CDIO模式在地理信息系统教学中的实践与研究

王红岩 陈爱兵

摘要：文章提出了基于CDIO理念的地理信息系统课程的教学改革模式，设计了注重学生工程能力培养的创新型课程体系内容，学生通过CDIO工程教育模式的训练，课程知识结构体系更加完整，个人职业技能和职业素养、团队合作和沟通能力得到了全面提高。

关键词：CDIO模式；地理信息系统；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0193-02

CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学自2000年起经过四年的探索研究，创立的一项国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思、设计、实现和运作，要求以综合的培养方式让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，毕业生能达到工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面的预定目标。地理信息系统教學过程中引入CDIO工程教育理念，可以改变传统教学模式中仅注重理论教学的做法，更加重视提高学生分析和解决实际专业问题的能力，培养学生的工程创新精神，适应社会对应用型工程技术人才的需求。

一、CDIO模式下地理信息系统课程大纲的内容设计和培养目标

地理信息系统是资源勘查工程专业一门重要的专业基础课，其基本概念、数据结构、空间分析等理论知识抽象难懂，同时要求学生能够利用地理信息系统软件解决本专业应用中的一些实际问题。与资源勘查工程专业的其他专业课程相比，地理信息系统这门课程对学生的理解和实践能力都提出了更高的要求。根据本课程的内容体系、专业特点和学生的知识结构基础，结合CDIO的12条标准和课程教学的特点，设计地理信息系统课程的大纲内容，更加注重专业知识和综合能力的培养，具体包括：（1）掌握地理信息系统基本概念、数据结构、空间分析、系统设计原理等理论知识；（2）掌握MapGIS Section软件的操作方法和步骤；（3）自主学习地理信息系统理论知识的能力；（4）对地理信息系统发展前沿趋势的把握；（5）具备一定的软件工程思维能力；（6）具备职业技能和道德；（7）具备在地理信息系统实践项目小组中的团队合作沟通能力；（8）掌握一定的地理信息系统专业英语；（9）了解地理信息系统和行业的外部和社会环境；（10）熟悉地理信息系统构思与设计—实施—运行过程。

二、CDIO模式下的地理信息系统课程实施

1.以工程项目为载体，注重学生工程能力培养的创新型课程体系设计。传统的课程体系设计多以教师讲授、灌输式的知识传授为主，学生被动接受知识，缺乏主动思考问题的环节，导致对课程学习兴趣不高，对学生实践能力的锻炼和培养较为薄弱，特别是以综合的培养方式让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的内容设计十分欠缺。为此，根据CDIO课程大纲的培养目标和要求，在地理信息系统课程教学中将课程的工程项目设置为如下三个层级的内容：（1）设置基本原理工程项目案例。将课程主要内容分解成具体实践案例，学生通过基础知识的学习，选择感兴趣的案例并独立思考，对项目案例进行分析，提出见解并完成具体的工程项目案例，最后师生共同对项目完成情况进行交流总结，教师和学生通过自我评价和相互评价，完成课程工程项目案例的效果总结和评估。整个实施过程中的问题和经验教师在接下来的教学中可以进一步完善或应用，而学生也在亲身探究实现项目目标的过程中加深对所学理论知识的理解，提高运用理论知识解决实际问题的能力，同时也能不断敦促教师改进相关的教学活动。根据工程项目案例教学的实施过程，以GIS的基本功能作为主线串起课程内容的主要知识点，从空间数据的获取到空间数据的分析、产品的输出过程，设置的工程项目案例涵盖了GIS的基本功能、基本概念和空间分析理论等，除了基本功能项目案例，还设置了5个资勘专业应用项目，分别是柱状图的生成、绘制等值线、图切剖面图、MapGIS Section在化探中的应用和MapGIS Section在成矿预测中的应用。（2）与资源勘查工程专业的相关专业课程、实践课程建立联系，如矿产勘察学、构造地质学、填图实习、毕业实习等，使学生对地理信息系统在具体专业中的应用有清晰的认识和理解。以填图实习为例，实习要求学生提交的成果包括：①实习区地质报告一份；②实习区1∶10000地形地质图一份（包括综合地层柱状图和图切剖面）；③原始资料：包括野外记录本、剖面记录表、厚度计算表；④实测剖面图、实测剖面柱状图。按照实习分组，让学生分组交流讨论，利用MapGIS Section软件合作来完成上述实习任务，使学生对理论和实践内容的综合运用更加熟练和灵活。通过与相关专业课程、实践课程建立有效的联系，学生能够清楚认识GIS在所学专业中的应用，了解GIS从专业调查到GIS结果实现的完整过程，让学生获得基础的工程项目实践意识和素质。（3）相关新技术与地理信息系统发展的相互促进作用与技术融合实例展示。随着计算机网络技术的飞速发展，分布式GIS、网络GIS技术迅速发展和应用，“3S”集成技术由理论研究成为科技发展的必然。

2.注重培养学生的团队和个人能力，采用灵活多样的教学组织形式。（1）课堂讲授。对课程的基本概念和理论知识以老师的课堂讲授为主，针对重点和难点内容，如地形图的分幅编号、空间分析原理等内容，通过通俗易懂的实例讲解使学生对知识的掌握不仅停留在理论概念上，更能在实际案例中深刻理解。（2）上机操作演示。对地理信息系统软件的操作使用进行上机操作演示，特别是如何使用软件解决资源勘查工程专业中的实际问题，如在该专业的填图实习中，从野外踏勘到最终提交实习报告，整个过程中涉及到的图件制作内容均由地理信息系统软件完成，让学生了解该课程如何和其他专业内容进行有效的衔接和结合。（3）小组专题报告。根据课程内容适当布置课程相关的主题，比如“地理信息系统的主要应用领域有哪些（具体应用案例）？”、“按照软件工程原理方法与应用项目组织管理规范描述主要结构、内容与流程，结合所学专业进行GIS应用系统的总体设计，并叙述项目实施主要步骤与要点”、“GIS在资源勘查专业中的应用”、“GIS与大数据”、“GIS在医疗设施分布中的应用”等等，学生也可自行制定与课程相关的主题，但需要与老师沟通后确定。学生自愿组合成小组，从中选择感兴趣的主题，通过网络查找文献资料、小组讨论完成专题报告，并制作幻灯片作专题报告，然后由老师和学生针对内容进行点评和提问。学生从自行选题到收集资料以及报告的完成，使学生对毕业实践和论文的顺利完成提前进行了预演和实践。（4）网络课堂学习。将课程的相关资料上传到网上，建立网络在线课程，学生可以在线学习课程，并开设论坛对课程中遇到的问题进行讨论和解答，作业也可以通过在线课程进行提交。

3.综合考量学生工程素质，建立完善合理的课程考核体系。基于CDIO的工程教育模式以工程项目为基础，因此课程的考核应该主要依据学生在项目的各个环节中的不同能力表现进行评价，强调学生对知识的运用和实际解决问题能力的考查。（1）除了传统的笔试和上机操作考核以外，考核形式增加口试和学生之间互评的方式，各项考核指标通过电子表格逐项记录，做到有据可查；（2）总成绩由平时成绩、自学内容答辩、上机操作和期末成绩组成。平时成绩包括上课考勤、回答问题、小作业等组成，占20%；自学内容答辩主要根据学生PPT的内容和答辩情况决定，占20%；上机主要根据学生对基础操作的掌握和具体项目的设计、完成过程评判，占30%；期末成绩主要是考察对课程主要理论知识的掌握，占30%。考核更加重视上机实践和学生自主学习的能力，通过逐渐完善课程的多元化考核形式，更加客观、公平、合理地评价学生的学习效果。

三、结束语

基于CDIO工程教育模式的地理信息系统课程教学方法，是对传统教学模式的重大探索实践，通过针对理论教学内容的工程项目设计，使学生在实际项目的组织、设计和实施的过程中，提高了个人职业技能和职业素养，锻炼并培养了团队合作和沟通能力，同时可以开阔学生的视野，激发创新思维，学生的课程知识结构体系更加完整，更具工程意识和工程素养，能够更好地适应社会对应用型工程技术人才的需求。

参考文献：

[1]韩丽娟，孔亚杰.CDIO工程教育模式在精细合成教学中的应用[J].济宁学院学报，2015，（2）：78-80.

[2]仙巍.CDIO理念在遥感原理与方法教学改革中的应用[J].信息技术，2012，（24）：109，168.

[3]刘国栋，王郑霞.案例教学法在GIS原理教学中的应用与实践[J].矿山测量，2011，（3）：90-93.