“地理信息系统原理”应用型课程建设的探索和思考*

高 歆，李长坡，王 轩

（许昌学院城市与环境学院，河南 许昌461000）

根据2017年教育部高等教育教学评估中心发布的《中国本科教育质量报告》，21世纪以来，我国新建本科院校678所，占全国普通本科高校1 219所的55.6%，本科教育无论是规模还是结构，都发生了翻天覆地的变化。为引导高校合理定位，克服同质化倾向，2015年10月，教育部、国家发展改革委、财政部联合印发《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》，对地方型本科院校走转型发展道路，建设应用型高校提出了明确要求。2015年，河南省教育厅、财政厅联合启动了示范性应用技术类型本科院校建设计划，将包括许昌学院在内的10所高校列为首批示范建设试点。自获批建设以来，许昌学院坚持“地方性、应用型、服务性、国际化”的办学定位，认真落实高质量发展根本要求，坚持以内涵提升和创新引领为核心，走出了一条具有自身特色的应用型大学建设道路。

地理信息产业是现代测绘技术、信息技术、计算机技术、通讯技术和网络技术相结合而发展起来的综合性产业。过去20年，地理信息产业在我国地球和信息科学领域掀起了一股热潮，并得到了迅速发展，逐渐成为我国IT产业中不容忽视的一支力量[1]。地理信息产业的迅速发展使我国地理信息科学专业如雨后春笋般涌现，据不完全估计，全国有近200所高校开设了该专业或者相近专业[2]。然而，随着相关产业发展的不断成熟和深入，高校和企业“育人-用人”两条平行线模式的弊端逐渐显现，人才培养质量与企业需求之间的矛盾迫切要求当前的人才培养模式和课程体系设置做出相应改变，其中，课程内容改革是整个改革目标能否顺利实现的关键[3-4]。为了向应用型本科院校转型，许昌学院启动了应用型课程培育和建设计划，旨在建设一批产教融合、校企合作教学模式下强调和突出应用性、实践性的课程，自2017年以来，全校先后论证并立项了50门课程实施应用型课程改革，分两批进行[5-10]。“地理信息系统原理”作为地理信息科学等专业的一门主干课，在2019年入选了许昌学院第二批应用型课程建设计划，经过一年多的探索和研究，课程组围绕课改理念、内容重构、课程运行、组织方式、考核和评价等方面进行了大量讨论和探索，本文就该课程改革过程中的一些思考和做法进行总结分析。

1 课程教学过程中存在的主要问题

“地理信息系统原理”是实现地理信息科学专业人才培养目标和达成能力支撑要求的关键课程，是一门理论性和实践性很强的课程，课程内容覆盖了从数据定义、存储、管理到使用整个生命周期中各个环节的所需概念、原理等基本理论，以及对应的软件应用技术和方法，是学习其他专业课程和从事地理信息系统（Geographic Information System，GIS）数据处理、软件开发必备的基础。通过对该课程的开展情况进行分析，教学过程中存在的问题主要包括以下3个方面。

第一，知识点组织和教学方法缺乏系统性、连贯性和高效性，没有让知识点真正落地，停留在“为了学习而学习，为了做题而做题，为了实验而实验”的阶段，使学生有“只见树木不见森林”“空有一身蛮力却无处可使”的感觉。这种教学模式下的学生，主动学习的积极性和意愿逐渐退化，独立思考和解决问题的能力下降，思想变得僵硬、固化和保守，不利于学生创新意识和实践能力的培养。

第二，实验内容脱离实际，缺乏深度和广度，不利于深入思考能力的培养和实际问题的解决。传统教学中，实验素材和操作步骤均由教师安排和准备，这样容易导致学生重操作、轻思考，养成眼高手低、心浮气躁和不求甚解的坏毛病，不利于复杂问题解决所需思维模式的训练和职业能力的培养。

第三，讲究个体学习，缺乏沟通和协作精神。在传统教学中，每个学生与教师构成了一个学习系统，90%以上的学习在这个系统内完成，与外界几乎处于隔离的状态，这种方式不利于学生自信心、调整能力的建立和综合素质的提升。学生终究要走向社会，面对更为复杂的社会关系和现代作业模式下单凭一己之力根本无法完成的工作，缺乏沟通、协作和牺牲精神的训练容易导致学生不能快速适应职场，甚至变得自暴自弃，最终丧失自我。

2 课程设计理念和实施方案

2.1 课程设计理念

1）真实场景。基于“工作过程”进行课程开发，构建真实的工作空间，使学生熟悉企业的规章制度、环境和文化，协作模式和运行机制，塑造学生系统性、复杂性和宏观性思维模式，使学生增长见识、开阔视野，提升学生的参与感和代入感。

2）真正参与。通过让学生在认真分析和梳理下达任务的基础上制定工作方案、分解任务、设置时间点、填报工作日志等方法，给学生最大的自由度，真正确定学生的主体地位，从而充分调动学生的积极性，改变长久以来学生处于被动接受位置的局面。

3）真材实料。实际项目最大的特点是综合性和复杂性。综合性表现在解决实际问题时需要综合运用多学科的方法和知识体系，复杂性体现在解决问题的过程需要经历调查分析、推理和计算、思考和辨析等环节。因此，以真实案例或项目作为课程教学的载体，意味着学生需要在持续较长的一段时间内进行深入的学习、思考以及问题的解决，这就为学生深入思考、处理复杂问题和开展团队协作提供了机会。

4）真学真做。行业规范、标准和用户的需求是成果最终验收的标准，学生需要按照相关标准和要求规范自己的作业模式和工作流程，通过不断自我调整、动态追踪、归纳分析、风险识别和控制来降低工作过程中的返工率和差错率。以用户满意度为导向、以行业标准为准入，一方面有助于提升学生的韧性和意志力，另一方面也可以锻炼学生危机处理、独立思考和解决问题的能力。

2.2 课程实施方案

按照上述设计原则，根据重复性和相似性的设计要点，本次课程改革将所有内容落实到3个载体上面，即3个情境，也可以理解为3个具体的项目。每一个情境沿数据生命周期演进从而覆盖所有内容，不同情境在内容设置上既有相似性又有差异性，呈现出螺旋式上升、波浪式前进的特点，符合事物发展的一般规律。3个情境分别承载了重构后的内容，即矢量数据信息化管理、栅格数据信息化管理和镶嵌数据信息化管理，见表1。

由表1可以看出，每一个情境分别包含了数据预处理、数据建模、数据存储与组织、数据分析和可视化等内容。关于3个情境实施过程中教师角色的变化，在实施第一个情境时，全程由教师控制；在实施第二个情境时，给学生一定的自主性；当实施到第三个情境时，则交由学生独立完成。3个情境在时间安排上有较大差异，其中第一个情境的学习时间最长，历时10周，与另外两个情境不同的是，地理的数学基础教学在这一情境中进行，包含了坐标系的定义、投影和坐标转换等内容；第二个情境历时5周，主要涵盖了栅格数据的空间数据建模、存储和组织、空间分析等内容；第三个情境历时3周，主要涵盖了镶嵌数据建模、存储和组织、空间分析等内容。3个情境在内容方面也有一定的区别，第一个情境对于学生来说是全新的内容，而第二个情境开设的时候学生已经有了一定的知识和能力基础，有了前两个基础，第三个情境对于学生来说掌握起来更为轻松，完全可以在自主性学习的模式下进行。

表1 重构后的课程内容、情境和模块之间的对应关系

3 课程实施过程和实施案例

本文重点分析情境1的课程实施过程，表2为其理论课程的具体实施过程。

表2 情境1理论课程的具体实施过程

“文档管理、轮流汇报、会议讨论和持续改进”的理念贯穿于3个情境实施的全过程。每个情境的实施过程分为4个阶段，下面介绍这4个阶段的运行方式和工作内容。

1）任务描述。该阶段由教师下达某情境的任务书，带领或者由学生自主学习、分析和理解任务书中的内容，使学生明确本次任务的目标和主要工作内容，时间为1个学时，在第一个情境中教师还需要讲解实施理念的基本内涵。

2）任务分析。在认真分析上述任务书的基础上，由教师带领学生或由学生自主撰写工作方案，包括数据清单、工作计划、小组分工、技术指标和质量保障等内容。在上述内容中尤其要体现实施理念的落实，例如什么时间进行工作方案论证、什么时间进行会议讨论、什么时间对前期成果进行改进和完善等，时间为1个学时。此外，对于情境1，在开始第三个阶段之前还要完成学生分组，每组限制在4~6人。

3）任务实施。该阶段的主要工作是按照工作方案落实具体任务，该阶段的任务又可以分为4个子任务，分别是数据的预处理、建模、存储、分析和显示。以情境1为例，该过程需持续16个学时，每个子任务历时4个学时，前2个学时由教师带领学生学习对应ArcGIS的基本操作，后2个学时由教师带领学生或者由学生自主完成每一个阶段的工作并进行小组讨论，所有的课上、课下交流和会议讨论的内容都要记入每个学生或者小组的日志中。

4）任务评价。每组安排一名学生汇报其成果，并进行评价、反思和思考，相关建议和问题要体现在后续的修改工作中。

表3 为情境1实验课程的具体实施过程。

表3 情境1实验课程的具体实施过程

表2 和表3分别记录了情境1完整的理论和实验实施过程，该情境依托的项目是许昌学院校园地图制作，需要完成数据的预处理、采集、存储、分析和显示等内容，历时40个学时，理论和实验各占20个学时。每节实验课要对应一节理论基础先导课，理论课要先于实验课实施，如果出现冲突或者因实训实习缺少一节课的情况，可以先进行实验课或者对上一阶段成果进行讨论和修改，尽量保证两者之间的一致性。学生在每节实验课上都需填写工作日志，只填写主要问题的解决过程，填写日志可能打断练习的连续性，可以先进行标注，下课后再统一归纳总结和记录。如表3所示，在19~20，27~28的实验课上安排了两个扩展内容，这两个内容是对数据结构和数据存储内容的进一步深化和升华，要求学生能在教师的引导下完成；在19~20，35~36实验课上安排两次小组讨论，目的是讨论和评价各小组中每名学生已完成的成果以及工作方案的修改情况。在最后一节课前，学生要将这一阶段的所有过程性成果以及证明材料，如小组日志、个人日志、修改后的工作方案、纸质报告、电子文件以及照片、视频等材料一起上交，在39~40实验课程上，轮流在全体同学面前汇报，小组和小组之间、同学和同学之间要互相打分并根据汇报情况提出进一步修改的建议。

4 课程考核和评价

“地理信息系统原理”课程考核分为实验和理论两个部分，占比分别为60%和40%，课程考核体系见图1。

图1 “地理信息系统原理”课程考核体系

实验考核包括日志考核、组间考核、项目成果、工作方案和校外人员评价环节，其中日志考核涵盖了日志保存是否完整，日志内容是否详细合理等内容；理论考核主要包括期末考试和平时成绩。课程评价分为以下4个方面。

1）学生评价。学生针对本学期课程的学习和实践情况撰写收获和体会，课程组在认真分析、讨论和总结学生提出的问题以后提出应对之策，以便进一步调整课程组织方式和优化课程内容。

2）后续课程任课教师评价。每个学期由后续课程任课教师随机抽查10名学生，观察这些学生一个学期的表现，并对他们从思维与品质，研究和学习技能，创新和实践能力，态度、观念和兴趣，对本门课程的支撑能力等方面进行评价。课程组通过分析、总结和归纳，形成相应评价报告，并反馈到课程改革中。

3）对学科竞赛的支撑评价。课程组根据学生在国家、省和学校举办的学科竞赛中的表现，通过分析和总结寻找课程改革和提升的潜力和空间。

4）用人单位评价。由课程组设计表格，合作单位负责填写，主要对学生的动手能力、思维方式和意志品质等进行考核，最后由课程组形成意见，并针对这些意见提出相应的建议和措施。

5 结束语

本次应用型课程改革以行业需求为导向，以就业能力培养为目标，结合学科发展目标和学校定位，在分析现有课程教学问题的基础上重新论证了人才培养目标和毕业要求设置的科学性和合理性，并以项目为载体对课程内容围绕3条主线进行了串联组织，体现了渐进、重复、连续和真实的特点。虽然本次改革体现出了一定的先进性和实用性，但是依然存在很多问题，例如课程改革后教师和学生的任务量和工作量相比以前有了成倍的增长，运行过程和组织形式较以往更为复杂。因此，若要切实发挥出课程改革的最大效益，仍需要对一些问题如过程性评价，内容深度、广度和课时之间的平衡等进行进一步的探索研究。