地理信息系统GIS精品课程

鉴于GIS技术的快速发展，我们对传统的课堂教学模式进行了较大的改革。课程教学模式设计以工学结合为切入点，将真实的项目案例融入教学中，以职业岗位典型工作任务——地理信息系统GIS数据生产与技术服务工作过程来序化教学内容，设计学习情境，运用多种教学方法和各种教学手段来实现课程教学目标。课程教学中采用了“工学结合”、“项目导向”、“任务驱动”、“理实融合”、“教学做一体化”、“问题牵引”、“多重循环”等方法，最终实现课程设计“以工程项目为主线、项目实战为载体，职业岗位能力与素质培养贯穿整个教学过程”的理念，如图1和图2所示。项目实战素材来自于企业项目和教师科技服务项目，突出课程内容与岗位要求的对接，学生的学习过程即是工作过程，使学生在校学习与实际工作保持一致。

引入具有代表性的企业工程项目和教师的科技服务项目（近五年来，课程组教师承担的与GIS直接相关的厅级以上科研项目13项）作为典型GIS项目案例，紧扣GIS课程应解决的实际应用问题，对项目的需求进行详细的分析、解剖和任务分解。最终，将各个具体的GIS工程项目分解成几个独立的工作任务和功能单元，并将任务布置给学生，让学生带着任务深入到课程中去，随着课程的开展来解决一个个的任务，最终完成项目任务，实现项目目标。完成各GIS任务单元的过程，就是学习和应用GIS技术和技能的过程。教学过程中由教师和企业工程师讲解关键技术的实现，然后由学生实现相应的GIS功能。通过真实项目的分析、理解和功能实现，提高了同学们对GIS知识点的应用和GIS功能的理解，有助于提高学生的学习兴趣，并掌握相应的岗位技能。引入的实战项目以仿真企业GIS项目组的形式进行，每个项目组配备一名由学生担任的项目经理，项目组成员完成不同的任务，承担不同的项目角色。项目经理负责项目的组织、实施、协调工作，定期召开小组会议，进行技术研讨、进度控制。教师全程跟踪指导直至项目实战尾声，教师作为用户身份验收项目。以此重点培养学生良好的职业素质及职业习惯。

将课堂搬到内仿真型GIS实训基地、校内外生产型GIS实训基地以及校企共建的学生工作室进行，开展“理实融合、教学做一体化”的教学，提高学生的认知效率和实践能力。教师采用边讲解、边演示、边实践、边指导的现场教学法，做到教、学、做合一，理论与实践一体化。GIS基础理论学习和上机实训相结合，GIS应用技术的理论学习和阶段项目实训相结合，GIS工程技术的理论学习和GIS工程项目实战相结合，拓展知识的理论学习和顶岗实践相结合，真正做到了“教中学，学中做”。通过教学做一体化，达到了举一反三，灵活应用的目的。

鼓励学生进行“工学结合”，到企业去参加实际工程项目，了解企业实际需求，培养学生实践动手能力和岗位职业能力。同时，吸收大量学生参加教师的科研和社会服务项目。2006年我们与两家深度合作的企业创建了“西软-伟特”工作室、“东旭”学生工作室、“BIC”学生工作室（Believe I Can，简称BIC），杭州西软电子有限公司、杭州聚道科技有限公司将项目注入工作室，学校提供工作室用房。学生、教师、企业三方共同参与项目开发。公司注入的项目大部分利用GIS技术开发，这为本课程的项目实战提供了丰富的资源。近三年来，学生在工作室、企业参与开发的企业实际项目、教师科研及科技服务项目数十项，成果丰富。在完成具体工程项目的过程中，教师和企业人员首先将项目分解为任务，再针对任务讲授相关知识和技能，然后学生利用这些知识点和技能点来解决问题，完成任务。通过“工学结合”培养了学生从多角度、多层次获取和应用知识的能力，极大地提高了学生的就业竞争力，学生的岗位职业能力也得到了企业的充分肯定。教学实践表明，这一系列的措施优化了教学过程，提高了学生学习兴趣，激发了学生自主探索与研究的积极性，明显提高了教学质量，深受同学们的欢迎。

在课堂组织上，采用“问题牵引”、“多重循环”的教学方法。首先在每个任务单元里提出要解决的GIS应用问题或要实现的GIS功能，通过解决这些问题及实现相应功能，学习GIS的应用技术，同时掌握实用、够用的GIS理论知识。通过在每个任务单元中要实现的GIS功能的延伸和拓展，在前后知识点之间建立起联系，实现知识点和技能点的多重循环，巩固和加深学生从GIS应用角度对知识的理解和应用，帮助学生构建知识台阶，完成各任务单元的过程，就是以层层递进的方式实现GIS项目实战的过程。

为保证课程教学目标的顺利实施，突出“地理信息数据分析与应用”和“专题地图制作”能力的培养，构建了“工学结合，任务驱动，理实一体，全真训练”的教学模式，建立“课程与工作任务结合、课堂与技能结合、教学与情境结合、实训与岗位结合”的教学方式，在课程教学中全程体现“学中做，做中学”，如图2所示。以工程项目为主线、项目实战为载体，职业岗位能力与素质培养贯穿整个教学过程。以真实的GIS项目实战为载体，依据岗位能力与素质需要，根据典型工作过程分析工作任务，创设学习情境，通过项目实战养学生的职业岗位能力与素质。

以GIS问题解决为中心的，注重学生的独立活动，着眼于学生的思维和实践能力的培养。教学的基本程序是：问题—假设—推理—验证──总结提高。建构的是“创设情境（提出问题）——建立假设（发现问题）——探索活动，加工信息（分析问题）——得出结论（讨论问题）——验证提高（解决问题）”的学习过程，即首先创设一定的GIS问题情境提出问题，然后组织学生对问题进行猜想和做假设性的解释，再设计实验进行验证，总后总结规律。教学原则：建立一个民主宽容的教学环境，充分发挥学生的思维能力。主要培养学创新能力和思维能力，能够培养学生的民主与合作的精神，能够培养学生自主学习的能力。最大限度地调动学生积极性，使学生爱学、会学、乐学，如图3所示。

在“互动式”教学过程中，我们首先设置问题情景，有目的地引导学生主动去探究，在精心组织教学的过程中，增强其问题意识。在此基础上，再采取引导、点拨、释疑、评价等多种教学手段，促使其在获取知识和应用知识的过程中发展思维能力，特别是创造性思维的能力。学生的认知只有通过模仿、观察、实验、类比、联想、想象、求异思维、聚合思维等形式才能实现，因此，我们主要通过帮助学生逐步学会质疑，进而引导他们主动地参与概念形成过程的探究，以及结论的证明、推导、归纳和概括。

培养学生的问题意识和解决问题的能力，是发展学生创造性思维、培养创造能力的源头活水。我们主要根据学生认知和思维活动方式的信息反馈，进行恰当的诱导、控制、深化和总结提炼。通过教学问题、教学方法和教学手段的开放，为学生提供更多的交流与合作的机会，促进其问题意识的形成并不断得到深化。只有当学生怀着浓厚的兴趣去探究有价值的问题之时，他们的思维才会活跃起来。学生的这一认知的过程就是经主动探究而独立发现问题、提出问题并解决问题的过程。因此，我们极力创设平等、民主、和谐的教学氛围，促使学生敢于提出问题、勇于去尝试解决问题，由此充分展现个性。当学生受到学习经验和生活经验的局限，提出的问题质量不高之时，我们再有针对性地加以点拨，使学生能够变换质疑问难思维的角度，逐步掌握提出问题的方法，并要鼓励学生敢于发表不同的观点和独自的见解，从中培养他们能在复杂的条件下发现问题、分析问题和解决问题的能力，如图4所示。

教学过程中，注重现代化教学手段与传统教学的结合，教学内容与教学方法的优化组合，进行启发式教学，充分体现学生学习的主体性。技术难题及综合性较强的问题，不首先给出答案，而是启发学生独立思考和自行解决；鼓励学生独立解决有挑战性的技术问题，目的一是锻炼学生解决实际问题的能力，二是提高学生的分析设计能力。实现教师主导作用与学生积极性相结合；实现系统知识的学习与智力的充分发展相结合；实现内在动力与学习的责任感相结合。

集中实习与开放式实习相结合，不同实践环节（不同课程实习）衔接与配合，特别是在课程实践之外，设置特定的开放式实践环节，鼓励同学应用其他时间、自行选择主题来进行学习和实践（如参加大学生GIS大赛等），提高设备、软件的利用率，同时这也是创造能力、实践能力培养的重要环节，即通过开放性实践来培养学生的创造能力，避免仅是单纯的按照实验大纲开展重复性试验，而是鼓励开放性、设计性实践，这也是素质教育与能力培养的重要方面。开放式学习充分尊重学生的主体地位，通过GIS教学，在获取GIS知识的同时，让学生主动学习自行获取GIS知识的方法，学习主动参与GIS实践的本领，进而获得GIS能力、创造能力和社会活动能力，在教学中。让学生能够按各自不同的目的、不同的选择、不同的能力、不同的兴趣选择不同的教学并得到发展，能力较强者能够积极参与数学活动，有进一步的发展机会；能力较低者也能参与GIS活动，完成几项特殊的任务。这个过程体现了教学目标的多元整合性，使学生可以全面发展。

案例教学是通过一个具体GIS教学情景的描述，去启发学生的创造潜能，通过求解答案的过程去获得解决GIS问题的乐趣。GIS案例教学实际上是一种“做中学，做中教”的形式，在经验和活动中获取知识，增进才干，充分体现“讲练结合，教学做合一”的教学思想。学生在GIS案例处理中，运用课程所学的实用技能，发挥自己的思考和智慧解决问题，在操作中发展技能，“参与”就是“掌握”的保障。教师就学生的操作加以专业点评，使学生能够迅速掌握管理GIS要领。

教学并不把现成的知识教给学生，而是在学生学习知识的过程中向他们提供援助和搭建脚手架。例如：当学生在解决某一GIS问题时，不知道用什么GIS功能去实现，此时，教师就会及时地参与教学：首先鼓励学生运用他们的直觉接近问题，然后向他们提供获得进步所必需的援助。要求学生到实际的环境中去感受和体验问题，而不是听这种经验的间接介绍和讲解。在实际情境中一旦确立一个问题，整个的教学内容和教学进程就被确定了（就像轮船被锚固定一样）。主要目的是使学生在一个完整、真实的GIS问题背景中，产生学习的需要，并通过同学间的互动、交流，凭借自己的主动学习、生成学习，亲身体验从识别目标到提出和达到目标的全过程，是使学生学会独立识别GIS问题、提出GIS问题、解决真实GIS应用问题的一个十分重要的途径。主要经过以下几个步聚，如图5所示。

(1)创设情境－－使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。

(2)确定问题－－在上述情境下，选择出与当前学习主题密切相关的真实性事件或GIS问题作为学习的中心内容。选出的事件或问题就是“锚”，这一环节的作用就是“抛锚”。

(3)自主学习－－不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的GIS问题，而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索，并特别注意发展学生的“自主学习”能力。

(4)协作学习－－讨论、交流，通过不同观点的交锋，补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。

(5)效果评价－－由于抛锚式教学的学习过程就是解决问题的过程，由该过程可以直接反映出学生的学习效果。因此对这种教学效果的评价不需要进行独立于教学过程的专门测验，只需在学习过程中随时观察并记录学生的表现即可。

依托企业，强化实训。让具有丰富GIS项目开发应用经验的双师型教师或企业项目工程师在真实的职业环境中现场教学。授课内容包括对某些知识点和技能点的扩展，GIS新技术的应用等。增加了学生去科研、生产单位进行实践教学的新的教学模式，目的是使学生将所学知识，与现实的科研、生产实际相比较，特别强调学生理解二者的不同点，为学生走向生产实际而全面、灵活掌握所学知识架起一座桥梁。

结合具体教学内容，从实际生产中选择合适的项目载体，并针对每一个教学项目编写相应的项目引导文，下发给每一位学生，学生通过引导文先了解该项目的工作任务是什么，将要完成的项目涉及哪些知识点及需掌握哪些技能和能力，如何根据所掌握的专业知识选择最优技术路线及工作方法，并选择项目实施方案及数据质量控制方案，以保证该项目的顺利实施，并使成果满足数据质量要求和相关规范，使学生的学习目的更明确，培养了学生课外自主学习的能力。

在本课程的教学过程中，采用的现代教学技术手段主要有：

1. 精心设计制作教学课件，通过创建问题情境，激发学生学习的兴趣

在课件设计制作过程中，营造轻松活泼的课堂气氛，将抽象化的问题融入到学生熟悉的生活情境，并通过动画演示等手段，让学生通过对熟悉事物的认知来理解新的理论知识。

由于GIS课程操作性、实践性强的特点，如果老师上课大量的放映幻灯片而不实际操作演示，学生可能根本无法掌握GIS软件系统。因此，在课堂上，对于要实现的GIS功能，都是主讲教师边分析，边演示实现。这样学生可以直观的学习和掌握GIS系统的使用。
3. 充分利用多媒体教学系统，进行课堂教学

(1) 广播教学。在教师理论讲解及总结时，通过广播教学方式，可以让学生集中精力。
(2) 个别辅导。在学生课堂练习时，教师可以通过多媒体教学系统发现学生遇到的问题，进行个别辅导。同时，教师也可以将学生优秀作品进行展示。
(3) 作业收发。通过多媒体教学系统，可以快速收发学生作业。

4. 利用网络将课堂教学延伸到课外，注重学生课后学习过程的监控和管理

在课堂教学的基础上，课程组开发的网络课程为学生提供了教学课件、论坛讨论、技术前沿等拓展学习资料。学生必须在课后阅读相关辅导材料，完成网络课程中提供的对应练习。同时，教师还运用远程在线指导随时解决学生在学习过程中所遇到的问题。方法是教师在课余时间利用多种即时通讯软件（如QQ、MSN等）的远程协助功能，在教师的计算机上远程运行、操作学生机的GIS软件，实现教师异地指导的功能。这一教学手段受到学生的好评并广泛推广。课程组还利用BBS等现代信息技术，及时对学生进行答疑解惑，使学生的学习不再局限于有限的课堂教学时间。

现在教育网已经普及，在促进学生主动学习方面，我们采取了布置各种层次思考题和专题讨论题的做法，促使学生充分利用图书馆资源和网络资源，促进他们自我获取知识能力的培养。通过我们的课程学习，学生已经普遍掌握了中国期刊网的查阅方法，通过这些期刊文献的查阅，了解GIS的发展动态，认识基础知识应用的实例，并知晓自己知识和能力的不足，进一步激发他们的学习积极性和主动性。同时，对于一些有指导性意义的文章，我们通过转载方式放在论坛中，起到了很好的作用。

本课程考核分为校内学分考试和项目实战考核两种形式。

校内学分考试：笔试＋上机。

项目实战考核：包括项目参与、理解需求和设计、GIS工具软件的使用、GIS功能实现、尤其强调团队协作能力的评价。采用课堂汇报演示学生实习成果，进行评比和考核，有助于学生进行交流，拓宽思维，提高创新能力。摒弃以往以期末考试定乾坤、学生突击复习的传统考核办法，将学习的过程和上述考核有机的结合起来，强调学生岗位技能的培养。

通过教学模式的设计与创新，教师的教学改革与教学法研究的成果也较多，近几年来撰写GIS相关教材和讲义3部，撰写GIS相关教学研究论文多篇，组织和参加教学研究项目8项，多篇教学研究论文被引用，产生了较大的影响。



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