馮文蘭，王永前，陳軍，王增武

(成都信息工程大學 資源環(huán)境學院，四川 成都 610225)

CDIO理念下測繪專業(yè)自然地理教學模式的改革

馮文蘭，王永前，陳軍，王增武

(成都信息工程大學 資源環(huán)境學院，四川 成都 610225)

以成都信息工程大學測繪專業(yè)的自然地理課程的教學改革實踐為例，建立“從提出問題到分析原因，再到解決方案和技術支持”的學生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟發(fā)式教學思路與模式。實踐證明，教學改革取得較好的效果，可為一些新開設測繪專業(yè)的工科院校的專業(yè)教學和學科建設提供參考。

測繪專業(yè)；CDIO理念；自然地理；教學模式

近年來，隨著社會經濟的發(fā)展，社會對大學畢業(yè)生的綜合素質和實踐能力的要求越來越高。CDIO教育理念代表構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate)，是國外高等工科教育的一種創(chuàng)新模式[1]，全國許多高校開始將CDIO理念引入到大學生實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，積極推進創(chuàng)新工程本科應用型人才培養(yǎng)的教育教學改革與發(fā)展。測繪類專業(yè)具有很強的實踐性，并且要求非常全面的專業(yè)基礎理論和知識。然而，近年來由于受多方面因素的共同影響，測繪專業(yè)普遍存在教學體系中理論與實踐教學環(huán)節(jié)聯(lián)系松散、重技術輕理論的問題，甚至不少學生片面地將測繪專業(yè)理解為學習簡單的測量技術，因而很多測繪類專業(yè)的畢業(yè)生往往實踐能力弱、工程意識差。

自然地理知識是測繪類專業(yè)人才基礎理論知識的重要組成部分，在很多高校測繪類專業(yè)中自然地理屬于基礎課程。但對具體的測繪技術而言，該課程直接顯示度較小，且社會對自然地理綜合能力的要求是隱性的，因此，課程受重視的程度普遍不高[2]。在CDIO教育理念下，深入開展測繪類專業(yè)自然地理學的教學改革，積極探索創(chuàng)新的教學模式和實現(xiàn)途徑，使學生加深對理論知識的理解，同時加強鍛煉和提高學生解決實際問題的能力，能有效培養(yǎng)學生自然地理的應用能力，從而實現(xiàn)工程類院校測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標。

作為第一批進入教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的61所高校之一，自2010年開始，成都信息工程大學以“卓越計劃”為載體，積極開展創(chuàng)新工程本科應用型人才培養(yǎng)的教育教學改革研究。在測繪學科下我校開設了3個本科專業(yè)，包括分別開設于2002年、2008年和2011年的地理信息系統(tǒng)、遙感科學與技術和測繪工程與技術專業(yè)。2013年開始，課程組正式將CDIO理念引入到測繪類專業(yè)的自然地理課程教學，開展基于CDIO模式的自然地理教學改革研究。作為四川省屬高等學校，結合青藏高原東緣、長江上游生態(tài)屏障建設及我校氣象行業(yè)背景，在我校開展自然地理學教學模式和實現(xiàn)途徑的探索與創(chuàng)新，對于具有行業(yè)背景和地學背景的高校測繪類創(chuàng)新人才培養(yǎng)和專業(yè)實踐培訓具有非常重要的意義[3]。

1 測繪類專業(yè)自然地理學的特點

自然地理學在測繪應用型人才的知識體系結構中占據著重要的位置[4]。作為測繪類專業(yè)的基礎課程，該課程存在著有別于其他專業(yè)課的一些特點[5-6]：在專業(yè)課程體系中，該課程起著先行課、基礎課的作用；相比于其他技術強的課程，課程以理論講授為主，多屬于形象和意境教學；課程的學時分配比其他專業(yè)技術方面的課程少，尤其是野外實習和室內實驗課時少，有些甚至沒有；作為基礎理論課程，考試成績在課程總評成績中所占的比例高。因而，在實際的課堂教學中往往存在以下問題[6-7]：學生學習自然地理知識的興趣不濃，授課教師開展教學活動倍感困難；教學中多以理論知識的講授為主，而實踐應用方面的內容傳授較少；課堂講授時很少涉及測繪學科的問題或自然地理與測繪學科的關聯(lián)，學生對課程的重視程度不夠；課程考核方式以期末考試成績作為評價學生能力的主要標準，且試題以識記性為主，應用和實踐能力的考核相對較少。

2 教學模式與實現(xiàn)途徑

2.1 教學模式

基于CDIO模式的自然地理課程改革與創(chuàng)新，以測繪專業(yè)為背景，從修訂課程培養(yǎng)大綱開始，再結合調整教學內容、完善教學模式、改進教學手段和方法幾方面環(huán)環(huán)相扣地進行。就教學模式而言，采用“從提出問題到分析原因，再到解決方案和技術支持”的啟發(fā)式教學。通過這種模式，不僅實現(xiàn)課程教學內容的整合，幫助學生快速實現(xiàn)知識的實際應用和拓展，其最終目的是培養(yǎng)學生利用測繪專業(yè)知識解決實際問題的能力。發(fā)現(xiàn)具有探究性的問題是該教學模式成功的關鍵，問題的來源須與生活、時事緊密相關，并能反映學生熟悉的區(qū)域地理問題，這樣既能激發(fā)學生學習的興趣和動力，又能充分體現(xiàn)測繪類學科專業(yè)知識的社會任務。教師通過科研和學科競賽的早期訓練引導學生充分發(fā)揮其思維能力，調動其積極的科研實踐愿望，漸進式地對他們進行地理信息的收集、數(shù)據的處理和相關的地理學研究方法的培訓等，幫助學生正確地分析問題和建立可行的解決方案。最后，地圖素養(yǎng)和地理信息技術的培訓是保證最終實現(xiàn)教學目標的必要手段，引導學生有針對性的帶著問題不斷學習和掌握相關測繪專業(yè)技術，使得解決方案成功實施，最終使學生的綜合實踐能力得到真正的鍛煉和提高。

2.2 實現(xiàn)途徑

2.2.1 綜合性典型案例的選擇

綜合性典型案例的正確選擇是成功實現(xiàn)課程改革的關鍵。在把握自然要素關聯(lián)性的基礎上，選擇典型案例，可將理論學習與教學實踐緊密地結合在一起[8]。同時，通過案例教學還可將關聯(lián)性內容整合為獨立的學習單元，從而實現(xiàn)課程內容的整合。針對測繪類本科專業(yè)的特點，典型案例既要引入最新的測繪科學與相關學科的科研成果，還要開展對全球變化、地球構造與運動等前沿性問題的探索。

例如，在講授“氣候變化”的內容之前，推薦學生利用課余時間欣賞2004年美國制作上映的優(yōu)秀科幻電影《后天》，該影片講述溫室效應造成地球氣候異變，全球即將陷入第二次冰河紀的故事。課堂上讓學生討論影片中“全球氣候變暖(溫室效應)”引起北半球“天氣異常(冰雹、海嘯)”的原因，再引導學生復習“大氣環(huán)流”的概念，并簡單介紹“洋流”的概念及其運動，最后從空間、大氣和海洋三者的相互聯(lián)系入手引導學生綜合分析引起氣候變化的天文、地文和人類活動等方面的影響。課后還可啟發(fā)同學們收集資料、思考影片中的場景是否會真實出現(xiàn)？如果要避免這種極端事件的出現(xiàn)，我們應該具備哪些監(jiān)測資料、如何進行預測和預警？由于類似的案例關系到地球上每一個人的切身利益，所以學生的興趣很濃，自主研究的積極性也很高，在輕松的氛圍中學生掌握了枯燥的知識要點，案例教學收到了較好的效果。

2.2.2 區(qū)域地理案例的引入

為激發(fā)學生學習自然地理和進行地理研究的興趣，在教學中通過設計區(qū)域地理案例幫助學生由具體到抽象地認識地理事物，并快速實現(xiàn)知識的實際應用和拓展?？紤]到我校的地域背景，課堂首先以四川盆地或西南地區(qū)的自然地理為例，激發(fā)學生的學習興趣，再考慮到學生來源四面八方，課后以學生的家鄉(xiāng)自然地理為題增強學生的家鄉(xiāng)情懷，并引導學生進行實踐性的“外延性”研究學習。

例如，在介紹“土壤圈”這一章的內容時，首先以“四川省土壤分布圖”為例向學生介紹四川省主要的土壤類型及其分布特征，再以“地帶性土壤類型——黃壤”和“非地帶性土壤——紫色土”為例介紹兩種土壤的特征及成土過程，在此基礎上對土壤形成和地理環(huán)境間的關系進行總結和講解；在此期間，要求學生基于“中國1∶400萬土壤圖”和“中國1∶400萬省級行政區(qū)劃圖”制作家鄉(xiāng)所在省域的“土壤分布圖”，總結省域土壤類型的水平分布規(guī)律；然后，再定位到家鄉(xiāng)所在的位置確定家鄉(xiāng)的土壤類型，參考教材和其他資料制作題為“家鄉(xiāng)主要土壤類型的特征介紹”的PPT報告，課堂上兼顧重要的土壤類型，并根據報告制作的情況擇優(yōu)邀請學生匯報演講。通過這種方式，不僅讓課后作業(yè)更具有實踐性，鄉(xiāng)土地理的內容更貼近生活，通過自主學習和自行組織材料使學生的專業(yè)基礎知識和系統(tǒng)的思維方式都得到了訓練，多省域同學的鄉(xiāng)土地理資料的組合也基本完成了“土壤類型特征”這一教學的難點內容。

2.2.3 科研與學科競賽的訓練

教學過程中通過對相關的科學研究案例進行介紹和分析，引導學生從實際生活和區(qū)域地理中發(fā)現(xiàn)問題，學習利用地理知識分析問題、結合地理研究方法和測繪專業(yè)技術解決問題的思路和途徑。在課程中鼓勵學生積極參與各類學科競賽和科研訓練，不僅可以培養(yǎng)學生學習的興趣和增強自信，也是實現(xiàn)地理信息收集和處理、綜合應用測繪技能研究實際問題的重要途徑[9]。對于大學一年級的學生而言，這一過程的關鍵是培養(yǎng)學生的觀察能力和收集資料的能力，并進一步引導學生分析問題和提出解決問題的思路。在之后的學習階段，再通過引導學生有針對性的帶著問題利用不斷學習和掌握到的相關測繪專業(yè)知識分析和解決問題，這樣可進一步使學生的綜合科研能力得到真正的鍛煉和提高[10]。與此同時，教師也可通過引導學生申請科研立項或指導學生參與教師主持的科研項目，使得自身的科研創(chuàng)新能力得到提高。

例如，授課過程中適時貫穿對教師開展的科研項目“岷江上游生態(tài)脆弱性的研究”的相關工作的介紹，包括選題的確定、研究內容的設計、研究方案的制定、研究過程中發(fā)現(xiàn)的新的問題及其解決方案的確定等，使學生對學術研究的思路和科研的過程有一定的感性認識；然后，在完成部門自然地理的有關授課內容之后，以作業(yè)的形式要求學生提出自己身邊的自然地理現(xiàn)象或問題；其次，對于具有一定研究價值的選題，重點引導學生通過查閱文獻進行研究內容和研究方案的設計，啟發(fā)學生在后續(xù)的哪些專業(yè)課程中可以學習和掌握解決這些問題的知識；最后，根據選題指導學生組隊參加各類學科競賽，在這個過程中幫助學生完成“外延式”的自主學習。這樣，通過參與學科競賽有效地刺激了學生參與科研實踐的積極性，在此過程中既讓學生掌握了自然地理的基礎知識，又幫助其在之后的課程中帶著問題學習和掌握相關的專業(yè)知識，尤其使一些能力較強的學生得到了從事科研與創(chuàng)造性活動的技能的訓練[11]。

2.2.4 地圖素養(yǎng)和地理信息技術的培訓

首先，強化地圖素養(yǎng)、提高學生地圖應用能力是培養(yǎng)學生自然地理實踐能力的一個重要方面，也是測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)的一項重要目標。在自然地理課堂教學中，一方面，加強教學用圖和要求學生在準備探究問題解決方案的專題PPT制作時注重選圖用圖，可以有效地培養(yǎng)學生的地圖意識和地圖能力。另一方面，在地圖選擇和個案的研究中，應用遙感、GIS等現(xiàn)代技術制作專題地圖輔助教學，借用專業(yè)軟件展示地理現(xiàn)象和有關問題的空間信息，加深學生對選擇的區(qū)域地理案例的認識，實現(xiàn)在強化學生地圖素養(yǎng)的同時激發(fā)學生參與地理過程學習的熱情。例如，介紹板塊邊界和地殼活動性問題時，利用收集到的日本及其周邊海域的地震觀測數(shù)據在ARCGIS軟件中制作“日本海溝附近地震震級分布圖”，通過引導學生從專題圖中直觀地理解到地震分布的基本規(guī)律——“地震主要分布在板塊邊界處，全球很大部分地震能量通過匯聚型邊界板塊邊界釋放，在弧溝系中地震多分布于靠大洋一側的海溝中”。

其次，地理信息技術是現(xiàn)代測繪的核心技術。由于我校在測繪工程專業(yè)背景下開設了與該專業(yè)相對應的RS、GIS和GPS等相關課程，因此，自然地理課程在地理信息技術方面具有一定的基礎和優(yōu)勢。教學過程中，一方面，將GIS、RS等地理信息技術作為自然地理教學內容準備的重要工具，不僅可以豐富教學資源，而且使得教學更貼近專業(yè)，讓大一新生對測繪類相關專業(yè)有了適度的了解；另一方面，通過在解決問題中進行簡單的地理信息技能的培訓，也可以激發(fā)學生的學習興趣，為后續(xù)其他專業(yè)課程的學習做好鋪墊，有利于培養(yǎng)學生的地理學習和研究能力。前文中介紹到的具體實例大多需要結合地理信息技術完成，這樣不僅強化了通過地理信息技術對地理學習和研究能力的提高，也加深了學生對一些抽象的知識和晦澀難懂的專業(yè)測繪知識的認識。

3 結語

“自然地理”是我校測繪類專業(yè)的基礎核心課程之一，與相關核心課程的聯(lián)系緊密。在CDIO教育理念下，通過對課程的教學內容、教學模式和教學手段等方面的精心設置，充分結合理論教學和工程實踐的特點，建立“從發(fā)現(xiàn)問題到分析原因，再從解決思路到技術支持的啟發(fā)式”教學模式，這極大地提高了教學活動中學生的參與度，較好地培養(yǎng)了學生的地理素養(yǎng)。對于測繪類專業(yè)的學生而言，通過這種模式對學生進行自然地理實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有助于引導學生更準確地認識地學問題的本質，進而更好地設計、制定科學有效的工程計劃，并生產出更能適應經濟社會發(fā)展新形勢、滿足社會和國家發(fā)展需求的測繪產品。這種教學模式符合現(xiàn)代化人才需求的培養(yǎng)方向，在實際教學過程中也取得了較好的效果，受到了學生的好評。

[1] 馮甜甜，程效軍，王建梅，等.城市遙感課程中實驗教學的探索與實踐[J].測繪與空間地理信息,2014,37(11):27-29.

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[3] 劉德深，劉輝利，游少鴻.地學背景高校環(huán)境科學專業(yè)自然地理學教學改革實踐[J].當代教育理論與實踐,2012,4(11):86-88.

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[8] 王文福.《自然地理學》案例教學問題辨析與范式建構[J].測繪與空間地理信息,2012,35(2):34-37.

[9] 葛岳靜，李柯.大學生早期科研訓練跟蹤研究——以基于“世界地理”課程平臺的RAGs學習為例[J].中國大學教學,2009(4):52-54.

[10] 鄧琳，于嘉，杜楠楠.地理實踐教學改革與學生科研能力的培養(yǎng)[J].北方經貿,2012(3):155-157.

[11] 張亦漢，喬紀綱，吳秉琦，等.學術研究引導下的現(xiàn)代地理教學改革[J].科教文匯,2015(325)：40-41.

(責任校對 王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.12.010

20160812

國家自然科學基金項目(41301653)；成都信息工程大學教改項目(Y2015041；Y2016020)

馮文蘭(1979-)，女，四川成都人，教授，主要從事自然地理的教學與研究。

G642.0

A

1674-5884(2016)12-0033-04