性。在教学案例的选取中，通过开展目前社会对GIS人才需求的调研和分析，把用人单位从实际工作过程中提出的需求制作成综合案例。例如：在空间数据建库这一内容，根据课程内容由浅入深、循序渐进的原则，可对不同的层次给予相应的要求，如图1所示。

另外，选取案例的时候，可将课堂上所涉及知识点进行有效整合，模拟实际工作过程组织教学，根据完成项目过程中的工作任务的需要讲解知识点。例如空间数据数字化案例中，结合各步骤所整理涉及知识点如图2所示。

2.问题驱动为主线的方案实施

以教师为主导、学生为主体，以问题驱动为主线，实施教学过程。

图1 空间数据入库完整案例的不同层次设计

图2 空间数据数字化案例各步骤设计的知识点

(1)引出案例，提出问题。通过分析问题逐渐引入案例，并介绍案例的应用背景，让学生完整的了解后建立感性认识。这样可以激发学生的学习兴趣，学生逐渐掌握分析问题的基本技巧。

(2)分析案例，解决问题。将案例的问题进行分解，并通过分析分解为若干个可行的子任务，然后让学生在一个个任务的驱动之下，逐步完成整个案例的制作。在完成任务的过程中，学生可以发现问题，提出问题，从而可以更好地学习相关的知识和操作技能。

(3)总结案例，提升问题。在每次课结束前，要对学生对普遍存在的问题以及所用的各种解决方案进行总结与归纳，使学生对所学知识的实际意义加深印象。另外，还可以趁机对案例进行引申与提高，这样基础较好的同学也不会觉得内容简单和不实用。在这个阶段教师是“引导”学生，而不是全部给学生讲解。

为此，在“地理信息系统”课程案例教学中，共设计了如表1所示的8个案例，每个案例既有相互的独立性，又前后有关联性，同时案例设计均以问题为驱动，基本涵盖了课程所涉及知识点。此外，考虑课时原因，这些案例分别以课堂案例教学、案例作业和案例课程设计三种形式开展，结合起来作为课程案例教学的整体。

表1 “地理信息系统”课程案例教学案例设计内容

3.多层次互动教学

考虑到学生基础和领悟能力的差异，有的案例在内容上还分成基本需求和高级需求，以满足分层次教学的需要。同时在考试内容上分为必做和选做部分，从而使不同层次的学生都能在原来的基础上得到提高。在每次案例教学的过程中要综合考虑学生的需求、感受、接受能力，因此需要关注学生的即时反映，随时捕捉学生在课堂上产生的各种信息，并作出及时处理。而学生的反应可以从多方面获得，例如上课时的表情、案例完成过程中参与情况以及课后作业的完成情况等。

根据学生不同反应，教师应适当调节教学节奏。比如讲解内容的疏密与详略，讲解语调的高低，语速的快慢等。这就需要注意以下几点：(1)不赶进度；(2)不一口气讲完；(3)不“滴水不漏”。因此，在实施“地理信息系统”课程案例教学法的过程中，可以依据不同的教学内容和教学对象，设置不同的问题，采用难易程度不同的案例，引出案例不同的解决方案等等。

五、结论

本文所讨论的“地理信息系统”课程的案例教学改革，已经作为同济大学卓越课程计划的内容之一，课程所涉及案例都经过精心挑选、仔细推敲，并且为案例教学的开展准备了大量的辅助数据和分析资料，以便于学生随时参考和应用。通过在实际课程教学中的实施，证明是针对目前GIS教育中行之有效的教学模式之一。一方面，通过采用“地理信息系统”案例教学，可以把知识点和实际问题相互结合，充分调动学生的学习积极性，增强了学生独立思考和独立决策的能力，使学生能将所学的知识直接用于实际工作中。在教学过程中，思考和讨论成为课堂教学的主要内容。另一方面，通过案例教学可以把单纯的操作训练与问题结合起来，有利于学生理解实训的目标，从而由感性认识到理性认识，符合学习认识的基本规律。此外，案例教学中，学生成为主体，教师只起引导、鼓励表达和组织讨论的作用，充分发挥学生的主观能动性，大大提高学生的学习兴趣，全面促进了学生职业能力的提高。

[1] Unw in D J.A Sy llabus for Teaching Geographical Information System[R].Research Report No.2,Landon:M id lands Regional Research Laboratory,1989.

[2] Gary H, Ogleby C. New trend in Geographic Information Technology Education[A], Conference Proceedings of M ap Asia 2002[C], Bangkok, Thailand. 2002.

[3] Palladino S, Goodchild M F. A Place for GIS in the Secondary School Lesson from the NCGIA Secondary Education Project[R]. New York: Geo Info System,1993.

[4] 李妍.浅析高校本科教育中案例教学的特征及应用原则[J].中国校外教育，2011，(10)：58-59.

[5] 刘春.GIS多层次教学及教育资源的共享和利用[J].测绘通报，2004，(9)：57-60.

[6] 王学春，靳宗信，刘申晓.基于案例教学法的“计算机基础”课程教学研究与实践[J].电脑与信息技术，2011，(5)：52-53.

Feature Analysis and its App lication of Case M ethod Teaching on the Course of Geographic Information System

LIU Chun, CHENG Xiao-jun, WU Hang-bin
Tongji University, Shanghai 200092, China

The enhancement of the transformation from the know ledge to ability has become one of the main objectives for the outstanding course construction for the course of geographic information system. Combining the know ledge points w ith practical problems, this paper f i rstly put forward the principle structure and corresponding concept for the performing of case method teaching. Based on the existing course know ledge points, this paper designed the detail contents for case method teaching on issue-driving. Meanwhile, some elementary features of case method teaching for the course of geographic information system is also provided, and some practical application was then discussed correspondingly. Actually, through case method teaching for the course of geographic information system, by implementation of student-oriented and teacher-guided teaching, strengthening the self-thinking and encouraging the positive interactions, students’ professional ability could be def i nitely promoted.

geographic information system; case method teaching; professional ability

G642

A

1006-9372 （2012）03-0090-05

2012-06-17。

同济大学教学改革重点项目“面向信息化的测绘工程专业改革及课程建设”资助。

刘 春，男，教授，主要从事地图制图与地理信息系统工程专业的教学和研究工作。