促科研教学方法在《空间数据结构》中的实践

周 琪，谢博文

（1.中国地质大学（武汉）信息工程学院，湖北 武汉 430074；2.武汉大学 法学院，湖北 武汉 430072）

促科研教学方法在《空间数据结构》中的实践

周 琪1，谢博文2

（1.中国地质大学（武汉）信息工程学院，湖北 武汉 430074；2.武汉大学 法学院，湖北 武汉 430072）

介绍了当前高校教师普遍存在的重科研、轻教学、教学热情不高、质量下滑等问题，提出了4种用于促进科研的教学方法，并以地信专业的《空间数据结构》课程为例进行实践。结果表明，这些方法深受学生和教师的好评。

教学；科研；教学方法；空间数据结构

1 高校教学中普遍存在的问题

教学与科研是高校的两大基本职能[1]。当前，高校教师在处理教学与科研的关系时存在诸多不足，具体表现在：备课不充分，甚至不备课；课堂讲授不认真、教学效果不理想；批改作业或试卷由高年级学生“代劳”。这些现象不仅会影响高校教师为人师表的形象，而且会导致课程教学质量下滑。究其原因，主要有：

1）教师对教学的重视程度不够。大部分高校仍以科研成果（如科研论文、基金和奖励等）作为职称评定的重要标准，导致有些教师只重视科研，轻视教学，不注重教学的过程和质量。

2）缺乏有效的教学方法。青年教师承担了大部分的教学任务，他们不但缺乏教学经验，而且缺乏有效的教学方法，尤其是缺乏能协调好教学与科研关系的方法。

这些现象，在中国高校广大的青年教师群体中体现尤为明显，导致高校教学的效果不理想。针对这些问题，已有许多研究人员及学者论述了教学与科研的关系[2,3]，并提出了相应的对策与建议[4,5]。例如，秦雪峰提出通过加强对外交流、积极参与科研、强化实践教学、注重互动教学来促进教学与科研的紧密结合[6]；张红则认为应该改进授课内容及方式，充分利用实践教学与科研相结合等手段[7]；弯艳玲等提出通过课程设置、教学方案、教学手段、课外实习、实践环节和成绩考核等方面的改革来构建教学与科研相结合的教学体系[8]。虽然已有许多理论方法，但将理论方法和具体课程相结合的案例研究仍较少。因此，可能产生的新问题是：教师即使了解教学的理论方法，也不知该如何充分运用。笔者认为，高校教师，尤其是青年教师，如果能在教学过程中提高科研能力，将有助于他们积极地参与教学，最终将教学任务由“负担”变成“动力”。本文结合地理信息系统专业的《空间数据结构》课程，介绍在教学过程中如何运用教学方法来促进科学研究。

2 《空间数据结构》课程简介

空间数据包括点、线、面、体、网络和表面等多种数据；数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下,精心选择的数据结构将带来更高的运行或存储效率，因此数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。《空间数据结构》这门课程介绍了计算机存储、组织和分析空间点、线、面、体、网络和表面数据的常用方法。该课程作为一门专业选修课，共32课时，在大三下学期开设。

3 促进科研的教学方法及运用

在《空间数据结构》课程的教学过程中，笔者曾通过问题讨论法、任务驱动法、“自学-汇报”法和双向选择法等4种理论方法来促进科学研究。

3.1 问题讨论法

教师引入最新的学科研究热点问题，学生通过课后查阅资料，在课堂上讨论解决思路或方法。例如，教师在讲解空间点状数据的聚类方法时，可以先在课堂上介绍常用的聚类方法（如K-均值聚类、层次聚类、基于密度的聚类等）；然后，提出如“有哪些其他的聚类方法？”、“各种聚类方法的优缺点是什么？”、“如何自动地确定合适的聚类数目？”等问题，并让学生在课后去思考这些问题的解决思路或方法；再邀请1～2位学生在课堂上汇报，并组织其他学生参与讨论。问题讨论法可以让学生集思广益。同时，学生提出的某些独特的思路或方法可能会为教师提供值得深入研究的“新点子”，形成“教学相长”。

运用该方法时，应注意合理控制讨论的时间。讨论的时间若太短，学生可能因未理解而导致学习的效果不佳；讨论的时间若太长，则会影响到正常的教学任务。因此，建议每次仅邀请1～2位学生汇报，且每位学生的汇报时间不超过5 min。为了鼓励学生开展讨论，还可以通过设置奖惩机制来调动学生的积极性。例如，对提问的学生给予加分。

3.2 任务驱动法

教师布置一个或多个任务，让学生通过收集资料、设计方案和实施方案等过程逐步完成任务，并从中理解和掌握知识点。教师通过提炼、归纳和总结学生的成果来发现新的学科问题或学科潜在的创新点。例如，《空间数据结构》课程针对空间线状数据的自动简化处理讲授了10多种不同的算法。为了测试和比较这些算法的效果和效率，教师在上机实习课程中安排学生编程实现一种空间线状数据的自动简化算法。实习课程结束后，教师和学生可以利用这些程序进一步分析各个算法的差异，并在课堂上讨论各个算法的优劣。

运用该方法时，应根据学生的动手能力来安排任务。任务若太难，学生会失去兴趣，并因无法完成任务而相互抄袭；任务若太简单，学生无法通过实习提高能力。因此，建议教师在布置任务前，应先根据每个学生的具体情况（如课堂表现、作业完成质量等）进行评估。对于学科掌握程度高的学生布置相对较复杂的任务。反之，降低任务难度，以达到因材施教的效果。

3.3 “自学-汇报”法

由学生以单独个人或小组形式通过第二课堂自学，获得与教学内容有关的知识。此类知识最好是在此前的课堂教学或者学习中未曾讲授过。通过对此类知识的理解和消化，然后在课堂上向教师及全体学生进行讲解和汇报。“问题讨论法”和“自学-汇报”法的主要区别是：前者是由教师提出学科问题、学生被动地接受；而后者是让学生结合自身兴趣去探索学科问题。“自学-汇报”法应用于《空间数据结构》课程的期末考核。具体要求是：3个学生1组，研读或者自学与《空间数据结构》课程有关的最新文献，并在课堂上作口头汇报。通过笔者的具体实践，在汇报的过程中，学生对这种考核方式充满了极大的热情，而且每个小组汇报的内容也不尽相同，例如空间点聚类、空间线简化、TIN自动生成、凸包生成等算法的最新研究进展。每个小组完成汇报后，课堂气氛非常热烈。针对汇报中有异议、有疑惑的部分，同学们都踊跃发言，提出不同的意见和见解。

运用该方法时，为了避免学生集中汇报某一个主题的内容，教师可以根据教学大纲预先安排几个汇报主题。例如，《空间数据结构》课程安排了6个方面的主题，即空间点、线、面、体、网络和表面的数据结构及其算法。主题相同的小组汇报时间前后衔接，便于学生的理解与讨论。

3.4 双向选择法

指通过教师和学生的相互选择，让对某研究问题有兴趣的学生加入到教师的科研团队，从事与该研究有关的课题。笔者在《空间数据结构》课程的讲授期间，利用课间向学生介绍个人的研究课题、研究兴趣等。通过反馈，先后有6位学生表达了对线状道路网络综合和面状建成区研究的兴趣。经过师生双向选择后，最终有4位学生参与到笔者的研究课题中。这些学生将从大三开始逐步确定他们感兴趣的研究方向，一直到完成毕业论文。值得一提的是，作为教师科研重要组成部分的研究生团队，也可以从这些学生中进行遴选。双向选择法不仅可以帮助学生在学习期间提升自己的实践能力、科研能力和团队协作能力，还可以帮助教师组建和壮大自身的科研团队。

运用该方法时，应将研究课题融入到课程的教学内容中，再结合精彩的课程讲授，将起到事半功倍的效果。

4 效果分析

笔者通过问卷方式调查学生对《空间数据结构》课程的意见（如表1），发现所有的学生认为这门课的授课内容、授课方式及考核方式“好或者很好”；而且超过80%的学生认为这门课的授课方式“很好”。此外，旁听的老师也对该课程的教学方式表示认可。

表1 问卷调查的统计结果表/%

这些好评客观地说明了以上方法能让学生从中受益，同时，作为授课教师的笔者也受益匪浅。更重要的是，这些方法有助于教师增加对教学的投入，使教学工作不再被认为是包袱，而是能有效促进科学研究的动力。需要注意的是，在运用以上方法时，课程内容应尽量与教师的研究方向相关，这样才能将研究方向与教学内容更好地结合起来。参考文献

[1] 龚月娇,张军,张永民.教学与科研相结合——研究型大学本科教育的使命[J].计算机教育,2011(24):1-4

[2] 张振浩,贺志刚.论高校科研对教学的促进[J].科技视界,2012(31):75

[3] 韩秋莹.教学研究型大学的教学与科研关系探讨[J].现代教学科学:高教研究,2012(1):118-121

[4] 陶丹,胡健,陈后金.高校青年教师如何协调教学与科研的关系[J].电气电子教学学报,2012(34):5-13

[5] 张焱.教学与科研：高校青年教师何去何从[J].江苏高教,2013(3):95-96

[6] 秦雪峰,余昊,王运兵.简析高校教学与科研的结合[J].河南科技学院学报,2013(6):38-40

[7] 张红.教学科研的紧密结合是培养拔尖人才的重要途径[J].高等教学发展研究,2012(29):7-9

[8] 弯艳玲,丛茜.教学与科研相结合研究型教学体系构建与实践[J].长春理工大学学报,2014(8):222-224

P208

B

1672-4623（2015）04-0174-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.062

周琪，博士，讲师，从事地理信息系统科研和教学工作。

2014-05-30。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41301523）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（CUGL140419、CUG12083）；中国博士后科学基金资助项目（2012M521496）；湖北省高等学校省级教学研究资助项目（2013143）。