地方高校应用导向型“地理信息系统”教学改革探索——以绵阳师范学院为例

贾 俊，董廷旭，王建华，胡运海

(绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳 621006)

0 引言

图1 “地理信息系统”相关科学与技术[1]Fig.1 Relevant Sciences and Technologies of "Geographic Information System"[1]

“地理信息系统”(Geographic Information System)是在计算机软、硬件系统支持下，运用地理科学、信息管理和相关学科基本理论方法，对地理空间数据采集、存储、管理、分析、模拟，为解决复杂规划、管理问题提供科学决策的信息管理分析系统[1].自20世纪60年代Tomlinson基于地图数字化管理分析的构想，首次提出“地理信息系统”概念至今，伴随着现代计算机、测绘、遥感、云计算、大数据、人工智能等技术的发展，“地理信息系统”日益成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具，并广泛应用于灾害监测与防治、环境保护、精细农业、电子商务、交通运输、国防安全等国民经济和社会生活领域(图1).

我国地理信息技术虽然起步较晚，但发展迅速.随着GIS产业的迅猛发展以及在推动国民经济发展中扮演越来越重要的作用，GIS人才培养也日益得到关注，自20世纪80年代以来,综合性大学、师范院校、理工大学相继开设 GIS 本科专业[2]；目前，我国约有500多所高校开设了与GIS相关的专业和课程，200多所高校先后建立了GIS实验室[3]，围绕GIS理论、软件开发、应用研究，取得了大量的成果.作为一门新兴的交叉学科，“地理信息系统”知识更新发展迅速、实践性强的课程属性决定了其人才培养必须要注重与时俱进、重视实践应用，然而，目前以教师为中心，以课堂讲授为主的传统教学方式制约了应用型GIS人才培养效果.本文以地方应用型高校——绵阳师范学院“地理信息系统”(GIS)课程教学现状调研分析基础上，从教学资源配置、教学内容和教学方式调整优化、考核方式改革等方面探讨建立应用导向型“地理信息系统”人才培养方式，以期提升GIS人才应用实践能力，更好服务地方经济社会发展.

1 教学现状及存在的问题

1.1 教学资源

教学基础设施、软硬件配置以及师资力量等教学资源是保证教学活动顺利开展和人才培养的物质基础.在硬件投入方面，相较于“双一流”重点院校，作为地方高校，绵阳师范学院获得的财政支持有限，另一方面，限于学科类型、专业设置、科研能力薄弱等原因，学院自身造血能力不足，在实验室、教师队伍建设、专业技术装备购置和软硬件投入更新方面严重滞后.GIS实验室计算机硬件配置低，坏损率较高，维护困难，远不能满足地理大数据存储分析的需要；教学用GIS软件主要以公益版和学习版为主，软件功能及稳定性有限，无法得到及时升级和技术支持，难以保证教学和科研使用需要.

从事GIS课程教学的老师大多具有地理科学、测绘等相关学科硕士或博士教育背景，但普遍缺乏系统全面的GIS工程应用实践经历.任课教师立足现有资源，努力整合优化教学内容设置，拓展讲授内容的广度和深度，但缺乏与GIS相关应用项目的产学研结合，难以有效地从应用实践和学科前沿的高度引导学生探索GIS发展趋势.

1.2 教学内容与教学方式

围绕“掌握GIS基本原理和方法，培养学生应用GIS工具解决实际问题”这一课程教学目标，学院将“地理信息系统”课程教学分为理论和实验教学两部分(表1)，根据不同专业培养要求，分别设置32+32或40+40学时的教学内容.其中，理论教学采用“地理信息系统”“地理信息系统概论”等国家级规划教材，以PPT、板书并配以短视频的方式讲授“GIS概论、地理空间数学基础、空间数据库管理与组织、数据采集与处理和空间分析及应用”等GIS基本理论和方法.实验教学主要以Mapgis K9学习版和Arcgis 10.2为软件平台，分软件基础、数字制图、基本空间分析、数字高程模型建立及应用等四个专题，以教师讲授基本原理并上机演示，学生验证实现的方式实施，在熟悉掌握软件基本操作基础上，从数据获取与处理、矢量制图全流程、实现缓冲区、叠加、网络分析等基本空间分析到数字高程模型(DEM)建立与应用，使学生能熟练使用一至两种GIS主流软件实现基本的制图和空间分析操作，初步具备应用GIS工具分析、解决实际问题的能力.目前所采用的教学资源仍然以强调基础理论知识的教案、教材为主，形式较为单一，缺乏应用型实例；在课程内容设置方面，针对地理科学和遥感科学与技术专业，在学时和讲授内容深度上虽有所差异，但在讲授内容与专业贴合度、案例的专业化方面仍有差距.教学方式传统、形式单一，难以充分调动学生主动学习的积极性.

表1 “地理信息系统”理论及实验教学内容安排Tab.1 The Theory and Experimental Teaching Arrangement of "Geographic Information System"

续表1：

理论课教学单元教学内容教材章节学时实验课教学模块教学内容学时数据采集与处理空间数据来源空间数据采集数学基础变换、数据重构、数据压缩等第6章4数字制图数据获取、地图矢量化、图形裁剪与图幅拼接、专题地图制作8空间分析及应用空间数据查询与空间度量、缓冲区分析、叠合分析、网络分析、DEM&DTA、空间统计分析第7章～第10章12基本空间分析;DEM建立及应用空间分析原理及应用14

1.3 课程考核

“地理信息系统”作为专业必修课，课程考核由“出勤成绩”“平时成绩”“实验成绩”“末考成绩”分别按1∶2∶2∶5的比例组成.平时成绩主要采用课后作业、课堂讨论等方式，及时反馈学生对课堂知识的掌握情况；实验成绩以实验报告为载体，兼顾学生实验课操作及实验目标完成情况.期末考试由60%的客观题(专业名词解释、填空、选择题)和40%的主观题(论述、综合题)组成.虽然课程考核设置了课堂讨论和期末主观题考核等环节，但平时实验考核内容及考核方式相对固化，缺乏学生参与性和探索性，此外，期末非标准答案应用型试题的比例仍有待提高，以进一步调动学生运用知识，分析、解决实际问题的积极性.

2 应用导向型教学方式的构建

在国家发展地方高校应用型人才培养战略目标支撑下，基于《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》，教育部以“大学改革试点战略研究”为研究目标，于2015年颁布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，明确提出要以需求为导向，建立以提高实践能力为引领的人才培养流程，扩大学生的学习自主权，实施以学生为中心的启发式、合作式、参与式教学，构建“工学结合、知行合一”的应用型人才培养体系，这为“应用导向型”教学改革指明了方向.

2.1 课程思政

思想政治理论课是培养合格的社会主义接班人，高校坚持社会主义办学方向，确保育人工作贯穿教育教学全过程的关键课程[4-5].培养造就合格的服务地方应用型人才，首先要解决好培养什么人、怎样培养人、为谁培养人这个根本问题.培养热爱祖国和人民，热爱党，愿意为人民服务，为共产主义事业奋斗终身，具有高尚道德情操的人是人才培养的第一要务.根据《四川省教育厅关于全面推进高校“课程思政”建设落实立德树人根本任务的实施意见》文件精神，一方面，在开展GIS教学工作时，要始终坚持德育为先的教学理念，通过我国在北斗卫星导航、超级计算机、量子通信等领域的杰出成就以及李小文、黄大年等一大批爱国科技工作者科研报国，奉献终身的光荣事迹等正面典型来教育、引导、感化、激励青年学生树立正确的人生观、世界观、价值观，树立远大的理想、高尚的爱国情操，激发学生刻苦学习，努力奋斗，将个人价值的实现与国家富强民族复兴的伟大事业相统一，只有思想通了，学习效果才能事半功倍；另一方面，要坚持以人为本，关心爱护学生，尊重学生人格，平等公正对待学生.在教学设计、组织上以学生为中心，统筹兼顾学生的不同需求；“其身正，不令而行，其身不正，虽令而不行”，教师应为人师表，亲身践行“社会主义核心价值观”，为学生树立良好道德模范，潜移默化教育、塑造、改变学生，促进学生身心健康发展.

2.2 教师队伍及教学资源建设

要培养出一流的人才，首先需要德才兼备的高素质教师队伍.教师队伍建设是提升教学质量，培养高素质社会主义建设者的关键一环.针对从事GIS课程教学的老师缺乏系统全面的GIS工程应用实践经历，产学研脱节这一实际问题，一方面，学院通过 “外引”专业过硬、实践经验丰富的技术人员，或全职或以“客座教授”的形式深度参与教学、学生实践、科研环节，提升“双师型”教师队伍比例，以点带面，以老带新，推动“理论型”青年教师向教研相长“应用型”转变.另一方面，应重视内部挖潜，通过校企合作、校际合作，定期举办专业技术培训，学术报告会、技术论坛，安排教师到企业专业技术岗位顶岗挂职，参与科研生产项目，逐步实现教学研相结合，不断提升教师应用实践能力；选送青年骨干教师到相关高校、科研机构访学，提升专业素养.

在不断提升教师队伍素质的基础上，还要不断优化拓展教学资源[6].首先，梳理细化课程各章节的知识网络和重、难点，结合教师自身专业特点和所从事的优势科研领域，在课程组、教学系内部开展教师间的交流协作，构建内容丰富且适用性强的教学案例库.在教学案例库的构建中，除了以应用为导向，注重实践能力的培养，还应兼顾课程基础、前沿、专业层次、学生知识和兴趣方面的差异，以多样化的课程专题，多层次、多角度构建特色教学资源，把基本理论与实际应用有机结合起来.其次，应不断提升教师队伍现代教育技术应用水平，充分挖掘利用慕课(MOOCs)、全国普通高等学校公共教学素材资源库(SYNC)、爱课程(iCourse)等在线教育资源，博采百家之长，深化拓展课程讲授的深度和广度.第三，积极鼓励学生参与教学资源的开发，学生可以根据学科背景和个人兴趣爱好，采用Flash、MV、课堂小讲坛等多种形式解析课程知识点，建立与实际应用的联系，不断积丰富案例库，化抽象、生涩的知识点为贴近生活实际的小案例，寓教于乐，更利于学生理解掌握.

2.3 课程内容调整优化

教材是学生获取知识的第一手资源，应针对不同知识层次和培养方向的学生，选择适合的教材.由汤国安、黄杏元教授编写，高等教育出版社的“地理信息系统”“地理信息系统概论”等国家级规划教材全面系统阐述了GIS的发展历程、基本架构、数据库实现到空间分析和应用，具有较好的科学性和理论性.但作为交叉学科，“地理信息系统”除了地理学以外，涵盖了测量学、信息科学、计算机科学、摄影测量与遥感、统计学等诸多学科，要求学生具备较高的综合素质和相对完备的前期知识储备.受专业、培养计划以及教学安排等客观条件限制，地方应用型高校学生对于相关学科知识的储备有限，造成了对“地理信息系统”部分知识理解掌握困难.以地理科学师范专业为例，学生主要以文科生为主，大学阶段除大学低年级开设的计算机基础、现代教育技术等计算机公共课程以外，缺乏对诸如计算机数据库、数据结构、算法以及网络技术等计算机专业知识的了解，给“地理信息系统”课程中有关空间数据库、空间数据数据结构、空间统计分析等章节的学习带来较大的困难.

有鉴于此，对于GIS课程内容的设置应遵循因材施教，按需调整的原则，根据不同专业学生的专业特点和知识储备，灵活调整课程内容[7-8].对于地理科学专业师范类学生，重在理解掌握“地理信息系统”的基本概念、方法和原理，对数据处理、算法、数据库技术等章节可适度调整优化；同时，针对专业特点，提供与其方向相关的丰富实用的教学材料和具体案例，例如，GIS在中学地理教学中的应用，增加学生学习兴趣，提升学生运用GIS软件分析解决实际问题的能力.对于遥感、测绘等GIS相关专业的学生，一方面，在保证GIS基础性知识教学效果的前提下，可酌情增加数据处理、数据库、空间统计分析等章节的讲授时间，加深计算机、数理统计等相关学科知识的讲授；另一方面，扩大学生的学习自主权，鼓励引导学生通过自学或选修相关课程，拓展知识面，增加GIS相关学科知识储备.

2.4 教学方式调整

现阶段课堂教学多以老师为中心，以板书、PPT为载体，以课堂讲授为主，辅以问答的方式完成单向、填鸭式的教学，教师主导教学安排、教学组织以及学生的学习方式[9].这种传统教学方式以严格的纪律性，保证了教学计划的顺利实施，对于基础知识的传授具有较好的效果.但不可否认，在教学全过程中，作为课堂主体的学生始终处于被动接收状态，课堂参与度有限，注意力不易集中，学生对课程内容关注点和兴趣点被动趋同，背离应用型人才培养“因材施教”的教学理念.同时，“地理信息系统”作为一门应用型较强的交叉学科，其内容广泛、抽象、时效性强、实践能力要求高等特点，课堂教学效果较大程度依赖于教师个人的专业能力和素养.因此，应改革以教师为中心，教学方式单一，重理论轻实践的教学模式，翻转课堂，逐步转变为以学生为中心，启发式、合作式、参与式的新型教学方式，重视引导学生的自主、创造性学习能力[10-11].首先，教师结合学生专业背景，创设实际问题，引导学生通过查阅资料，自主开展课前准备，初步明确学习内容；教学过程中，围绕教学内容，以应用案例导入课程教学，提出若干问题，鼓励学生协同合作，通过小组讨论，初步分析解决问题；第三，通过学生与学生、学生与老师之间的课堂讨论，辨析问题，培养学生独立思考的能力；最后，教师对重难点总结梳理，对共性问题答疑解惑，辅以适量相似的课后习题，加深认识(图2).

图2 以“学生为中心”的教学方式Fig.2 Student-centered Teaching Approach

2.5 优化考核方式

考核不仅是评价学生对课程理论知识掌握程度的重要一环，也应该成为考评学生实践能力的重要手段.“地理信息系统”的课程属性决定了动手实践是学生理解消化知识，学思结合，综合运用“3S”技术手段分析、解决问题的重要学习方式.现阶段课程考核方式的构成偏重对理论知识的考核，实践部分仅占20%，且多以纸质实验报告的方式反映，导致学生以死记硬背的方式片面机械化记忆学习，对“地理信息系统”的知识体系、技术方法之间的关联缺乏理解，制约了学生独立思考和应用能力的养成.为了调动学生实践动手的积极性，在考核环节应加强实践能力的考核，在教学环节鼓励学生围绕实际问题积极参加课堂或小组讨论，并纳入平时成绩；提高实验、综合实训等实践环节的权重；实践环节的考评依据不局限于实验报告，增加技术方案、案例作品等多种考评形式；在期末考试中，适度加入无标准答案主观试题的分值权重.

3 结语

应用型人才培养是支持地方经济社会发展，解决应用技能型人才需求缺口，缓解毕业生就业问题的重要途径.围绕应用型人才培养目标，通过对绵阳师范学院“地理信息系统”课程教学现状的梳理，认为存在教学资源投入不足、教师队伍缺乏工程应用实践经历、教学内容、教学方式和课程考核不适于“应用型”人才培养要求等问题，提出通过课程思政立德树人、深化教师队伍及教学资源建设、优化调整课程内容和考核方式，构建“以学生为中心”的启发式、合作式、参与式教学方式，探索建立一套“工学结合、知行合一”的应用导向型教学模式.