趙 強(qiáng)，劉常瑜，黃木易，解華明

(安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230601)

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System )簡稱GIS，是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以空間地理數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以計(jì)算機(jī)編程為平臺，綜合處理和分析具有空間內(nèi)涵地理數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)自20世紀(jì)60年代興起以來，為各學(xué)科提供了規(guī)劃、管理、決策及研究的平臺。近年來，GIS作為數(shù)字地球的核心學(xué)科和基礎(chǔ)技術(shù)支持，在各個領(lǐng)域廣泛開發(fā)利用，GIS人才的培養(yǎng)和需求也迫在眉睫，教育部對地理信息相關(guān)專業(yè)的發(fā)展高度重視，越來越多的高校設(shè)置了地理信息科學(xué)專業(yè)，培養(yǎng)專業(yè)的GIS人才，作為專業(yè)必修課的GIS課堂教學(xué)質(zhì)量提升應(yīng)當(dāng)受到格外重視[1]。

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)教學(xué)主要以理論課講授為主，偏重知識教育，缺乏啟發(fā)性和交流性的教學(xué)模式，最多結(jié)合零散的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。教學(xué)形式相對枯燥無味，很難提起學(xué)生的興趣，使得學(xué)生難以具備獨(dú)立性和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)，無法挖掘?qū)W生的潛力[2]，對于地理信息學(xué)科的發(fā)展也產(chǎn)生了相應(yīng)的阻礙作用。我國近些年提出基礎(chǔ)教育改革要積極發(fā)動學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力，而地理信息學(xué)科的快速發(fā)展也要求高校在GIS專業(yè)人才的培養(yǎng)中，更多的注重理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)與實(shí)用性教學(xué)相結(jié)合[3]。采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法進(jìn)行地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)是將課堂知識與實(shí)際操作相結(jié)合，以目標(biāo)和問題為導(dǎo)向的新型教學(xué)方式，對于調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)的能動性具有良好的效果。

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法是以問題為引導(dǎo)，以解決問題為目標(biāo)來維持學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，從問題出發(fā)，以工程實(shí)例單元為載體，結(jié)合“讀、想、解、用”的教學(xué)模式，通過對典型工程問題的解決，讓學(xué)生帶著具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，將整個工程實(shí)例進(jìn)行解剖，引導(dǎo)學(xué)生由簡到繁、由易到難，一步一步、循序漸進(jìn)地完成整個項(xiàng)目，接觸到解決工程實(shí)例的每一個過程，對培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力有很大的提升[4]。同時，實(shí)踐證明，項(xiàng)目教學(xué)法在GIS課程教學(xué)中可以舉一反三，取得不錯的效果。

1 項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法的特點(diǎn)及應(yīng)用

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式英文全稱是Project-based Learning,簡稱PBL[5]，又稱項(xiàng)目教學(xué)法，具體是以教師所要進(jìn)行的項(xiàng)目為主線，教師將項(xiàng)目解剖成若干個要完成的問題，以完成任務(wù)的形式交給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的知識體系，按照項(xiàng)目需要完成的要求，進(jìn)行信息收集、項(xiàng)目決策、制定項(xiàng)目計(jì)劃、具體成果展示、項(xiàng)目完成度評估等過程[6]。項(xiàng)目教學(xué)法也可以將學(xué)生劃分成多個小組，按照項(xiàng)目的任務(wù)要求，通過小組的協(xié)調(diào)，學(xué)生共同制定相應(yīng)的實(shí)施計(jì)劃，在項(xiàng)目教學(xué)的過程中，更多的是發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作能力，而教師在整個項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施中僅僅起指導(dǎo)作用和輔助作用。

2 項(xiàng)目教學(xué)法在GIS課程教學(xué)中的實(shí)施

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)是項(xiàng)目教學(xué)法中最關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)[7]，所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目要盡可能包含GIS課程中各個章節(jié)的主要知識點(diǎn)，同時，要給學(xué)生設(shè)計(jì)合理的切入點(diǎn)，最終使得這些片段化的知識點(diǎn)可以串聯(lián)起來，形成一個完整的項(xiàng)目。項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法在地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用流程如圖1所示，總體而言，所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目既要有價值，也要具有較高的探索性，同時要具有一定的開放性。例如，大學(xué)生日常生活在大學(xué)校園，對校園內(nèi)的位置信息普遍熟悉，這些信息多是涉及與空間位置和數(shù)據(jù)屬性等相關(guān)的GIS課程教學(xué)內(nèi)容，因此，可以根據(jù)學(xué)生所處的校園環(huán)境，設(shè)置校園規(guī)劃、道路路線、教室上課信息編排等包含空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一些項(xiàng)目。如通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目“安徽建筑大學(xué)校園垃圾箱優(yōu)化分布”，讓學(xué)生參與到項(xiàng)目中，通過項(xiàng)目實(shí)踐訓(xùn)練，基于垃圾分類便捷收集的目的，學(xué)生在校園電子地圖上標(biāo)注垃圾箱位置和屬性信息，結(jié)合園區(qū)人口密度和園區(qū)使用功能，進(jìn)行空間分析，優(yōu)化配置垃圾箱。最終通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及空間分析原理和方法的相關(guān)知識。

圖1 項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法參與GIS教學(xué)過程流程

2.2 項(xiàng)目介紹和任務(wù)布置

項(xiàng)目介紹的過程是教師為學(xué)生講解項(xiàng)目原理和預(yù)期成果的過程，通過介紹項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)的相關(guān)背景，引出相應(yīng)的需要完成的子任務(wù)，可以讓學(xué)生清楚地了解項(xiàng)目的作用、項(xiàng)目實(shí)施的方法以及預(yù)計(jì)成果[8]。

對于項(xiàng)目任務(wù)的布置，目前應(yīng)用較為廣泛的有“迭代增量式”和“瀑布模型”的方法，在本研究中，采用“迭代增量式”的方法，對項(xiàng)目任務(wù)分層布置，分步實(shí)施。首先將學(xué)生分為4～6人的若干小組，在分組的過程中，要充分考慮各小組內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，不論是知識結(jié)構(gòu)體系、性格特點(diǎn)，還是知識接受能力等方面，均要做到均衡化，使小組內(nèi)形成優(yōu)勢互補(bǔ)，以保證持續(xù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的完成和實(shí)施。同時，教師要根據(jù)項(xiàng)目各層次的難易程度，協(xié)助學(xué)生選擇項(xiàng)目，做到物盡其用。

以校園地理信息系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，學(xué)生在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施的過程中，需要完成以下項(xiàng)目：①數(shù)據(jù)采集、軟件安裝；②數(shù)據(jù)預(yù)處理，空間數(shù)據(jù)庫的建立；③地理信息插入、地圖建立；④空間數(shù)據(jù)分析模塊的實(shí)現(xiàn)；⑤專題圖展示完成；⑥路徑模塊和三維導(dǎo)航模塊編程實(shí)現(xiàn)；⑦系統(tǒng)測試完成。

2.3 學(xué)習(xí)與項(xiàng)目實(shí)施

實(shí)習(xí)與項(xiàng)目實(shí)施是項(xiàng)目選擇后進(jìn)入的具體實(shí)施階段，在這個階段，學(xué)生以“程序開發(fā)者”的角色進(jìn)入項(xiàng)目[9]，首先按照需求，制定文檔，將需求具體化，進(jìn)行需求分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，處理數(shù)據(jù)，這個階段，教師的主要職責(zé)是給學(xué)生提供必要的條件和技術(shù)支持，例如：數(shù)據(jù)、建立的分析模型、軟件開發(fā)的相關(guān)知識等。在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，也要進(jìn)行階段小結(jié)和交流，各小組要定時匯報項(xiàng)目的進(jìn)度、階段性困難，這樣不僅可以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，還可以在交流中相互借鑒、相互學(xué)習(xí)，尋找最合理和便捷的方法，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.4 成果提交與評價

成果提交與評價是在項(xiàng)目完成之后，通過各個項(xiàng)目小組對自己成果的可視化展示進(jìn)行交流。討論存在的問題，對于項(xiàng)目的完成度進(jìn)行評價，評價該模塊是否達(dá)到預(yù)期的效果，同時，總結(jié)在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)及未能解決的問題，為之后的研究提供思路。最后，完成相應(yīng)的項(xiàng)目檢驗(yàn)報告，對項(xiàng)目檢驗(yàn)報告中的文字、格式等要有嚴(yán)格的要求，寫出詳細(xì)的操作說明書，在項(xiàng)目報告的撰寫過程中，加深對整個項(xiàng)目的理解。

教師在學(xué)生項(xiàng)目總結(jié)的過程中，要多聽取學(xué)生的思路，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新，通過提高學(xué)生的主觀能動性，提高地理信息系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的效率，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和綜合素質(zhì)。

3 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施評價

通過項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法的實(shí)施，可以明顯看出學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和興趣性有所提高，教學(xué)效率提高。

3.1 教師作用的改變

在項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法實(shí)施的過程中，教師由原來的單一的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者[10]，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師不僅可以通過項(xiàng)目實(shí)施學(xué)習(xí)檢驗(yàn)學(xué)生理論課學(xué)習(xí)的結(jié)果，更多的是可以鍛煉學(xué)生將知識與實(shí)踐操作結(jié)合的能力，不僅可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，也可以提升學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，這對于學(xué)生今后的就業(yè)道路有很大的幫助。傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教師完全單一的制定著學(xué)習(xí)計(jì)劃，學(xué)習(xí)方案，甚至還要被動地按照相關(guān)部門規(guī)定的規(guī)范去制定，而基于項(xiàng)目驅(qū)動法的教學(xué)方法，可以充分調(diào)動教師的主動性，讓教師根據(jù)課程的特點(diǎn)、地區(qū)的特色來制定授課內(nèi)容和方法，如課堂內(nèi)容的取舍與重點(diǎn)章節(jié)的提煉。同時，項(xiàng)目教學(xué)法也在很大程度上改變了教師與學(xué)生的關(guān)系，教師不再是知識的唯一權(quán)威者，更多的是走下講臺，與學(xué)生共同探討、共同進(jìn)步。

以安徽建筑大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)為例，通過學(xué)評教的方式對教師教學(xué)實(shí)踐性進(jìn)行評價。從表1和圖2可以看出，2013年到2017年間，學(xué)生參與項(xiàng)目的數(shù)量隨著項(xiàng)目數(shù)量的增加而增加，同時，學(xué)生對于教師課堂學(xué)習(xí)評教的分?jǐn)?shù)也逐年增加。這說明，項(xiàng)目教學(xué)法對于學(xué)生而言，學(xué)到了更具有實(shí)踐性的知識，學(xué)生對教師教學(xué)的滿意度也增加。

表1 學(xué)生參與項(xiàng)目數(shù)與學(xué)生評教分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)

圖2 項(xiàng)目參與及學(xué)生評教分?jǐn)?shù)相關(guān)分析

3.2 學(xué)生學(xué)習(xí)模式的改變

項(xiàng)目驅(qū)動法的教學(xué)模式，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中的身份由客體向主體轉(zhuǎn)變[11]，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生可以根據(jù)自己的特長和興趣，選擇相應(yīng)的項(xiàng)目分組，根據(jù)自己的思維方式去解決相應(yīng)的問題，從數(shù)據(jù)收集到最后的報告撰寫，幾乎都是學(xué)生自己完成，這樣的學(xué)習(xí)方式，可以使學(xué)生掌握到如何學(xué)習(xí)，怎樣做事做人，對于促進(jìn)他們的全面發(fā)展很有意義。同時，事實(shí)證明，擁有完整的項(xiàng)目經(jīng)歷，對學(xué)生就業(yè)有很大的幫助。

3.3 教學(xué)成果檢驗(yàn)方式的改變

傳統(tǒng)的教學(xué)評價中，只注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，基本忽略了其他方面，而項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法下對于教學(xué)成果的檢驗(yàn)形式多樣化，不僅可以通過項(xiàng)目成果來體現(xiàn)，還要評價學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等，而這些對于學(xué)生成為一名優(yōu)秀的GIS專業(yè)人才是必不可少的。

以安徽建筑大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)為例，通過學(xué)生就業(yè)統(tǒng)計(jì)對項(xiàng)目教學(xué)法的可用性進(jìn)行評價。由表2和圖3可以看出，安徽建筑大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)，2012年至2017年，參加項(xiàng)目的人數(shù)逐年增加，在就業(yè)方面，在校期間參加過項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的學(xué)生就業(yè)率均高于專業(yè)就業(yè)率，這表明，項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法對于學(xué)生就業(yè)來說，具有明顯的正向作用。

表2 各屆畢業(yè)生就業(yè)率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

把項(xiàng)目教學(xué)法引入“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)中，通過對具體項(xiàng)目的講解和實(shí)施，不僅可以將具體的理論知識給學(xué)生講透，還可以將具體的工程實(shí)例與學(xué)生課堂教學(xué)中的理論結(jié)合起來，讓學(xué)生對地理信息系統(tǒng)的認(rèn)知不僅有客觀的認(rèn)識，也有主觀的

認(rèn)識，提高學(xué)生解決問題的能力，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造能力，同時，提升學(xué)生畢業(yè)后的社會競爭力。項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法既可以提高教學(xué)效果，又能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且將教師和學(xué)生形成一個整體，共同探討、共同交流，充分體現(xiàn)IT類專業(yè)課程注重實(shí)踐的特色，將高校地理信息系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提高。