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        應用型GIS課程任務驅(qū)動教學模式研究

        2018-03-01 09:04:12譚立元張所地荊樹偉
        統(tǒng)計學報 2018年1期
        關鍵詞:應用型教學模式工程

        譚立元,張所地,荊樹偉

        (山西財經(jīng)大學管理科學與工程學院,山西太原030006)

        一、引言

        現(xiàn)代空間信息技術的發(fā)展提高了一國經(jīng)濟建設的效率,也改變了人們生產(chǎn)和生活的組織方式。據(jù)統(tǒng)計,在人們對信息的需求中,有85%的信息是與空間信息相關聯(lián)的。地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System,GIS)是基于計算機硬件和軟件系統(tǒng)的支持,對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存貯、管理、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)(湯國安等,2013)[1]。該系統(tǒng)自20世紀60年代誕生至今,已由最初供專業(yè)人員使用的專業(yè)系統(tǒng),拓展到政府公共管理、資源開發(fā)利用、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、工程項目管理、公共交通管理等領域,成為具有綜合性、多方向性的基礎應用學科。

        20世紀90年代中后期,國內(nèi)高等院校、科研機構(gòu)開始將GIS作為信息社會人才培養(yǎng)的重要方向,特別是綜合性大學、師范類高校、財經(jīng)類高校依托各自的學科背景,設置了應用型GIS課程,以期為GIS應用行業(yè)提供具有專業(yè)知識和應用開發(fā)技能的復合型人才,適應我國經(jīng)濟和科學發(fā)展的需要。

        二、工程管理專業(yè)應用型GIS課程教學現(xiàn)狀分析

        隨著GIS技術在社會各領域的廣泛應用,GIS課程所依托的學科背景也由地理學、測繪學、計算機科學,擴展到地質(zhì)勘探、環(huán)境保護、資源管理、城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)、工程管理等不同的專業(yè)領域,成為一個跨學科、多方向的基礎研究平臺(黃木易,2011;方書敏,2013)[2,3]。該研究平臺可以將工程管理專業(yè)知識融入教學實踐,形成系統(tǒng)的、有層次的工程管理專業(yè)應用型GIS課程體系,為GIS課程改革提供了契機。教師在教學實踐中如果能將專業(yè)基礎理論與地理空間知識有機結(jié)合,則可以引領工程管理專業(yè)的學生從宏觀空間地理學的角度思考問題。

        由于應用型GIS具有多學科集成、滲透性強、發(fā)展和更新速度快等特點,目前工程管理專業(yè)的應用型GIS課程體系和教學方案設計尚存在一些缺陷。首先,教學實踐環(huán)節(jié)偏弱。應用型GIS課程強調(diào)針對性和實用性,重視實踐教學,其實踐教學模式獨具特色,但工程管理專業(yè)開設的應用型GIS課程偏重理論化,應用性不強。其次,教學方法有待改進。大部分高校的應用型GIS課程是工程管理專業(yè)的專業(yè)方向課,課時數(shù)量有限,教學內(nèi)容枯燥,學生不易學習和理解。在教學過程中,教師采用傳統(tǒng)的課堂講授方法,只強調(diào)GIS理論的學習,忽略了GIS知識應用和分析能力的培養(yǎng)。再次,缺乏適用的應用型GIS教材。GIS的專業(yè)書籍雖然很多,但作為GIS專業(yè)教學的教材質(zhì)量參差不齊,適合工程管理專業(yè)的應用型GIS教材更少。

        基于此,本文將在總結(jié)應用型GIS課程教學實踐的基礎上,結(jié)合工程管理專業(yè)人才的培養(yǎng)目標,將任務驅(qū)動教學模式引入應用型GIS課程教學活動中,提出應用型GIS課程任務驅(qū)動教學模式的具體實施策略。

        三、應用型GIS課程的任務驅(qū)動教學模式實施過程

        應用型GIS課程的任務驅(qū)動教學模式是以建構(gòu)主義教學理論為基礎的教學模式,適用于實踐性、實驗性和操作性強的課程。在教學活動中,學生是應用型GIS課程的主體,教師則從GIS知識講授者轉(zhuǎn)變?yōu)镚IS任務的引導者。在科學分析學情的基礎上,教師創(chuàng)設富有趣味性并能激發(fā)學生學習興趣的教學情景,將應用型GIS課程的教學內(nèi)容提煉成一個或多個遞進性的任務。學生圍繞應用型GIS任務,結(jié)合工程管理專業(yè)知識,利用各種學習資源進行協(xié)作自主學習。每個應用型GIS任務經(jīng)過分析、實施和評判之后,學生會形成新的認識,教師應結(jié)合教學內(nèi)容,針對問題和知識點進行精準講解(吳洋,2017)[4]。學生在教師的指導下對應用型GIS任務進行完善,最終達成學習目標。

        圖1 應用型GIS課程的任務驅(qū)動教學模式實施過程

        (一)學情分析

        1.學情分析是應用型GIS課程建設的重要環(huán)節(jié)。在應用型GIS課程建設過程中,教師必須考慮社會需求、學科需求和學生需求,以確保應用型GIS課程的適切性。對工程管理專業(yè)學生進行科學的學情分析,是教師全面了解學生的差異性、分析GIS與工程管理學科的結(jié)合點、構(gòu)建應用型GIS課程體系必不可少的環(huán)節(jié)。學情分析對應用型GIS課程的教學方法、教學內(nèi)容、教學效果具有決定性作用,同時也與學科差異融合、學生就業(yè)需求、創(chuàng)新能力培養(yǎng)有著密不可分的聯(lián)系。

        2.科學的學情分析為應用型GIS課程教學活動設置提供了基本依據(jù),指明了教學方向和基本方法(馬文杰和鮑建生,2013)[5]。應用型GIS課程的教學預設與教學生成都是基于工程管理專業(yè)學生的需要,最終為促進工程管理專業(yè)學生的綜合發(fā)展提供服務。在課堂教學過程中,即時生成的各種信息是重要的教學資源,其為應用型GIS課程教學目標、內(nèi)容、方法的調(diào)整提供了可靠的依據(jù)。因此,學情分析不僅是教學設計過程中需要考慮的問題,它更應貫穿于應用型GIS課程教學的整個過程。

        3.學情分析是應用型GIS課程任務教學模式實施的基礎。在驅(qū)動型任務設計中,學情分析可以提供基本素材與重要指導(李代勤,2009)[6]。通過學情分析,教師還可以全面了解工程管理專業(yè)學生的知識結(jié)構(gòu)體系、學習狀態(tài)、學習態(tài)度、學習動機等方面的基本信息,為選定課程教材、確定教學內(nèi)容、選擇教學方法、設計教學流程提供基本的依據(jù)。工程管理是專業(yè)性很強的綜合學科,具有知識面廣、實踐性強等特點,工程管理專業(yè)的學生通過本專業(yè)的基礎課程學習,應該能夠較好地掌握工程管理基礎知識,同時具有較強的實踐能力。從學生的實際情況來看,工程管理專業(yè)的學生通過計算機等課程的學習,對數(shù)據(jù)庫原理、操作系統(tǒng)、工程制圖等相關知識有了一定的了解,部分學生具有一定的程序設計能力。對于GIS的應用,學生在學習和生活中對其已有基本的了解,部分學生在學年論文的寫作和課題的研究中,能夠初步地將GIS空間數(shù)據(jù)分析功能應用于工程項目管理中。

        (二)創(chuàng)設教學情境

        創(chuàng)設情境的直觀性和生動性是實施應用型GIS課程教學的前提,教師可以利用精準講述、操作示范、多媒體介入等教學手段,將抽象的應用型GIS教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體的情境,使學生置身于可感知的教學環(huán)境中進行觀察和體驗,直接感受情境中的思想與知識,調(diào)動學生的非智力因素,營造良好的教學情境。

        1.聯(lián)系生活實際。地理空間數(shù)據(jù)與學生的日常生活密不可分,如果能從學生的視角出發(fā),以日常生活中的事件和工程管理專業(yè)的知識為切入點進行教學,可以激發(fā)學生的學習興趣和學習動機,調(diào)動學生參與課程活動的積極性。應用型GIS課程有許多抽象的、難以用語言表達的空間概念、事物、現(xiàn)象和規(guī)律,學生對此不易理解,教師可以通過搜索學生家鄉(xiāng)、學?;蛞?guī)劃旅游線路等方式,創(chuàng)設具有趣味性的情境。

        2.關注科研熱點。應用型GIS課程教學與科研熱點是緊密聯(lián)系的,教師可以利用科研熱點和時事新聞創(chuàng)設相應的教學情境,引導學生將學科前沿問題與GIS課程知識相結(jié)合,利用GIS可視化的功能分析和解釋當前的經(jīng)濟現(xiàn)象,從而培養(yǎng)學生學習應用型GIS課程的興趣,提高學生自主科研的能力。例如,教師可以以“一帶一路”為背景創(chuàng)設教學情境,通過繪制有關“一帶一路”經(jīng)濟、交通、環(huán)境等方面的GIS專題圖,分析國家的經(jīng)濟政策。

        3.利用多媒體教學。由于應用型GIS課程涉及地理學、地圖學、計算機等學科,外延至工程管理、行政管理、項目管理等學科,涵蓋空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等基礎知識,因此,傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學方式難以適應動態(tài)的地理空間知識學習及多樣化的學生需求。在多媒體教學過程中,教師應利用動態(tài)圖、聲音、視頻等方式創(chuàng)設情境,激發(fā)學生對GIS課程的學習興趣和主動參與意識,提高教師的教學效率和學生的學習效果。例如,地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是較為抽象的,難以用語言表達,教師可以利用Google Earth軟件,通過瀏覽、下載、拼接、合成、展示衛(wèi)星圖片,使學生了解Google Earth的柵格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),亦可通過為學生規(guī)劃回家、返?;蚵糜温肪€,輸入出發(fā)地和目的地,展示矢量式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特征。通過以上教學,教師可以營造具有高沉浸感、可視的、三維交互的教學情境,使學生能夠更深刻地了解地理信息系統(tǒng)中基本的數(shù)據(jù)組織方式。

        (三)設計驅(qū)動型任務

        1.任務驅(qū)動式學習是培養(yǎng)應用型人才的全新教育方法,也是應用型GIS課程教學模式的核心內(nèi)容。采用任務驅(qū)動教學模式的目的在于提高工程管理專業(yè)學生空間分析的綜合能力,使學生在掌握GIS基本理論和方法的基礎上,能夠應用GIS軟件處理和分析空間數(shù)據(jù),從而改變以教師為中心、以知識為本的教學方法,形成以學生為中心、以能力為本的新的教學模式。

        2.任務的質(zhì)量會直接影響應用型GIS課程教學的效果。驅(qū)動型任務應具有目標性、完整性、實踐性、整體性、開放性、可操作性和適應性(李代勤,2009)[6],教師在設計驅(qū)動型任務時,應將教學目標和教學內(nèi)容按照“由低到高,由淺入深,由易到難”的原則融入每個GIS任務中,確定具有可操作性和可選擇性的創(chuàng)新實踐任務,形成“知識相互聯(lián)系,任務相對獨立”的驅(qū)動型GIS任務系統(tǒng)。

        3.應用型GIS的教學內(nèi)容應與工程管理專業(yè)知識緊密結(jié)合,形成完整的驅(qū)動型GIS任務系統(tǒng)。在驅(qū)動型GIS任務系統(tǒng)中,各項任務既可以是GIS軟件的具體操作、專題地圖的繪制,也可以是空間數(shù)據(jù)庫的建立、工程三維模型的構(gòu)建等。任務內(nèi)容應涵蓋GIS應用中的具體概念、原理和方法,使學生在完成GIS任務時,不僅能夠鞏固工程管理專業(yè)的重要理論,而且能夠提高空間分析能力。應用型GIS課程每學期共有32個課時,根據(jù)工程管理專業(yè)的人才培養(yǎng)目標,本文在分析學生基本情況和知識背景的基礎上,將驅(qū)動型GIS任務系統(tǒng)分為六個子任務,包括學時、任務內(nèi)容、主要知識點和教學目標等方面。

        表1 應用型GIS課程的驅(qū)動型任務系統(tǒng)

        (四)協(xié)作自主學習

        協(xié)作自主學習是與傳統(tǒng)被動接受學習不同的學習方式,由于GIS學科具有很強的綜合性、空間性、區(qū)域性和實用性特征(尚穎娟,2007;柳錦寶等,2017),傳統(tǒng)的學習方式難以體現(xiàn)GIS的空間數(shù)據(jù)分析、解釋等功能,教學效果不甚理想。協(xié)作自主學習可以促使學生利用GIS空間分析功能解決工程管理中的實際問題,提高學生的空間分析能力,并通過學生之間的相互溝通,分享GIS和工程管理的知識,增強學生的包容力和合作意識。因此,將協(xié)作自主學習方式引入應用型GIS課程教學,可以使工程管理知識與GIS有機結(jié)合,為學生提供合理的學習方法和GIS工具,提高學生的理論學習和實際應用能力。

        在協(xié)作自主學習過程中,三至四名學生可以組成一個學習小組或團隊,小組成員通過協(xié)作交流和分析討論獲得知識、解決問題,共同完成應用型GIS任務。在應用型GIS任務的實施中,學生應是任務的中心,是掌握GIS知識的主體。經(jīng)過前期的專業(yè)知識學習和積累,學生可以從空間數(shù)據(jù)分析的視角理解任務、抽象問題、分析問題,并根據(jù)小組成員的研究成果和收集到的資料,通過共享交流,擴大GIS知識儲備,制定可行的解決方案。由此,學生在實踐教學中按任務計劃實施,可以提升自身解決問題的能力。在整個協(xié)作自主學習過程中,教師要正確引導,把握應用型GIS任務實施的內(nèi)容、進度和方向,注重培養(yǎng)學生的互助思維、協(xié)作分析和實踐能力。

        (五)評價和總結(jié)任務

        任務評價是學生學習效果反饋的一種有效途徑,也是最能體現(xiàn)學生掌握應用型GIS理論知識、運用空間數(shù)據(jù)解決工程管理問題的一種方法。在任務驅(qū)動型教學模式中,教師對學生完成任務的評價不只看最后完成的結(jié)果,而是對學生整個學習過程的評價。在完成任務的過程中,學生不同程度地展示了自己的學習和實踐能力,如工程管理專業(yè)知識應用、GIS任務分解與實施、空間數(shù)據(jù)分析、GIS軟件操作等,同時,學生的科研意識、創(chuàng)新意識也在完成任務的過程中表現(xiàn)出來。因此,教師對學生完成GIS任務的整個過程進行評價是非常重要的,學生應用型GIS任務完成情況的評析可以采用自我評價、學生互評和教師點評三種方式。

        1.自我評價。應用型GIS課程任務驅(qū)動教學模式中的任務是開放性的,評價任務的標準也非唯一的、絕對的。例如,對于地圖配色、系統(tǒng)界面設計、三維圖形展示等任務,每個學生都有各自的評價標準,這與學生的知識背景、認知特點、審美能力有著密切的關系。因此,教師應引導學生客觀、準確、科學地進行自我評價,梳理任務完成過程中的知識點和思路,這實際上也是“溫故而知新”的過程。

        2.小組互評?;ピu是對學生知識、創(chuàng)意的評判及共享的過程,教師可以組織學生進行組間互評,展示各組的GIS任務成果,講解各組的設計思路和知識應用要點,使學生學會取人之長、補己之短。

        3.教師點評。點評是建立在教師與學生充分交流與互動的基礎上,在這一過程中,學生對GIS任務的完成情況有了更深的理解。在點評之前,教師要充分肯定學生的設計成果,使學生獲得一定的成就感。在點評中,教師應指出學生完成GIS任務過程中存在的問題和缺陷,并以問題引導的方式,通過精準講解,分析問題產(chǎn)生的原因和解決方法,從而完善各組的GIS任務。在教師點評的基礎上,學生對任務的完成情況進行反思和總結(jié)。

        四、應用型GIS課程任務驅(qū)動教學模式的效果評價

        教學效果評價是依據(jù)一定的標準,采用可操作的科學手段,通過系統(tǒng)收集相關教學信息,對教學活動的過程和結(jié)果進行相應的價值判斷。教學評價的內(nèi)容是多方面的,除了學生的學習結(jié)果之外,每一個教學環(huán)節(jié)和步驟都可以是評價對象(孫俊俊,2013),應用型GIS課程對培養(yǎng)工程管理專業(yè)學生的空間思維能力,提高其空間數(shù)據(jù)分析能力及全生命周期工程項目管理能力具有重要意義。山西財經(jīng)大學工程管理專業(yè)應用型GIS課程自2010年開設至今,堅持教學探索與改革,以培養(yǎng)學生成為基礎扎實、知識廣博、學有所長、適應學科發(fā)展和市場需求的應用型人才為目標。由于工程管理專業(yè)具有特殊性,應用型GIS課程被設置為專業(yè)選修課,課程于大學本科四年級開設,課時為32個學時。在這有限的課堂時間內(nèi),要想教會學生掌握GIS課程的全部內(nèi)容有很大的難度。因此,筆者將任務教學模式引入課堂,將GIS與工程管理的相關課程相互銜接,將GIS課程的部分內(nèi)容穿插到工程管理應用中,以解決GIS課程課時量不足的問題,使GIS教學內(nèi)容能夠得以延伸,提高學生運用GIS解決實際問題的能力。

        筆者對工程管理專業(yè)學生GIS課程教學效果的問卷調(diào)查(共322人)結(jié)果顯示:有83.3%的學生認為應用型GIS任務驅(qū)動教學模式有利于GIS基本知識和理論的理解與掌握,易于引發(fā)學習興趣,學習效果有了明顯提升;有15.1%的學生認為教學效果一般,這些學生一般掌握了扎實的工程管理專業(yè)理論和GIS知識,劣勢是缺乏GIS軟件操作能力和自主解決實際問題的能力;有1.6%的學生認為傳統(tǒng)教學模式與任務教學模式的教學效果并無明顯差別??傮w來看,應用型GIS課程采用任務驅(qū)動模式進行教學,可以激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學生的空間分析能力,提高學生的動手能力。

        在科研論文寫作方面,許多學生在學年論文和畢業(yè)論文的選題、開題、寫作過程中,將GIS應用于工程管理的各領域,如GIS在市政工程管理中的應用、基于GIS的商品房價格分布規(guī)律、基于GIS的資源型城市宜居性評價等。GIS矢量(柵格)地圖、空間分析、數(shù)字高程模型等方法的采用,拓寬了學生論文選題的方向,提供了實用性的研究方法,增強了空間數(shù)據(jù)的解釋和展示能力,提升了學生科研論文的質(zhì)量。

        五、結(jié)語

        應用型GIS任務驅(qū)動教學模式對培養(yǎng)適應學科發(fā)展和市場需求的應用型GIS人才具有重要作用,有利于學生知識、能力、素質(zhì)三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。教師根據(jù)工程管理專業(yè)人才培養(yǎng)方案和目標,將應用型GIS引入工程管理專業(yè)課程,有助于提高未來工程管理人員的綜合能力,使其能夠有效應用GIS及其他高新技術進行工程項目規(guī)劃、設計和實踐,使工程項目管理行為更為規(guī)范、更有效率、更為科學量化。同時,教師將任務驅(qū)動教學方法引入應用型GIS課程,分析應用型GIS課程任務驅(qū)動教學模式的實施過程與策略,對于提高應用型GIS課程教學質(zhì)量和效果,發(fā)揮工程管理專業(yè)學生的主觀能動性,培養(yǎng)學生的團隊合作精神等,都具有一定的促進作用,以此可以推動工程管理專業(yè)應用型GIS課程的教學改革與發(fā)展。

        [1]湯國安,趙牡丹,楊 昕,等.地理信息系統(tǒng)[M].北京:科學出版社,2013:2.

        [2]黃木易.非GIS專業(yè)地理信息系統(tǒng)課程教學改革及優(yōu)化實踐[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2011(10):11-12.

        [3]方書敏.GIS專業(yè)“空間分析”課程教學與實踐[J].長沙鐵道學院學報(社會科學版),2013,14(4):124-125.

        [4]吳 洋.任務驅(qū)動法下工程造價課程教學改革設計分析[J].價值工程,2017,36(8):196-197.

        [5]馬文杰,鮑建生.“學情分析”:功能、內(nèi)容和方法[J].教育科學研究,2013(9):52-57.

        [6]李代勤.任務驅(qū)動教學模式的探討[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學,2009.

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