地理信息系統(tǒng)線上實踐教學模式探究

□韋 娟 劉乃安 付衛(wèi)紅 李曉輝

2020年春季，受疫情影響，地理信息系統(tǒng)(GIS)課程全面啟動了網(wǎng)上授課模式，對理論教學和實踐教學提出了新的挑戰(zhàn)和機遇[1]。結(jié)合多年的實踐探索經(jīng)驗及空間信息新技術(shù)和新應(yīng)用，特別是在新工科、智能化、大數(shù)據(jù)背景下，以專業(yè)人才培養(yǎng)需具備工程基礎(chǔ)、應(yīng)用能力為目標，將本專業(yè)先進的知識融入前沿應(yīng)用領(lǐng)域，探索地理信息系統(tǒng)線上教學策略與模式。

一、教學策略與模式

地理信息系統(tǒng)是一門技術(shù)和實踐性強的課程，對于學生熟練掌握GIS基本技能操作，構(gòu)建GIS技術(shù)系統(tǒng)知識體系，解決實際工程問題至關(guān)重要。以往的實踐教學主要是以教師為中心面對面進行課堂基本理論授課，然后在實驗室通過步驟操作進行實踐，訓練學生掌握GIS數(shù)據(jù)的生成，空間數(shù)據(jù)的處理，地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理等能力[2～4]。而在線上教學中，教師采用以學為主的教學模式，理論知識與實踐實驗相結(jié)合的教學內(nèi)容，結(jié)果評價和過程評價相結(jié)合的教學評價方式。形成了GIS課程混合實踐教學新模式，如圖1所示。

圖1 GIS混合實踐教學新模式

二、課堂教學

(一)教學資源與學習支持。在線上教學過程中基于教務(wù)平臺進行課程建設(shè)。上傳課程大綱、章節(jié)課件、作業(yè)、電子版教材等資源，及時在平臺發(fā)布相關(guān)通知。通過建立學習討論區(qū)，增強師生之間、學生之間的交流互動，以便于及時了解學生的學習狀態(tài)，進而調(diào)整教學內(nèi)容，完善課程信息化建設(shè)及管理。通過教務(wù)平臺和建立的班級QQ群進行疑難解答，根據(jù)學生反饋的問題，更新相關(guān)知識點的釋疑。通過課堂教學實踐和各授課平臺的逐步完善，最后選用騰訊課堂進行基本理論知識授課，采用騰訊會議進行現(xiàn)場指導和答辯，實現(xiàn)板書、視頻與PPT有機結(jié)合，確保了線上授課與線下教學相當?shù)慕虒W質(zhì)量，獲得了良好教學效果。

(二)專業(yè)課程與思政育人緊密結(jié)合。線上教學期間，以課程改革為平臺，將專業(yè)教育與思政育人緊密結(jié)合[5]，通過開展“課前和課間思政”，不僅讓學生對自己專業(yè)的應(yīng)用前景有更深入了解，更關(guān)鍵的是能夠幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，提高學生的社會使命感和主人翁意識。在第一次課堂教學時，提出了兩個問題：誰是疫情期間最可愛的人？在當前的“新型冠狀病毒”疫情下，GIS技術(shù)能做什么？學生踴躍發(fā)言，課堂上給出了多種可行方案。更可喜的是學生在課后通過查閱資料，從GIS為疫情指揮決策提供綜合信息平臺，為疫情管理快速制出疫情時空分布圖、疫情趨勢發(fā)展圖表及重點地區(qū)疫情圖、風險圖等，為疫情信息可視化展示，疫情監(jiān)測與追蹤，疫情影響因素分析等方面給出了更為詳細的方案，為后期實踐學習奠定了良好的基礎(chǔ)[6～7]。

通過結(jié)合專業(yè)知識和疫情形勢，分析GIS技術(shù)發(fā)展的國情，引導學生認識和把握時代特征，將思政元素融入GIS專業(yè)實踐課堂，讓學生從個人出發(fā)做好GIS學習規(guī)劃，激發(fā)了學生上課的積極性和學習能動性。從而推動GIS專業(yè)知識教學與思想政治教育緊密結(jié)合、增強新時代青年的國情意識和社會責任感。

(三)啟發(fā)式教學案例。GIS是一門實踐性很強的核心專業(yè)課[8～10]，因此對于GIS課程教學而言，需將實際操作和實踐能力提升貫穿于整個教學過程中。在線上教學時，基于GIS大數(shù)據(jù)特點，引入云計算、邊緣計算、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，啟發(fā)學生積極思考和探索新技術(shù)和GIS的結(jié)合。在實踐課程中，將科研工作中的部分內(nèi)容作為綜合實驗進行實踐，極大調(diào)動了學生的主觀能動性，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力。如選題“霧霾探測系統(tǒng)”組的同學，將軟件與硬件結(jié)合，前端與后端結(jié)合，通過網(wǎng)關(guān)、空氣檢測模塊、通信模塊及云服務(wù)器實現(xiàn)了霧霾指數(shù)的探測(圖2)，在疫情期間，不方便外出，學生用吹風機檢測溫度的變化，用電位器檢測有毒氣體和空氣質(zhì)量。

圖2 霧霾探測演示系統(tǒng)

三、教學成效

(一)學生成績評定與反饋。成績評定通過課堂討論、課堂練習、課后作業(yè)、分組討論、基礎(chǔ)實驗等過程考核，全方位采集學生學習數(shù)據(jù)，對教學方法、教學內(nèi)容能夠及時進行調(diào)整，進而提高教學效果。

實驗內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗兩部分，基礎(chǔ)性實驗是按照步驟進行理論課內(nèi)容的驗證，讓學生熟悉GIS軟件的基本操作，包括地理數(shù)據(jù)的瀏覽，空間屬性庫建立，影像配準與矢量化，空間分析等。

綜合性實驗是學生通過自行組隊選題-查閱文獻-總體方案制定-分模塊實施-線上答辯等幾部分完成。線上答辯的情況大大出乎意料，可以看出學生從“結(jié)果展示-現(xiàn)場匯報-回答問題”的每個環(huán)節(jié)都進行了精心準備和考究。如選題“校園道路路燈智能控制”組的同學針對目前學校路燈控制系統(tǒng)采用配電箱定時器控制路燈的開關(guān)時間問題，根據(jù)校園晚上的人流量，校園不同區(qū)域的路燈與景觀燈應(yīng)分時段點亮熄滅，結(jié)合學校校園路寬、人流量、車流量、日照等因子給出校園路燈智能照明解決方案，并設(shè)計了微控制探測單元(圖3)。

圖3 校園路燈智能微控制探測單元

(二)改進考核方式。考核方式結(jié)合線上教學、課后作業(yè)、課堂討論、基礎(chǔ)和綜合實驗、期末考試等多種形式，在教學過程中督查學生學習情況，有效避免了“課堂講授、課后作業(yè)、期末考試”三部曲下的突擊式學習[11～12]。

通過線上教學過程中的課堂互動和練習進行過程考核，將科研和新技術(shù)融入實踐教學開展開放式課堂，提高學生的知識應(yīng)用能力。最終的實踐考核是根據(jù)學生的基礎(chǔ)和綜合實驗的設(shè)計報告、各模塊完成情況和線上答辯綜合考核。此外，在答辯中還加入開放性題目，考察學生線上研討課和實踐環(huán)節(jié)的實施效果，學生可以在條件不完備、結(jié)論不確定、思路多樣化的解題過程中進行發(fā)散性思考。進而調(diào)動了學生的主觀能動性，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力，也從根本上杜絕了相互抄襲現(xiàn)象，能夠反映學生的真實情況。

四、結(jié)語

GIS在線課程的教學過程中，教師應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，重視案例教學、啟發(fā)式教學，通過實踐環(huán)節(jié)，使得學生進一步理解理論課知識，學會如何利用理論知識解決實際生活中的復雜工程問題，提高學生綜合應(yīng)用相關(guān)知識的能力。通過實踐也可使學生對科學研究的全過程有一次切身的體會，學會查閱資料，針對實際工程問題進行總體方案設(shè)計、詳細設(shè)計、程序?qū)崿F(xiàn)及報告撰寫等，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度及作風。該課程主要針對空間信息專業(yè)的學生，綜合實驗內(nèi)容獲得一定成效后，可用于學校的B級實驗達標測試、課程設(shè)計中。此外，結(jié)合其他專業(yè)的特色，該教學模式可推廣至其他學科的實驗實踐環(huán)節(jié)，具有很好的推廣示范作用。