STEAM 理念助力研究生RS—GIS 技术创新能力提升的改革探索
2023-12-25农燕飞刘夏君
卢 震，农燕飞，刘夏君
（贵州民族大学建筑工程学院 贵州 贵阳 550025）
1 相关概念以及国内外研究现状
1.1 STEAM 教育理念
STEAM 是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Art（艺术）和Mathematics（数学）五个英文单词的缩写。通过引入和实施STEAM 教育理念，可以提高学生的多项能力，有助于培养创新型人才[1]。美国是最早提出STEM 教育理念的国家，很多地区都开展了相关的课程和项目，并取得了一定的成效[2]；国内近年来也开始重视STEAM 教育，开展了一系列试点项目。随着STEAM 理念的不断发展，诸多新元素也融入其中，学者们提出了STEAM+、STREAM 等新理念[3]。STEAM 教育促进了学生创新思维能力和团队协作意识的提升。通过STEAM 教育培养出来的人才，也更具备适应社会的能力[4]。但是，对于如何有效地实践STEAM 教育，还需要进一步的研究和探索。
1.2 RS—GIS 课程教育
我国的RS—GIS 课程教育旨在培养研究生对于遥感（Remote Sensing）和地理信息系统（Geographical Information System）的理解和技术实践能力。通过RS—GIS 课程教育，学生可以学习到如何使用遥感和GIS 技术获取、处理和分析地球表面的信息，并将其应用于自然资源研究等领域[5]。这些技能对于研究生未来从事相关领域的工作具有非常重要的意义。但是如何提高研究生的RS—GIS 技术创新能力，如何保持研究生对该课程的热情和投入，如何提高教师的教学效果等一系列问题仍然需要探索解决[6]。
2 STEAM 理念助力研究生RS—GIS 课程教学
2.1 在RS—GIS课程中融入STEAM 教育理念的具体分析
RS—GIS 课程的学科综合性较强，知识覆盖面广，以单个学科分开授课难度较大，故在当前课程探索中应以工程项目为导向，结合其他四个方面的教育理念同时培养研究生的创新技术能力。基于此，课程组通过对课程教学内容的分析和对研究生个人学情的综合调查分析，合理引入STEAM 教育理念内容如表1 所示。基于表1 的具体内容分析了RS—GIS 课程，并设计流程如图1 所示，以工程项目为导向，分为四个部分：主题确定、小组合作方案设计、工程项目的实施以及是否需要改进项目。通过这四个部分分析清楚在建工程的具体情况，为课程的实施提供可行性。同时教师在这四个方面注重研究生设计、实施、总结、展示能力的提升，最后对整个课程所实施的研究生导向项目进行分析评价与反思。
图1 RS—GIS 课程设计流程图
表1 STEAM 教育理念融入RS—GIS 课程的具体内容
2.2 融入STEAM 教育理念以导向项目为中心的课程设计实施
2.2.1 课程实施过程简要分析
以课程设计中的导向项目为中心，对两个班级的研究生进行同一个项目的教学，第一个班级的研究生采用传统教学方式。第二个年级的研究生采用融入STEAM 教育理念的形式进行教学。每个班级的研究生人数均为八人，每个小组人数为两人，共四组。导向项目要求研究生自行选用数学模型并结合相关的RS—GIS 技术分析某地的地质条件和降雨量等因素，以此为基础对此区域的自然灾害风险易发性进行评估。本课程共进行12 周，1—4 周主要以课程基础知识的讲授为主，5—8 周则以相关软件操作及软件理论介绍教学为主，9—12 周研究生要完成所分配的项目，具体教学安排如表2：
表2 课程教学内容安排
2.2.2 以项目为导向的课程实施过程分析
教师确定项目题目为：利用RS—GIS相关技术进行某地区的自然灾害易发性评价。研究生要依据此信息构思技术路线，确定数学模型方法，并运用RS—GIS 技术进行易发性评价。数学模型方法的确定是以解决此问题为中心，通过改进已有模型来提出新的方法。
小组之间根据个人优势进行合理分工，合作对导向项目进行初步安排，主要从查阅可使用的模型方法、相关数据的获取和处理、模型方法如何适用、项目结果评估验证、最终对项目结果的出图展示以及最后对项目的总结汇报六大方面进行分工。这六大方面体现了STEAM 教育理念，在收集模型方法部分要充分理解原理；数据获取和处理以及评价结果的验证体现了研究生的信息获取和处理能力；模型方法的使用与改进则体现了数学思维；评估结果的出图层面则是对研究生的技术和艺术审美方面的考核。
小组之间在课堂上按照分工推进项目实施，教师提供问题解答和建议性指导，同时观察学生对问题的解决能力。项目实施过程中研究生对遇到的问题要进行循环实践和完善，力求得到最佳的解决效果。
2.3 融入STEAM 教育理念的RS—GIS 的课程教学效果与评价
主要针对学生创新能力和教学改革效果两个方面对课程进行整体教学效果分析。学生创新能力分析主要表现在导向项目中，学生的分工合作创新能力、解决问题的逻辑思维创新能力、项目实施改进的执行创新能力和项目总结展示的技术创新能力。教师的评定要建立在全面了解学生小组在整个导向项目实施过程中的具体步骤、遇到的问题、如何解决以及成果完善情况等综合情况上。图2（p69）是第二班级学生小组导向项目对某地的自然灾害易发性评价结果。
图2 第二班级学生小组导向项目结果：某地的自然灾害易发性评价
教学改革效果分析主要以学生在课堂中的学习状态、课堂接受度和教师教学效率和最终的学生个人能力提升来进行分析评价。对两个班级的研究生进行教学效果分析，调查结果如图3 所示。
图3 两个年级的整体教学效果分析对比图
从调查分析结果来看，融入了STEAM 教学理念的第二个班级整体教学效果较好，整体的学习状态、教学效率以及学生个人能力的提升都比第一个班级高。STEAM 教育理念注入课堂，使学生在听课的过程中能了解到更多学科的知识，提高了学生的学习热情，同时注重培养学生融会贯通的思维，提高了学生的听课效率，从而也提高了教师的教学效率。
3 结语
RS—GIS 课程综合性学科的性质使其能够在融入了STEAM 教育理念后发挥更大的优势。本文通过对两个班级进行同一导向项目的教学指导，发现融入STEAM 教育理念的RS—GIS课堂教学效率更高，同时学生对课堂的热情和学习效果都有所提升，更进一步说明了此次教学改革具有一定的意义。本次课程改革研究的对象较少且STEAM教育理念对课程的融入较为偏向课堂理论授课阶段，希望在今后的教学改革研究中设计更好的理论融入方式，提高研究生的技术创新能力，使学生不仅能在课堂上学到知识，还能将学会的方法思想运用到其他课程的学习过程中。
