基于现象教学法的“GIS常用软件应用”课程改革

王 莉，景海涛，杜久升

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003)

基于现象教学法的“GIS常用软件应用”课程改革

王 莉，景海涛，杜久升

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003)

“GIS常用软件应用”课程为GIS专业的一门专业课程。以“现象教学法”理念为指导，探讨GIS专业“GIS常用软件应用”课程的教学改革，包括教学内容、教学方式、考核方式的改革。实践表明：采用现象教学法既尊重学生的主体地位、培养学生学习兴趣，又提高学生的创新精神和团队合作意识，通过采用灵活的教学手段和教学内容可以显著提高教学效果。

现象教学法；GIS；GIS常用软件应用；改革；教学理念

现象教学法(Phenomenon Method)，即讲课前事先确定主题，然后在课堂上围绕这个主题，将相近的知识重新编排形成融合式的课程模块，在同一模块中囊括各种跨学科的知识，以主题贯穿学习，实现跨学科教学。2016年秋季，芬兰开始“有史以来最激进的教育改革计划”，废除传统学科教学，开展“现象教学”[1]。对于这一改革计划，包括芬兰在内的许多国家开展了激烈的讨论，这一教育模式是否会成为世界上最流行的教育方式？是否能在各个国家实现？引起各国广泛的关注。中国的高等教育关注的是以精英培养为目标的，并没有尊重个体的培养，基于中国现阶段的特点，基于现象的教学改革模式更加适合在大学开展。

2016年，教育部《教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》强调调整优化学科专业结构，推进专业综合改革，进一步加强高等教育教学改革工作，各个学科专业课程建设引起广泛的关注[2]。GIS是一门集地理、计算机、遥感和地图学于一体的交叉学科，具有很强的实践性，GIS专业的人才不仅要具有深厚的理论基础，更要具备很强的动手操作能力和创新精神[3-5]。以专业主干课程为中心的、过于专业化的课程体系既束缚了学生的思维，也分离了他们的整体认知，GIS专业课程改革势在必行。

河南理工大学“GIS常用软件应用”课程于第六学期开课，让学生掌握GIS软件的高级操作及空间分析功能，加深学生对GIS基本原理的认识，提高动手操作能力。作者结合河南理工大学教学实际，运用现象教学法对GIS专业“GIS常用软件应用”课程进行改革探索，从课堂形式、讲授内容、考核方式等方面进行一些列探索。“GIS常用软件应用”课程为GIS专业的一门专业课程，对激发GIS专业学生对本专业的学习兴趣，加深对基础理论知识的了解具有重要意义，为后续其他专业课程的学习打下坚实基础。通过“GIS常用软件应用”学习，使学生较熟练系统地掌握国际主流GIS软件平台及其主要功能模块，提高专业实际操作和应用能力。GIS专业课程包括GIS原理与应用、GIS设计与开发等专业课多数配有实习，实习学时占总课时三分之一，通过基础知识和实践课程的学习，同学们已经能够掌握ArcGIS软件平台的基本功能，并能进行简单应用。所以“GIS常用软件应用”课程就应该打破原有的教学模式，减少理论课时，增加实践学时数，在教学中采用现象教学法的教学理念，进行一些列改革。

1 “现象教学法”的教学理念

现象教学法是以社会对人才的需求为高等教育的终极目标，即“坚持理论学习、创新思维与实践相统一，不断培养学生服务社会的责任感、勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力”，对于提高人才培养质量，建设创新型国家和人力资源强国，具有重要而深远的意义。GIS专业课程教学体系构建的目标是“以学生为主，培养学生积极参与性、团队合作精神和创新性思维”[6]。

1.1 以学生为主的教学理念

现代高等教育的教学理念越来越强调以学生为主，重视学生的发展，激发学生的学习兴趣，培养学生的学习主动性和创造性[7-8]。传统的教学模式、思维方式和课程体系设置方式一定程度上束缚了实践教学作用的发挥。实践教学是训练学生结合所学专业知识，来解决实际应用领域中遇到的GIS专业相关问题，是课堂实习和课程设计基础上的提高，在授课过程中，教师更应该少讲，甚至不讲，而是把主动权交给学生，激发学习的主动性，自己动手、自己讨论、自己制定实习计划、自己总结，发现问题并解决问题，教师只是进行适当引导和总体内容的把握。从而培养学生的主动学习的精神、团队合作精神、组织能力、项目设计能力等。

1.2 提高学生主动参与度

“GIS常用软件应用”实习过程中应该调动学生主动参与的积极性，从而掌握软件操作和开发技能。在GIS专业实习之前学生已经熟悉了测量、遥感等数据获取方法，掌握了GIS软件的基本功能和扩展功能，做到独立、快速地使用软件，加深了对GIS专业理论知识的理解。若能在后续的实习中让学生主动参与进来，不仅能够提高学生积极性和动手操作能力，同时也能够培养学生独立发现问题、解决问题的能力。

1.3 培养学生团队合作精神

“GIS常用软件应用”实习过程中，学生根据自身能力，扬长避短，自行组成小组，明确责任分工，不仅可以成功地完成实习任务，还可以在实习过程中发挥团队成员优势，实现小组成员自己的目标，取得具有实用价值的成果；同时在获得知识过程中还可以培养团队协作的精神，体验团队合作的乐趣，增进同学之间的合作与交流。在课程学习过程中，也尊重了学生的差异性，注重了不同层次学生的个性化培养，各自发挥优势。

1.4 提高学生创新思维能力

高等教育应该加强学生的创新意识，激发学生研究问题和解决问题的兴趣和激情, 只有充分的实践练习才能激发大学生的创新思维[9-12]。然而，“GIS常用软件应用”实习过程中更应该创造出培养学生创新型思维的环境，引导学生充分地利用所学知识，创造性地分析和解决问题，在解决问题过程中激发学习兴趣。特别是在实习过程中，学生自选题目，自己设计实习内容、实习过程。根据所学专业知识和掌握的软件操作技能，积极思考、发散思维，体验创新的艰辛，享受实习的乐趣，应用所学知识解决实际问题。

2 教学内容改革

2.1 教学内容改革

“GIS常用软件应用”改革增加实践学时(22学时)，减少课堂教学(10学时)，在有限的课堂理论教学中，应该适当缩减教学内容，增加GIS软件的高级功能或模块的应用。GIS专业学生在“GIS原理与应用”课程中已经能够熟练应用ArcGIS软件进行空间分析原理与流程，包括：矢量数据空间分析，栅格数据空间分析、网络分析、三维分析、地统计分析等。在讲课过程中增加空间分析模型和建模工具的内容，运用GIS空间分析建立数学模型的过程，包括明确问题-分解问题-组建模型-检验模型结果-应用分析结果。包括模型生成器(Model Builder)和Python建模工具的应用，可以利用Python集成开发环境IDLE创建和编辑，在实习过程中应用建模工具进行各种分析，为今后工作打下基础[15]。例如栅格数据空间分析流程就可以在Model Builder中创建模型，如图1所示。

图1 栅格数据空间分析模型

2.2 教学方式改革

传统的讲课方法为课堂讲授法，主要优点是传输信息量大、重点突出，讲授法可以在一定时间内进行大量知识的讲解，有利于教学任务的完成。然而传统的讲授方法没有注重学生的独立性，无意中剥夺了学生自主学习的权利。

在“GIS常用软件应用”教学过程中，首先询问学生的兴趣，将学生分组，让学生自由讨论并产生组长，产生想要研究的话题。在小组建立之后，教师详细介绍实习将开展的工作，包括准备工作，实习注意事项，数据、软件，实习流程，实习报告编写要求以及考核方式等。各小组根据指定的实习计划需要进行需求分析、收集数据，包括遥感影像的下载、社会经济数据的收集和数据矢量化、格式转换等内容，并进行可行性分析。为了提高GIS专业学生的遥感和GIS软件动手操作能力，教师提供相应的指导和资源，学生按规定的时间提交成果和报告。

1)建立实习小组。根据GIS专业人数，由学生自行组织实习小组，每组4-5个人，并指定一名组长，学生依托这个实习小组，参与整个实习过程。课程结束后，各个小组提交实习成果数据(包括各个阶段的成果)、实习报告，并进行答辩和成果展示。在小组建立之后，指导教师详细介绍实习将开展的工作，包括准备工作、实习注意事项、数据、软件、实习流程、实习报告编写要求以及考核方式等。

2)小组讨论，制定实习计划。各个实习小组以抽签的方式确定实习范围，每个小组分别针对河南省的一个地级市进行数据处理和分析。在确定实习范围后，根据所选择的城市的自然、经济和人文条件，小组成员通过收集资料和讨论，制定本小组的实习计划和实习流程，包括具体的时间安排。例如，有的城市地处山区，就可以主要进行三维分析；有的城市的河流较多，则主要进行水文分析；有的城市旅游资源较多，主要进行旅游资源的网络分析等；有的城市地处平原，不具有明显地势特征，可进行环境污染、矿产资源分析等。指导教师根据各个小组提供的实习计划分别进行可行性分析和相应的指导，确定最终的实习计划。

3)收集数据。以小组为单位，分工合作，根据小组实习计划，对所选择的区域进行数据收集，包括遥感影像的下载、社会经济数据的收集和数据矢量化、格式转换等内容。

4)数据处理与分析。数据处理与分析阶段为“GIS常用软件应用”课程的主要工作，实习内容安排由小组自行安排。为了提高GIS专业学生的GIS软件动手操作能力，根据小组自定目标确定空间分析方法。

3 考核方式改革

“GIS常用软件应用”的考核采用过程性考核，以考核学生学习过程为主，主要包括平时考勤(20%)、实习成果(40%)和小组答辩(40%)的方式。实习成果主要包括3个部分：项目报告，个人实习报告以及实习最终成果和各个阶段的成果。项目报告主要考核学生项目设计实施是否合理，最终系统是否符合要求；个人实习报告是在小组实习报告基础上重点突出个人工作的部分。通过提交综合实习成果，可以确保每个小组成员积极参与到实习的各个阶段，发挥所长，提高全体学生参与的积极性和主动性。小组答辩通过一个主要答辩人进行讲解，其他小组成员进行补充的方式。答辩后师生共同讨论、评判在实习过程中出现的问题、解决问题的方法等。最后根据学生在实习过程中的参与程度、任务完成情况及提交成果等进行评价。通过以上考核方式，真正反映学生的实际动手能力和解决问题能力。尽管对一些同学而言，有一定难度，但基本认同这种系统化的集中实习方式，有助于提升学生的GIS 专业技能。GIS软件的学习需要长期的摸索才能熟练,除了在课堂上尽可能地给学生更多的时间去操作学习,课后学生可以自主实践，应用各种网络教育平台进行学习，参加各类GIS技能大赛巩固所学知识。

通过学生提交的成果和与学生座谈等方式，对“GIS常用软件应用”改革所取得的成效进行了调查。总结得出：①实习内容具有一定挑战性，学生解决问题的能力得到了锻炼，调动了学生对GIS学习的积极性和主动性；②GIS各类软件综合运用的能力有所加强，有利于将来的职业发展；③为希望继续深造的同学做了铺垫，提高学生科研水平。

4 结果分析与评价

学生通过“GIS常用软件应用”，提前预演了选题、收集数据、空间分析、提交成果以及答辩整个过程，提高了他们的综合能力。这种现象教学方法既增强了学习的积极性和主动性，锻炼了动手操作能力，又培养了团队合作精神和创新思维能力，同时也增强了语言表达能力，不仅为毕业设计的顺利完成做准备，也为毕业后走向社会打下坚实的基础。

本文将河南理工大学GIS专业近4年所累积的毕业生成绩信息进行抽取。采用多年级数据表合并的方式，保留专业课程和实习课程成绩合并成一张数据表。在SQL Server2008中创建学生成绩数据库。应用关联规则数据挖掘方法研究“GIS常用软件应用”与其他课程的关系。本文挖掘出了大量的关联规则，本文筛选出如表1所示的部分具有代表性的关联规则，将有利于本研究目标的决策支持。关联规则数据挖掘的结果是以规则的形式表达，每一条关联规则都有相应的概率(列2)、重要性(列3)、规则的前件(列4和列5)、规则结果(列6)。

从表1各专业课与“GIS常用软件应用”的关联关系可以看出程序设计类课程高级语言程序设计和面向对象程序设计对“GIS常用软件应用”课程成绩影响较大。这说明GIS专业与计算机程序设计关系密不可分，GIS的毕业生不仅要具有测绘、遥感等专业知识还要具有一定软件应用和二次开发能力。

表1 各专业课与GIS软件应用课程关联规则挖掘的部分结果

5 结束语

现象教学法这一教学理念旨在培养学生勤于思考、交流、表达能力和对个人规划的能力等。在推广“基于现象的教学”的同时，传统理论知识教学内容会相应减少，只保留关键性内容。现象教学法有助于培养大学生愉悦的情绪、团队合作精神，可以充分挖掘学生潜力。

河南理工大学GIS专业在专业课程设置中进行了一系列改革和探索，实践课程课时逐渐增加，由2010年的21%增加到2016年的33.15%，逐渐形成课堂实习、野外实习、课程设计、集中实习、综合实习和毕业实习6个方面的全方位、立体式、不间断的实践课程体系。在实践内容上，根据课程特点，建立课堂实习、综合实习、创新设计实习等“多层次”的实习形式，构建理论验证、软件操作、设计开发、创新应用 “多级”的实验内容。

[1] 新华网.芬兰基础教育将全面推广“现象教学”[EB/OL][2016-11-24].http://news.xinhuanet.com/world/2015-03/26/c_1114771455.htm,2015-03-26.

[2] 中华人民共和国教育部. 教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见[EB/OL][2016-11-11]. http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201607/t20160718_272133.html,2016-07-04.

[3] 郑贵洲,赵雷.地理信息系统(GIS)专业实践教学系统构建[J].测绘科学,2010,35(5):250- 253.

[4] 郭庆胜,蔡忠亮.“GIS工程设计”的实验教学模式研究[J].测绘工程,2016,25(9):77-80.

[5] 郑贵洲,王琪,晁怡,等.GIS专业人才培养的实践教学体系构建[J].测绘科学,2014,27(9):148-152.

[6] 亢孟军,翁敏, 万幼.GIS专业学生地理素养的培养模式[J]. 测绘工程,2016,25(7):78-80.

[7] 刘慧平,白穆,穆晓东.实践以学生为本的地球科学实习课程教学理念[J].中国大学教学,2010(1):70-71.

[8] 肖洪,代翔宇.地理信息系统专业实践教学模式改革研究：以“GIS软件及其应用”课程为例[J].测绘与空间地理信息,2012,35(2):1-7.

[9] 赵彬彬,熊旭平,戴全发,等.地理信息交叉学科大学生科技创新能力培养：以测绘工程专业为例[J]. 测绘工程,2016,25(6):76-80.

[10] 杨金玲,曲建光,曹先革.基于应用技术型大学战略转型的GIS实践教学体系构建[J]. 测绘工程,2015,24(2):78-80.

[11] 刘冰,郭加书,卢秀山. 改革实践教学体系,造就GIS卓越工程师[J].测绘科学2014,39(3)：153-156.

[12] 胡红,赖鑫生.基于ArcGIS和Python集成开发可达性分析工具的研究[J]. 测绘工程,2016,25(11):43-49.

[责任编辑：张德福]

The curriculum reform ofGIScommonsoftwareapplicationbased on phenomenon method

WANG Li, JING Haitao, DU Jiusheng

(School of Surveying & Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

GIScommonsoftwareapplicationis a professional course of GIS professional. This paper uses the phenomenon method concept as a guide, exploring “GIS common software application” course teaching reform from Henan Polytechnic University, including teaching content, teaching methods, and assessment methods. The result shows that the phenomenon of reform of teaching method is to respect the dominant position of students, cultivate interest in learning, and improve students’ innovation spirit and team cooperation consciousness, which can improve the teaching effect of teaching methods and flexible teaching content.

phenomenon method; GIS; GIS common software application；reform; teaching philosophy

引用著录：王 莉，景海涛，杜久升.基于现象教学法的“GIS常用软件应用”课程改革[J].测绘工程，2017，26(6)：71-74，80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.06.013

2016-08-29

河南理工大学教改重点项目(2015JG021)

王 莉(1981-)，女，讲师，博士.

G642.0

A

1006-7949(2017)06-0071-04