GIS 专业“四位一体，内外兼修”实践教学研究

2023-01-16武锋强王卫红莫才健

地理空间信息 2022年5期

武锋强，王卫红，莫才健

（1. 西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010）

进入21世纪以来，随着无人机、物联网等新兴技术的发展，地理信息科学（GIS）学科与其他相关学科（如计算机、环境）相互渗透、相互交融，已发生了较大变革。据统计，2019年中国大陆共有180多所高校招收GIS 专业本科生，150 多所高校招收测绘类专业本科生。由于GIS 专业具有交叉学科的特性，因此在环境、国土等行业中的应用越来越广泛，社会也越来越需要学生具有创新意识和较高的实践能力。

然而，许多专业毕业生在就业后往往发现其科研和实践能力不能很好地满足工作需要，究其原因在于：①培养方案不够完善，与市场存在脱钩；②学生在校期间没有参与足够的实践锻炼，导致动手能力较弱。正如朱高峰院士指出的“中国最大量迫切需要的还是工程人才，我们需要大力研究工程教育，虽然我国已经跻身于工程教育大国的行列，但目前普遍存在的问题仍然还很多，如大而不强、多而不精、缺乏创新性和实践性等都是比较明显的问题”[1]。

在当前“新工科”与“互联网+”大发展战略的背景下，为了切实提高学生的综合素质与能力，全面提高实践教学质量，本文以西南科技大学GIS 专业实践教学为例，在分析新时期GIS 专业所面临的挑战与问题的基础上，从课堂实践教学、综合实践、竞赛实践与校外实践4个方面，由“课内到课外，校内到校外”两个方面探讨了“四位一体，内外兼修”实践教学体系的构建模式，从而探索出一种具有可操作性的实践教学模式，以切实提高学生的实践动手能力。

1 实践教学中遇到的问题

1）学生“系统化”观念淡薄，知识体系融会贯通能力欠缺。GIS 作为一门理工科专业，很多时候注重“地理”与“信息”，而常常忽略了“系统”的重要性[2]。GIS课程体系包括《空间分析》和《遥感》等课程，这些课程之间除了存在承前启后的关系，也存在“理论—实践”相互印证的关系。例如，很多学生可以熟练应用《空间分析》知识点解决问题，但并不能很好地印证到《地理信息系统原理》的理论上，反之亦然；《软件工程》所讲授的开发体系不能熟练地应用到《GIS软件开发》中；《地图学》课程中的投影变换原理与《空间分析》中的投影操作相分离，缺失了课程体系的“系统化”思维。

2）人才培养与市场需求存在偏差。在当前科学技术飞速发展的情况下，就GIS 专业来说，为了满足日新月异的市场需求，不仅需要掌握基本的地图制图、遥感解译等基本专业知识，而且需要掌握大数据、无人机等技术，但现实情况是人才培养与市场需求间的错位未被重视[3-4]。

3）教师教学目的性不强，学生动手能力弱。有些教师上课是被动地完成课程，课程重点不突出，学生的学习积极性不强[5]；部分教师采用的教学手段和教学内容不够新颖，学生不感兴趣；且学生将更多的注意力集中在考试成绩上，疏于实践动手，对于专业上的创新意识薄弱，使得教学达不到预期的效果。例如，相对于男生，女生的编程能力较弱，对编程课程较排斥；制图是GIS 专业毕业生的基本能力，但由于制图工作枯燥等原因，导致学生眼高手低，实际工作时基本操作都有可能从头学起。另外，由于很多学生在高中阶段对GIS 产业不甚了解，因此很多高校尤其地方高校的GIS 专业学生很大一部分不是第一志愿，这也在一定程度上导致了对GIS课程学习不热情。

2 基于“四位一体”的强化实践教学模式改革途径

1）引入新的教学方法，提高课堂实践教学效果。引入新的教学方法与手段，多方位提高学生学习兴趣[6]。传统实验课多为学生照着实验指导书操作，学习缺乏主动性。为提高学生兴趣，将答辩式、讨论式等教学方法适当引入实验课程中，鼓励学生自己查阅资料，如《专题制图操作》实习课，可根据教学内容，引导学生创新思维，设定地图颜色搭配、符号类型等内容，突出专题特色。答辩式教学是指以学生为中心，采用答辩的方式开展教学。实验课的考核成绩可采用答辩方式，查漏补缺，提高学生的参与度，如在《空间分析》实习课中采用了答辩的模式，极大地提高了学生的参与度，加深了对专业知识的理解。

基于“学生用脑做实验，教师用心教实验”的原则，增设了实验讨论课。在每门实验课中集中开展两个或多个学时的实验讨论课，使学生能够回顾与交流实验心得，这种模式不仅是师生之间教与学的交流，也是学生之间学习感受的交流。例如，具有一定难度的《GIS 开发》课程，通过学生之间的讨论，加深了学生对接口等抽象概念的理解。这种实验交流方式在注重对实验内容的理解的同时，更鼓励采用“头脑风暴法”创新想法，提高实验效果。

2）以项目为主导，鼓励跨学科选修，分层次逐步提高学生综合实践能力。设立以专题为导向的跨学科选修机制[7]，依托教师横、纵向科研项目，分层次逐步提高学生的实践能力。针对不同阶段的学习情况，采用以“地图制图项目、遥感解译项目、程序开发项目、空间分析项目”为载体的实践教学模式。通过采用单一到综合的项目驱动方式，培养学生对专业知识融会贯通的能力，从而解决“系统化”观念淡薄的问题[8]。构建以“项目主导，贯通课程”的学习生态模式，针对《空间分析》和《地图学》课程的实习课程增加新软件、新技术；针对《遥感》和《摄影测量》课程的实习，注重内外业结合操作与验证等应用能力的培养；针对《GIS开发》和《WebGIS》课程的实习，注重综合知识的应用与联系实际，开发具有一定应用价值的软件；实习大纲和指导书的修订注重新思想、新技术与新方法的引入，增加自主型、设计型、创新型项目。实践性教学环节应做到4 个保证，即实习计划保证可操作性、大纲保证前沿性、指导教师保证教学质量和考核保证客观性。

大学一、二年级注重学生基本技能的培养，如《地图学》课程侧重对地图的认知与地图编辑，此时以简单制图项目为导向，培养基本制图技能；《遥感》课程侧重地理信息知识的获取，以地图解译类项目为导向，培养对遥感影像的认知以及信息获取能力。大学三、四年级开设的《空间分析》课程则侧重对知识的分析与挖掘等，以有一定深度的项目为载体，锻炼学生的分析与创新能力；《GIS 开发》课程则可将上述成果进行综合应用，从而达到课程间知识融会贯通“系统化”的效果。同时，针对学生写作能力普遍较差的问题，鼓励和启发学生在参与教师科研项目时，总结提炼，撰写论文。同时，提倡具有创新意识与科研能力较强的教授执教实验课，不仅可将科研思维融于教学过程，更重要的是可将实验的严谨与科研的魅力传授给学生，提高学生对实验课的兴趣。

3）以赛促学、以赛促教，规范实践教学。学科竞赛不仅可以提高学生的学习兴趣、培养团队合作意识，而且可以培养学生的创新精神。因此，积极鼓励学生参与各类地理信息、测绘技能大赛，强化专业实践能力[9-10]。专业技能大赛不仅能从不同层面考察学校课程设置的合理性，而且其竞赛内容、评价方式和流程来源于市场，这样就具备了为企业提供优秀人才的功能。将专业竞赛内容和考察重点融于日常教学中，可推进专业教学目标向市场化方向发展，完善教学内容的不足。例如，在某些专业比赛中发现，比赛鼓励使用开源的系统，因此在开设的相关课程中，鼓励教师加入前沿的内容，除介绍ArcGIS三维组件外，还会介绍Cesium 开源三维平台和百度地图API，为学生毕业创业提供知识储备。根据竞赛内容，改善教学大纲/教学内容等，适当改造历年题目，将教学与竞赛结合，提高教学质量，从而反哺竞赛。

4）校企合作，实现理论学习与实践动手能力的融合，校内与岗位要求的统一。由于GIS 专业具有生产性、市场性特点[11]，通过“走出去，请进来”的方式广泛地进行社会调查，实施“双师型”机制，聘请生产单位、企事业单位高级职称人才参与大纲的修订、课程内容的制定、毕业设计的指导工作，从而保证校内教学与校外市场的融通，达到内外兼修的目的。不断改善人才引进机制，提高教师实践水平。引进人才不再拘泥于应届博士，从偏重论文数量质量向侧重有丰富工程经历方向改进，选取有丰富经验的工程师作为专业岗教师，将重科研和重工程应用二者相结合，保证教学团队建设的创新性和实用性。将最新的市场需求带入课堂，教师根据需求持续对课堂教学内容进行改革。教师是教学模式改革的关键，通过教师回炉生产实践，提高教师的能力水平，从而提高学生生产实践能力[12]。针对GIS 专业具有较强的工程性问题，鼓励教师考取专业认证，规范教学内容，如西南科技大学测绘与地理信息系鼓励教师提高业务能力，有多名教师考取了无人机驾驶资格证书和注册测绘师资格证书，满足了将当前新型技术融入实践教学的需要。

根据GIS 专业实践教学的特殊性，广泛听取校内外专家意见，不断完善毕业设计（论文）、实验教学等评价标准；建立基于跟踪式的学生实践教学效果评估机制[13]，可从毕业设计、实习效果和后期用人单位反馈等方面评价实践教学改革的成败，并依据反馈结果，不断修改与完善，形成以“高年级—低年级”、“校外合作导师—校内导师”为联系纽带的“产—学—研—教”模式。例如，近5 年长期与企事业单位合作，设立了针对测绘与地理信息专业的优筑奖学金；与地方政府合作开展耕地等级评价工作，鼓励高年级学生带领低年级学生参与遥感解译、图斑外业调查、内业处理等工作，成果的最终评价由学校单一评价逐步转变为由学校与企业合作评价，使学生不仅掌握了专业知识，而且懂得了成果规范的必要性。