STEAM 理念助力研究生RS—GIS 技術創新能力提升的改革探索

盧 震，農燕飛，劉夏君

（貴州民族大學建筑工程學院 貴州 貴陽 550025）

1 相關概念以及國內外研究現狀

1.1 STEAM 教育理念

STEAM 是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Art（藝術）和Mathematics（數學）五個英文單詞的縮寫。通過引入和實施STEAM 教育理念，可以提高學生的多項能力，有助于培養創新型人才[1]。美國是最早提出STEM 教育理念的國家，很多地區都開展了相關的課程和項目，并取得了一定的成效[2]；國內近年來也開始重視STEAM 教育，開展了一系列試點項目。隨著STEAM 理念的不斷發展，諸多新元素也融入其中，學者們提出了STEAM+、STREAM 等新理念[3]。STEAM 教育促進了學生創新思維能力和團隊協作意識的提升。通過STEAM 教育培養出來的人才，也更具備適應社會的能力[4]。但是，對于如何有效地實踐STEAM 教育，還需要進一步的研究和探索。

1.2 RS—GIS 課程教育

我國的RS—GIS 課程教育旨在培養研究生對于遙感（Remote Sensing）和地理信息系統（Geographical Information System）的理解和技術實踐能力。通過RS—GIS 課程教育，學生可以學習到如何使用遙感和GIS 技術獲取、處理和分析地球表面的信息，并將其應用于自然資源研究等領域[5]。這些技能對于研究生未來從事相關領域的工作具有非常重要的意義。但是如何提高研究生的RS—GIS 技術創新能力，如何保持研究生對該課程的熱情和投入，如何提高教師的教學效果等一系列問題仍然需要探索解決[6]。

2 STEAM 理念助力研究生RS—GIS 課程教學

2.1 在RS—GIS課程中融入STEAM 教育理念的具體分析

RS—GIS 課程的學科綜合性較強，知識覆蓋面廣，以單個學科分開授課難度較大，故在當前課程探索中應以工程項目為導向，結合其他四個方面的教育理念同時培養研究生的創新技術能力。基于此，課程組通過對課程教學內容的分析和對研究生個人學情的綜合調查分析，合理引入STEAM 教育理念內容如表1 所示。基于表1 的具體內容分析了RS—GIS 課程，并設計流程如圖1 所示，以工程項目為導向，分為四個部分：主題確定、小組合作方案設計、工程項目的實施以及是否需要改進項目。通過這四個部分分析清楚在建工程的具體情況，為課程的實施提供可行性。同時教師在這四個方面注重研究生設計、實施、總結、展示能力的提升，最后對整個課程所實施的研究生導向項目進行分析評價與反思。

圖1 RS—GIS 課程設計流程圖

表1 STEAM 教育理念融入RS—GIS 課程的具體內容

2.2 融入STEAM 教育理念以導向項目為中心的課程設計實施

2.2.1 課程實施過程簡要分析

以課程設計中的導向項目為中心，對兩個班級的研究生進行同一個項目的教學，第一個班級的研究生采用傳統教學方式。第二個年級的研究生采用融入STEAM 教育理念的形式進行教學。每個班級的研究生人數均為八人，每個小組人數為兩人，共四組。導向項目要求研究生自行選用數學模型并結合相關的RS—GIS 技術分析某地的地質條件和降雨量等因素，以此為基礎對此區域的自然災害風險易發性進行評估。本課程共進行12 周，1—4 周主要以課程基礎知識的講授為主，5—8 周則以相關軟件操作及軟件理論介紹教學為主，9—12 周研究生要完成所分配的項目，具體教學安排如表2：

表2 課程教學內容安排

2.2.2 以項目為導向的課程實施過程分析

教師確定項目題目為：利用RS—GIS相關技術進行某地區的自然災害易發性評價。研究生要依據此信息構思技術路線，確定數學模型方法，并運用RS—GIS 技術進行易發性評價。數學模型方法的確定是以解決此問題為中心，通過改進已有模型來提出新的方法。

小組之間根據個人優勢進行合理分工，合作對導向項目進行初步安排，主要從查閱可使用的模型方法、相關數據的獲取和處理、模型方法如何適用、項目結果評估驗證、最終對項目結果的出圖展示以及最后對項目的總結匯報六大方面進行分工。這六大方面體現了STEAM 教育理念，在收集模型方法部分要充分理解原理；數據獲取和處理以及評價結果的驗證體現了研究生的信息獲取和處理能力；模型方法的使用與改進則體現了數學思維；評估結果的出圖層面則是對研究生的技術和藝術審美方面的考核。

小組之間在課堂上按照分工推進項目實施，教師提供問題解答和建議性指導，同時觀察學生對問題的解決能力。項目實施過程中研究生對遇到的問題要進行循環實踐和完善，力求得到最佳的解決效果。

2.3 融入STEAM 教育理念的RS—GIS 的課程教學效果與評價

主要針對學生創新能力和教學改革效果兩個方面對課程進行整體教學效果分析。學生創新能力分析主要表現在導向項目中，學生的分工合作創新能力、解決問題的邏輯思維創新能力、項目實施改進的執行創新能力和項目總結展示的技術創新能力。教師的評定要建立在全面了解學生小組在整個導向項目實施過程中的具體步驟、遇到的問題、如何解決以及成果完善情況等綜合情況上。圖2（p69）是第二班級學生小組導向項目對某地的自然災害易發性評價結果。

圖2 第二班級學生小組導向項目結果：某地的自然災害易發性評價

教學改革效果分析主要以學生在課堂中的學習狀態、課堂接受度和教師教學效率和最終的學生個人能力提升來進行分析評價。對兩個班級的研究生進行教學效果分析，調查結果如圖3 所示。

圖3 兩個年級的整體教學效果分析對比圖

從調查分析結果來看，融入了STEAM 教學理念的第二個班級整體教學效果較好，整體的學習狀態、教學效率以及學生個人能力的提升都比第一個班級高。STEAM 教育理念注入課堂，使學生在聽課的過程中能了解到更多學科的知識，提高了學生的學習熱情，同時注重培養學生融會貫通的思維，提高了學生的聽課效率，從而也提高了教師的教學效率。

3 結語

RS—GIS 課程綜合性學科的性質使其能夠在融入了STEAM 教育理念后發揮更大的優勢。本文通過對兩個班級進行同一導向項目的教學指導，發現融入STEAM 教育理念的RS—GIS課堂教學效率更高，同時學生對課堂的熱情和學習效果都有所提升，更進一步說明了此次教學改革具有一定的意義。本次課程改革研究的對象較少且STEAM教育理念對課程的融入較為偏向課堂理論授課階段，希望在今后的教學改革研究中設計更好的理論融入方式，提高研究生的技術創新能力，使學生不僅能在課堂上學到知識，還能將學會的方法思想運用到其他課程的學習過程中。