基于現象教學法的“GIS常用軟件應用”課程改革

王 莉，景海濤，杜久升

(河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454003)

基于現象教學法的“GIS常用軟件應用”課程改革

王 莉，景海濤，杜久升

(河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454003)

“GIS常用軟件應用”課程為GIS專業的一門專業課程。以“現象教學法”理念為指導，探討GIS專業“GIS常用軟件應用”課程的教學改革，包括教學內容、教學方式、考核方式的改革。實踐表明：采用現象教學法既尊重學生的主體地位、培養學生學習興趣，又提高學生的創新精神和團隊合作意識，通過采用靈活的教學手段和教學內容可以顯著提高教學效果。

現象教學法；GIS；GIS常用軟件應用；改革；教學理念

現象教學法(Phenomenon Method)，即講課前事先確定主題，然后在課堂上圍繞這個主題，將相近的知識重新編排形成融合式的課程模塊，在同一模塊中囊括各種跨學科的知識，以主題貫穿學習，實現跨學科教學。2016年秋季，芬蘭開始“有史以來最激進的教育改革計劃”，廢除傳統學科教學，開展“現象教學”[1]。對于這一改革計劃，包括芬蘭在內的許多國家開展了激烈的討論，這一教育模式是否會成為世界上最流行的教育方式？是否能在各個國家實現？引起各國廣泛的關注。中國的高等教育關注的是以精英培養為目標的，并沒有尊重個體的培養，基于中國現階段的特點，基于現象的教學改革模式更加適合在大學開展。

2016年，教育部《教育部關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見》強調調整優化學科專業結構，推進專業綜合改革，進一步加強高等教育教學改革工作，各個學科專業課程建設引起廣泛的關注[2]。GIS是一門集地理、計算機、遙感和地圖學于一體的交叉學科，具有很強的實踐性，GIS專業的人才不僅要具有深厚的理論基礎，更要具備很強的動手操作能力和創新精神[3-5]。以專業主干課程為中心的、過于專業化的課程體系既束縛了學生的思維，也分離了他們的整體認知，GIS專業課程改革勢在必行。

河南理工大學“GIS常用軟件應用”課程于第六學期開課，讓學生掌握GIS軟件的高級操作及空間分析功能，加深學生對GIS基本原理的認識，提高動手操作能力。作者結合河南理工大學教學實際，運用現象教學法對GIS專業“GIS常用軟件應用”課程進行改革探索，從課堂形式、講授內容、考核方式等方面進行一些列探索。“GIS常用軟件應用”課程為GIS專業的一門專業課程，對激發GIS專業學生對本專業的學習興趣，加深對基礎理論知識的了解具有重要意義，為后續其他專業課程的學習打下堅實基礎。通過“GIS常用軟件應用”學習，使學生較熟練系統地掌握國際主流GIS軟件平臺及其主要功能模塊，提高專業實際操作和應用能力。GIS專業課程包括GIS原理與應用、GIS設計與開發等專業課多數配有實習，實習學時占總課時三分之一，通過基礎知識和實踐課程的學習，同學們已經能夠掌握ArcGIS軟件平臺的基本功能，并能進行簡單應用。所以“GIS常用軟件應用”課程就應該打破原有的教學模式，減少理論課時，增加實踐學時數，在教學中采用現象教學法的教學理念，進行一些列改革。

1 “現象教學法”的教學理念

現象教學法是以社會對人才的需求為高等教育的終極目標，即“堅持理論學習、創新思維與實踐相統一，不斷培養學生服務社會的責任感、勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力”，對于提高人才培養質量，建設創新型國家和人力資源強國，具有重要而深遠的意義。GIS專業課程教學體系構建的目標是“以學生為主，培養學生積極參與性、團隊合作精神和創新性思維”[6]。

1.1 以學生為主的教學理念

現代高等教育的教學理念越來越強調以學生為主，重視學生的發展，激發學生的學習興趣，培養學生的學習主動性和創造性[7-8]。傳統的教學模式、思維方式和課程體系設置方式一定程度上束縛了實踐教學作用的發揮。實踐教學是訓練學生結合所學專業知識，來解決實際應用領域中遇到的GIS專業相關問題，是課堂實習和課程設計基礎上的提高，在授課過程中，教師更應該少講，甚至不講，而是把主動權交給學生，激發學習的主動性，自己動手、自己討論、自己制定實習計劃、自己總結，發現問題并解決問題，教師只是進行適當引導和總體內容的把握。從而培養學生的主動學習的精神、團隊合作精神、組織能力、項目設計能力等。

1.2 提高學生主動參與度

“GIS常用軟件應用”實習過程中應該調動學生主動參與的積極性，從而掌握軟件操作和開發技能。在GIS專業實習之前學生已經熟悉了測量、遙感等數據獲取方法，掌握了GIS軟件的基本功能和擴展功能，做到獨立、快速地使用軟件，加深了對GIS專業理論知識的理解。若能在后續的實習中讓學生主動參與進來，不僅能夠提高學生積極性和動手操作能力，同時也能夠培養學生獨立發現問題、解決問題的能力。

1.3 培養學生團隊合作精神

“GIS常用軟件應用”實習過程中，學生根據自身能力，揚長避短，自行組成小組，明確責任分工，不僅可以成功地完成實習任務，還可以在實習過程中發揮團隊成員優勢，實現小組成員自己的目標，取得具有實用價值的成果；同時在獲得知識過程中還可以培養團隊協作的精神，體驗團隊合作的樂趣，增進同學之間的合作與交流。在課程學習過程中，也尊重了學生的差異性，注重了不同層次學生的個性化培養，各自發揮優勢。

1.4 提高學生創新思維能力

高等教育應該加強學生的創新意識，激發學生研究問題和解決問題的興趣和激情, 只有充分的實踐練習才能激發大學生的創新思維[9-12]。然而，“GIS常用軟件應用”實習過程中更應該創造出培養學生創新型思維的環境，引導學生充分地利用所學知識，創造性地分析和解決問題，在解決問題過程中激發學習興趣。特別是在實習過程中，學生自選題目，自己設計實習內容、實習過程。根據所學專業知識和掌握的軟件操作技能，積極思考、發散思維，體驗創新的艱辛，享受實習的樂趣，應用所學知識解決實際問題。

2 教學內容改革

2.1 教學內容改革

“GIS常用軟件應用”改革增加實踐學時(22學時)，減少課堂教學(10學時)，在有限的課堂理論教學中，應該適當縮減教學內容，增加GIS軟件的高級功能或模塊的應用。GIS專業學生在“GIS原理與應用”課程中已經能夠熟練應用ArcGIS軟件進行空間分析原理與流程，包括：矢量數據空間分析，柵格數據空間分析、網絡分析、三維分析、地統計分析等。在講課過程中增加空間分析模型和建模工具的內容，運用GIS空間分析建立數學模型的過程，包括明確問題-分解問題-組建模型-檢驗模型結果-應用分析結果。包括模型生成器(Model Builder)和Python建模工具的應用，可以利用Python集成開發環境IDLE創建和編輯，在實習過程中應用建模工具進行各種分析，為今后工作打下基礎[15]。例如柵格數據空間分析流程就可以在Model Builder中創建模型，如圖1所示。

圖1 柵格數據空間分析模型

2.2 教學方式改革

傳統的講課方法為課堂講授法，主要優點是傳輸信息量大、重點突出，講授法可以在一定時間內進行大量知識的講解，有利于教學任務的完成。然而傳統的講授方法沒有注重學生的獨立性，無意中剝奪了學生自主學習的權利。

在“GIS常用軟件應用”教學過程中，首先詢問學生的興趣，將學生分組，讓學生自由討論并產生組長，產生想要研究的話題。在小組建立之后，教師詳細介紹實習將開展的工作，包括準備工作，實習注意事項，數據、軟件，實習流程，實習報告編寫要求以及考核方式等。各小組根據指定的實習計劃需要進行需求分析、收集數據，包括遙感影像的下載、社會經濟數據的收集和數據矢量化、格式轉換等內容，并進行可行性分析。為了提高GIS專業學生的遙感和GIS軟件動手操作能力，教師提供相應的指導和資源，學生按規定的時間提交成果和報告。

1)建立實習小組。根據GIS專業人數，由學生自行組織實習小組，每組4-5個人，并指定一名組長，學生依托這個實習小組，參與整個實習過程。課程結束后，各個小組提交實習成果數據(包括各個階段的成果)、實習報告，并進行答辯和成果展示。在小組建立之后，指導教師詳細介紹實習將開展的工作，包括準備工作、實習注意事項、數據、軟件、實習流程、實習報告編寫要求以及考核方式等。

2)小組討論，制定實習計劃。各個實習小組以抽簽的方式確定實習范圍，每個小組分別針對河南省的一個地級市進行數據處理和分析。在確定實習范圍后，根據所選擇的城市的自然、經濟和人文條件，小組成員通過收集資料和討論，制定本小組的實習計劃和實習流程，包括具體的時間安排。例如，有的城市地處山區，就可以主要進行三維分析；有的城市的河流較多，則主要進行水文分析；有的城市旅游資源較多，主要進行旅游資源的網絡分析等；有的城市地處平原，不具有明顯地勢特征，可進行環境污染、礦產資源分析等。指導教師根據各個小組提供的實習計劃分別進行可行性分析和相應的指導，確定最終的實習計劃。

3)收集數據。以小組為單位，分工合作，根據小組實習計劃，對所選擇的區域進行數據收集，包括遙感影像的下載、社會經濟數據的收集和數據矢量化、格式轉換等內容。

4)數據處理與分析。數據處理與分析階段為“GIS常用軟件應用”課程的主要工作，實習內容安排由小組自行安排。為了提高GIS專業學生的GIS軟件動手操作能力，根據小組自定目標確定空間分析方法。

3 考核方式改革

“GIS常用軟件應用”的考核采用過程性考核，以考核學生學習過程為主，主要包括平時考勤(20%)、實習成果(40%)和小組答辯(40%)的方式。實習成果主要包括3個部分：項目報告，個人實習報告以及實習最終成果和各個階段的成果。項目報告主要考核學生項目設計實施是否合理，最終系統是否符合要求；個人實習報告是在小組實習報告基礎上重點突出個人工作的部分。通過提交綜合實習成果，可以確保每個小組成員積極參與到實習的各個階段，發揮所長，提高全體學生參與的積極性和主動性。小組答辯通過一個主要答辯人進行講解，其他小組成員進行補充的方式。答辯后師生共同討論、評判在實習過程中出現的問題、解決問題的方法等。最后根據學生在實習過程中的參與程度、任務完成情況及提交成果等進行評價。通過以上考核方式，真正反映學生的實際動手能力和解決問題能力。盡管對一些同學而言，有一定難度，但基本認同這種系統化的集中實習方式，有助于提升學生的GIS 專業技能。GIS軟件的學習需要長期的摸索才能熟練,除了在課堂上盡可能地給學生更多的時間去操作學習,課后學生可以自主實踐，應用各種網絡教育平臺進行學習，參加各類GIS技能大賽鞏固所學知識。

通過學生提交的成果和與學生座談等方式，對“GIS常用軟件應用”改革所取得的成效進行了調查。總結得出：①實習內容具有一定挑戰性，學生解決問題的能力得到了鍛煉，調動了學生對GIS學習的積極性和主動性；②GIS各類軟件綜合運用的能力有所加強，有利于將來的職業發展；③為希望繼續深造的同學做了鋪墊，提高學生科研水平。

4 結果分析與評價

學生通過“GIS常用軟件應用”，提前預演了選題、收集數據、空間分析、提交成果以及答辯整個過程，提高了他們的綜合能力。這種現象教學方法既增強了學習的積極性和主動性，鍛煉了動手操作能力，又培養了團隊合作精神和創新思維能力，同時也增強了語言表達能力，不僅為畢業設計的順利完成做準備，也為畢業后走向社會打下堅實的基礎。

本文將河南理工大學GIS專業近4年所累積的畢業生成績信息進行抽取。采用多年級數據表合并的方式，保留專業課程和實習課程成績合并成一張數據表。在SQL Server2008中創建學生成績數據庫。應用關聯規則數據挖掘方法研究“GIS常用軟件應用”與其他課程的關系。本文挖掘出了大量的關聯規則，本文篩選出如表1所示的部分具有代表性的關聯規則，將有利于本研究目標的決策支持。關聯規則數據挖掘的結果是以規則的形式表達，每一條關聯規則都有相應的概率(列2)、重要性(列3)、規則的前件(列4和列5)、規則結果(列6)。

從表1各專業課與“GIS常用軟件應用”的關聯關系可以看出程序設計類課程高級語言程序設計和面向對象程序設計對“GIS常用軟件應用”課程成績影響較大。這說明GIS專業與計算機程序設計關系密不可分，GIS的畢業生不僅要具有測繪、遙感等專業知識還要具有一定軟件應用和二次開發能力。

表1 各專業課與GIS軟件應用課程關聯規則挖掘的部分結果

5 結束語

現象教學法這一教學理念旨在培養學生勤于思考、交流、表達能力和對個人規劃的能力等。在推廣“基于現象的教學”的同時，傳統理論知識教學內容會相應減少，只保留關鍵性內容。現象教學法有助于培養大學生愉悅的情緒、團隊合作精神，可以充分挖掘學生潛力。

河南理工大學GIS專業在專業課程設置中進行了一系列改革和探索，實踐課程課時逐漸增加，由2010年的21%增加到2016年的33.15%，逐漸形成課堂實習、野外實習、課程設計、集中實習、綜合實習和畢業實習6個方面的全方位、立體式、不間斷的實踐課程體系。在實踐內容上，根據課程特點，建立課堂實習、綜合實習、創新設計實習等“多層次”的實習形式，構建理論驗證、軟件操作、設計開發、創新應用 “多級”的實驗內容。

[1] 新華網.芬蘭基礎教育將全面推廣“現象教學”[EB/OL][2016-11-24].http://news.xinhuanet.com/world/2015-03/26/c_1114771455.htm,2015-03-26.

[2] 中華人民共和國教育部. 教育部關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見[EB/OL][2016-11-11]. http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201607/t20160718_272133.html,2016-07-04.

[3] 鄭貴洲,趙雷.地理信息系統(GIS)專業實踐教學系統構建[J].測繪科學,2010,35(5):250- 253.

[4] 郭慶勝,蔡忠亮.“GIS工程設計”的實驗教學模式研究[J].測繪工程,2016,25(9):77-80.

[5] 鄭貴洲,王琪,晁怡,等.GIS專業人才培養的實踐教學體系構建[J].測繪科學,2014,27(9):148-152.

[6] 亢孟軍,翁敏, 萬幼.GIS專業學生地理素養的培養模式[J]. 測繪工程,2016,25(7):78-80.

[7] 劉慧平,白穆,穆曉東.實踐以學生為本的地球科學實習課程教學理念[J].中國大學教學,2010(1):70-71.

[8] 肖洪,代翔宇.地理信息系統專業實踐教學模式改革研究：以“GIS軟件及其應用”課程為例[J].測繪與空間地理信息,2012,35(2):1-7.

[9] 趙彬彬,熊旭平,戴全發,等.地理信息交叉學科大學生科技創新能力培養：以測繪工程專業為例[J]. 測繪工程,2016,25(6):76-80.

[10] 楊金玲,曲建光,曹先革.基于應用技術型大學戰略轉型的GIS實踐教學體系構建[J]. 測繪工程,2015,24(2):78-80.

[11] 劉冰,郭加書,盧秀山. 改革實踐教學體系,造就GIS卓越工程師[J].測繪科學2014,39(3)：153-156.

[12] 胡紅,賴鑫生.基于ArcGIS和Python集成開發可達性分析工具的研究[J]. 測繪工程,2016,25(11):43-49.

[責任編輯：張德福]

The curriculum reform ofGIScommonsoftwareapplicationbased on phenomenon method

WANG Li, JING Haitao, DU Jiusheng

(School of Surveying & Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

GIScommonsoftwareapplicationis a professional course of GIS professional. This paper uses the phenomenon method concept as a guide, exploring “GIS common software application” course teaching reform from Henan Polytechnic University, including teaching content, teaching methods, and assessment methods. The result shows that the phenomenon of reform of teaching method is to respect the dominant position of students, cultivate interest in learning, and improve students’ innovation spirit and team cooperation consciousness, which can improve the teaching effect of teaching methods and flexible teaching content.

phenomenon method; GIS; GIS common software application；reform; teaching philosophy

引用著錄：王 莉，景海濤，杜久升.基于現象教學法的“GIS常用軟件應用”課程改革[J].測繪工程，2017，26(6)：71-74，80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.06.013

2016-08-29

河南理工大學教改重點項目(2015JG021)

王 莉(1981-)，女，講師，博士.

G642.0

A

1006-7949(2017)06-0071-04