新工科建设背景下基于OBE理念的水文专业GIS课程教学改革探索

［摘 要］文章介绍了基于OBE理念的水文专业GIS课程教学改革方法。通过明确学习成果、优化课程内容、创新教学方法与手段、建立教学评价与反馈体系、持续改进，体现了以学生为中心、以成果为导向的教学理念，符合我国新工科建设的要求。未来，需继续探索创新教学模式，以适应行业需求和人才培养要求。

［关键词］GIS课程；OBE理念；新工科；教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）18-0070-05

近年来，科技发展日新月异，社会需求不断变化，传统工科教育模式已难以适应新时代的发展需求。为此，教育部提出了新工科建设的重要举措，旨在推动工科教育与产业需求紧密结合，为科技创新和社会进步贡献力量。

在新工科建设背景下，地理信息系统（Geographic Information Science，GIS）作为一门交叉学科，具有特殊的教育意义和重要性。GIS涉及地理学、计算机科学、空间科学、遥感科学等多个学科的知识和技术，具备跨学科整合的特点。同时，GIS作为一门实践导向的学科，强调实际应用与问题解决，因此GIS课程的实践教学与项目实践至关重要。此外，GIS技术的广泛应用及其与社会问题的紧密关联，为学生提供了丰富的实践平台与知识拓展机会。

一、非GIS专业GIS课程教学的传统模式和存在的问题

在非GIS专业本科教学中，受学时限制，传统GIS课程常采用两种教学方式：一是以概论形式授课，因学生基础薄弱、兴趣不足，纯理论教学容易导致理论与实践脱节、知识点冗杂、缺乏实际应用等问题，使学生产生“学而无用”的错觉，与新工科教育理念相悖。二是直接以教授操作技能为主，偏向GIS软件的基本操作，忽略理论基础，导致学生缺乏GIS应用理论支撑，难以在简单操作的基础上自主进行拓展学习，从而无法满足专业对信息获取、分析评价等能力的要求。

传统GIS课程主要体现了理论讲授为主、案例分析为辅、考评形式单一的特点，不够重视学生应用能力的培养，难以通过评估学生的实践能力和综合素养来持续改进教学。

二、GIS技术的发展对传统GIS课程的影响

随着信息技术的飞速发展，GIS技术在数据采集、存储、分析及可视化方面取得了显著进步，并广泛应用于各行各业。未来，随着技术的不断发展，GIS技术的创新与应用将持续深化。一方面，GIS技术将与物联网、区块链等前沿技术深度融合，实现数据获取、处理及应用的智能化与自动化。另一方面，GIS技术应用领域将广泛延伸至智慧水利、数字城市等行业领域，为社会进步和人类生活品质的提升注入新动力。在新工科建设背景下，GIS技术正引领地理信息科学迈向新高度，其不断进步与广泛应用预示着GIS将在未来发挥更为关键的作用，成为推动社会全面进步与发展的重要力量。

GIS技术的发展对GIS课程教学提出了新的挑战与要求。首先，传统教学模式亟须创新。在新工科建设背景下，GIS课程应强化学生跨学科思维与工程实践能力的培养，引入更多工程实践案例，促进与计算机科学、地理学、水利工程等学科的交叉融合，以深化学生对GIS技术实际应用的理解。其次，课程内容与教学方法应与时俱进，紧跟GIS技术发展步伐，引入云计算GIS、三维GIS、时空GIS等前沿技术，并配套最新数据处理方法与分析方法，确保学生掌握最新技能，激发其创新能力。再次，构建全面评价体系是提升教学质量的关键。例如，建立包含项目实践、课程设计、论文撰写等多元化考核方式的教学评价体系，以全面评估学生的综合素养与能力。最后，加强国际交流与合作，引入国际先进的GIS教育理念与资源，提升课程的国际化水平，有助于学生把握国际GIS技术动态，增强其竞争力。

综上所述，在新工科建设背景下，GIS技术发展对传统GIS课程的影响与需求日益多元化。为顺应这一变革趋势，GIS课程亟须改革与创新，以培养具备跨学科思维和工程实践能力的GIS专业人才。

三、基于OBE理念的GIS课程教学改革方法与策略

OBE（Outcome⁃Based Education）理念是基于学习产出的教育理念，以学生为中心，以成果为导向，注重培养学生的实践能力和问题解决能力。而新工科建设强调培养具备创新能力、团队合作能力和实践技能的工程人才，两者在核心理念上高度契合。引入OBE理念，能够更有效地培养出符合现代社会需求和产业发展趋势的工程人才。基于OBE理念的教学模式不仅关注学生专业技能的培养，还重视跨学科、跨专业的交流与合作，鼓励学生参与多元化的实践活动和项目，从而全面提升学生的综合素养和跨学科思维能力。OBE理念指导下，通过制定跨学科的课程目标和学习任务，能够进一步激发学生的创新精神，为他们的未来发展奠定坚实基础。

（一）面向产出的教学内容优化

OBE理念的核心在于明确学习成果，即明确学生完成课程学习后应达到的能力水平、知识掌握程度及理解深度。基于此，教师可以采用反向设计教学策略，紧密围绕学习成果组织教学内容，深度融合理论与实践，以促进学生的全面发展。教学中增设实践环节，使学生能够将理论知识有效应用于实际情境中，从而培养其实践能力和问题解决能力。遵循OBE理念的反向设计、正向实施原则，制定明确的课程目标并优化教学内容。在理论教学环节，除地理信息系统基本理论外，精选与学生专业紧密相关的GIS应用实例作为教学案例，通过讲解项目设计与方法，引导学生结合实际应用需求自主学习，增强学习的针对性和实用性。同时，增设应用综述论文写作环节，以拓宽学生的视野，提升其自主学习与知识拓展能力。在实践教学环节，采用循序渐进的方式，先教授GIS软件基础操作，然后结合专业应用实例设计实践任务，鼓励学生分工合作，以激发学生的学习热情，提高其创新意识和团队协作能力。

针对GIS课程特点，将水文专业人才培养方案中的培养目标细化为三大维度，即知识与技能、能力、素养，并明确具体目标以指导教学内容与方法的设计（见表1）。

（二）教学改革的实施与效果评价

基于OBE理念的反向设计原则，教学改革的实施步骤如下：明确学习成果、优化课程内容、创新教学方法与手段、建立教学评价与反馈体系及持续改进。

1.明确学习成果

根据专业及课程特点，明确学习成果，即学生在完成课程学习后应达到的具体知识与技能、能力及素养目标，这些目标紧密对接行业需求、专业标准和学生个人发展目标，作为整个教学设计的出发点。

新工科建设强调工程教育与行业发展的紧密结合，致力于培养能适应行业发展的高素质人才。GIS作为多领域交叉的学科，技术日新月异，因此紧跟行业发展趋势设计实践项目显得尤为重要。以水利行业的“智慧水利”为例，设计“数字流域特征提取”实践项目。在此项目中，学生将运用GIS的前沿工具与技术，对流域内的地形、地貌、水文、生态等特征进行数字化表达与提取，并广泛应用于水资源管理、洪水预测、生态修复等领域，为智慧水利的发展提供有力的数据支撑。下面以“数字流域特征提取”实践项目为例，详细介绍其对应的课程目标（见表2）。

多元化的教学评价是从知识掌握、技能提升、学习兴趣与态度、综合素养及教学效果反馈等维度，对教学活动进行全方位评估，是推动教学改革持续推进的关键环节。多元化、多维度的评价体系能够全面且准确地反映学生的学习成效和教师的教学效果，为教学改革提供有力的数据支撑。通过对评价结果的深入分析，可以明确教学改革的方向和目标，使教学改革更具针对性和实效性。

2.优化课程内容

根据学习成果要求，优化课程内容，确保全面覆盖核心知识点与技能。在学时分配上，采用理论与实践教学1∶1的比例，强调二者的紧密结合。在理论教学上，内容涵盖了GIS的基本概念及应用范畴、地理空间数学基础、空间数据结构特点、空间数据库概述、空间数据采集处理的基本方法、GIS基本空间分析原理及方法等。在实践教学上，紧密围绕理论知识点展开，包括数据获取、拓扑编辑处理、地图投影变换、制图显示输出、空间分析基本方法（如叠加分析、缓冲区分析等）、空间分析综合练习（如选址分析、适宜性建模分析、水文分析、数字流域特征提取等）等环节。此外，精心选取洪水风险评估分析、水资源优化配置决策支持、河流地貌分析等教学案例，以提升学生的综合应用能力和解决实际问题的能力。

3.创新教学方法与手段

根据学习成果要求，采用多元化的教学方法与手段，如课堂讲授、案例教学、项目驱动、小组讨论、综述论文撰写、单元测试等，以充分激发学生的学习兴趣与积极性。具体而言，课堂讲授主要支撑 “知识与技能” 方面培养目标；案例教学主要支撑“素养”方面培养目标；项目驱动主要支撑“能力”方面培养目标；小组讨论和综述论文撰写主要支撑“能力”和“素养”方面培养目标；单元测试对学生知识与技能的掌握有促进作用，并对教学单元有评价反馈作用，有助于教师及时调整与补充教学内容。在实施不同教学方法的过程中，教师要注意与学生互动，鼓励学生积极提出问题并探索解决方案，以营造更加活跃和高效的学习环境。

4.建立教学评价与反馈体系

建立多元化的教学评价体系，包括平时成绩、实验成绩、项目成绩和期末考试成绩等多个维度，以全面评估学生的学习表现，并及时给予反馈和指导。同时，鼓励学生自我评价和互相评价，提高自我认知和团队协作能力。对教师而言，评价包括学生评教和同行评价，通过问卷等形式收集反馈，以持续提升教学质量，实现教学相长。

5.持续改进

根据教学评价结果与学生反馈，不断优化课程内容和创新教学方法，确保教学质量持续提升。GIS课程教学改革实施流程如图1所示，该课程多元化、多维度的评价体系内容如表3所示。

此外，通过综合评估学生成果、学生满意度、教学质量及毕业生就业情况，全面衡量改革效果，为GIS课程的持续改进提供有力支撑。

基于OBE理念的GIS课程教学改革旨在提高学生的实践能力和职业素养，确保其能够满足行业需求，并达成个人发展目标。通过明确学习成果、优化课程内容、创新教学方法与手段、建立多元化的教学评价与反馈体系以及持续改进，能够高效地实现教学改革目标。

四、结语

（一） 教学改革总结

在新工科建设背景下，云南农业大学水利学院水文专业的GIS课程教学改革取得了显著成效。通过引入OBE理念，秉持以学生为中心、成果为导向的原则，注重培养学生的实践能力和综合素养，从明确学习成果、优化课程内容、创新教学方法与手段、建立多元化的教学评价与反馈体系、持续改进等方面进行了教学改革。

第一，根据OBE理念的要求，对GIS课程的教学内容进行了优化与更新。课程内容既全面覆盖了GIS的基本理论与原理，又融入了丰富的GIS应用案例，显著提升了教学的针对性和实用性。

第二，采用了多元化的教学方法与手段，包括项目驱动、小组讨论、案例分析等，有效激发了学生的学习兴趣与积极性。通过增设实践环节，让学生在实践中理解和掌握GIS知识，提高了学生的实践能力和问题解决能力。这种多元化教学不仅满足了学生多样化的学习需求，促进了学生综合能力的全面发展，而且推动了教学方法与手段的创新，构建了更加和谐的师生关系。

第三，建立了教学评价与反馈体系，实施多元化、多维度的评价机制。除传统作业与考试外，还增加了实践项目、小组讨论、课堂表现、综述论文等多种评价方式，以全面评估学生的知识掌握与实践能力。完善的评价体系不仅能够指明教学改革方向、促进教学方法创新、强化师生互动交流、提高教学质量监控水平、促进教师自我提升与发展，而且能形成持续改进的良好氛围，为教学改革的长期稳定发展提供有力保障。

（二）教学改革启示

第一，教学改革应始终以学生为中心，关注学生的个性化需求与兴趣，注重培养学生的实践能力和综合素养。

第二，GIS是一门实践性很强的学科，教学改革应增加实践环节，让学生在实践中学习和掌握GIS知识。

第三，教师应采用多元化的教学方法与手段，以激发学生的学习兴趣和积极性，进而提升教学效果。

第四，建立教学评价与反馈体系是教学改革的重要环节，应注重评价方式的多元化，以确保全面、准确地评估学生的知识掌握程度与实践能力水平。

（三）存在的问题及进一步研究方向

第一，当前GIS课程教学中存在软件和硬件资源不足的问题，制约了实践教学的深入发展。因此，亟须加强GIS课程教学资源的建设，如引进先进的GIS软件和硬件设备、建设GIS实验室等，以充分保障实践教学的顺利进行。

第二，部分学生对GIS课程缺乏学习兴趣和动力，参与度不高，影响了教学效果。为此，可采取多种途径，如组织GIS竞赛、开设GIS选修课程等，以激发学生的学习兴趣，提高学生的积极性和课堂参与度，进而提升教学效果。

第三，优化GIS课程体系，强化与其他相关专业的交叉融合，以提高课程教学的针对性和实用性。同时，积极探索并实践线上线下相结合的教学模式，以进一步增强教学效果，提升学生的学习效率。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 夏宇，徐健，罗津，等.新工科背景下GIS专业课程混合式教学模式研究[J].高教学刊，2022，8（33）：1-4.

[2］ 孙春玲，孙立晓.新工科建设驱动下工程造价专业高等教育认证存在的问题及发展进路研究[J].黑龙江高教研究，2023，41（2）：155-160.

[3］ 安静，陈勇，王树丽，等.基于成果导向理念的农业标准化体系实验课程改革与实践[J].安徽农业科学，2022，50（21）：273-275.

[4］ 张广兵，董发勤，谢鸿全.成果导向教育模式之溯源、澄清与反思[J].黑龙江高教研究，2021（5）：12-15.

[5］ 何丹，孟斌，杨婷，等.《GIS 空间分析》课程教学创新实践探索[J].地理空间信息，2023，21（8）：137-141.

[6］ 许璟，汪婷婷.非地理信息系统专业GIS课程教学改革研究：以城乡规划专业为例[J].池州学院学报，2021，35（3）：123-125.

[7］ 冯徽徽，邹滨，周晓光，等.工程教育专业认证背景下GIS课程教学改革探索[J].测绘地理信息，2022，47（4）：155-158.

[8］ 陈伟强，马月红，蔡恩香，等.面向高阶性学习的农业院校GIS课程建设[J].高教学刊，2022，8（27）：79-82.

[9］ 王成芳.提升学生创新能力的GIS教学改革与实践[J].高等建筑教育，2020，29（5）：89-95.

[10］ 王永志，余梦柔.面向工程教育认证的“GIS 原理及应用”课程教学OBE模式改革研究[J]. 测绘与空间地理信息，2021，44（8）：18-21.

［责任编辑：梁金凤］