韓東亞 林杭
[摘 要]新工科背景下,高校工科課程改革是新時(shí)期人才培養(yǎng)的重要需求。城市地理信息系統(tǒng)是多學(xué)科交叉的新興學(xué)科,是智慧城市建設(shè)的重要技術(shù)支撐。文章針對(duì)城市地理信息系統(tǒng)教學(xué)中存在的問題,引入項(xiàng)目教學(xué)法,基于工程實(shí)例進(jìn)行城市地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計(jì),建立了學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模型。課題組在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上結(jié)合城市地下空間工程專業(yè)特色,利用城市地理信息系統(tǒng)特有的圖形化顯示巧妙引入課程思政元素,并引入企業(yè)評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),優(yōu)化了項(xiàng)目設(shè)計(jì)和考核方式,實(shí)現(xiàn)了教書育人和提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。
[關(guān)鍵詞]UGIS;項(xiàng)目評(píng)價(jià);思政元素;項(xiàng)目式教學(xué)
[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437(2023)14-0047-04
隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快、城市人口的增長(zhǎng),城市資源短缺問題、城市交通問題、城市環(huán)境問題、城市住房問題等日漸突出。在此背景下,作為數(shù)字城市、智慧城市的基礎(chǔ),3S(城市地理信息系統(tǒng)UGIS、全球定位系統(tǒng)GPS、遙感RS)技術(shù)的核心——城市地理信息系統(tǒng)(Urban Geographical Information System, UGIS)在城市各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展,相關(guān)技術(shù)人才的需求日益增長(zhǎng)。UGIS是多學(xué)科綜合交叉的一門學(xué)科,內(nèi)容包括工程測(cè)量、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、城市規(guī)劃、城市管理等[1]。各大互聯(lián)網(wǎng)公司也競(jìng)相發(fā)展獨(dú)有的基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的搜索引擎,形成了具有重大商業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)服務(wù)價(jià)值的產(chǎn)品,例如阿里時(shí)空數(shù)據(jù)引擎Ganos、京東時(shí)空數(shù)據(jù)引擎Just、美團(tuán)大腦、百度大腦等,其核心和根本就是城市地理空間大數(shù)據(jù),這就形成了對(duì)UGIS技術(shù)人才數(shù)量的客觀需求。
2014年,發(fā)展改革委等八部委印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出智慧城市建設(shè)的目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)城市管理服務(wù)的信息化和精細(xì)化。2016年,發(fā)展改革委、測(cè)繪地理信息局印發(fā)的《測(cè)繪地理信息事業(yè)“十三五”規(guī)劃》提出涉及城市發(fā)展、教學(xué)、科研的重要意見,包括“推進(jìn)新型基礎(chǔ)測(cè)繪建設(shè)”“開展新型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)”“發(fā)展地圖文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)”“做好數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)”“推進(jìn)智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)試點(diǎn)示范應(yīng)用”等。聯(lián)合國(guó)教科文組織的有關(guān)文獻(xiàn)曾表明,人類活動(dòng)所產(chǎn)生的信息,80%以上與地理空間位置有關(guān)。智慧城市是物理空間、信息空間和社會(huì)空間的三元空間耦合[2]。智慧城市建設(shè)是當(dāng)前城市發(fā)展的重點(diǎn),如何走向智慧城市是需要研究解決的關(guān)鍵問題。因此,只有建立三元空間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,才能利用信息空間發(fā)現(xiàn)、分析和解決城市發(fā)展問題,使城市走向智慧化。UGIS基于信息技術(shù)將物理空間數(shù)字化為信息空間,即在信息技術(shù)的支持下,對(duì)實(shí)體空間和屬性信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、查詢與分析、管理等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展的各種業(yè)務(wù)。
UGIS課程是全國(guó)很多高校城市地下空間工程專業(yè)開設(shè)的特色課程,旨在提高學(xué)生理論水平和實(shí)踐能力,培養(yǎng)學(xué)生融合專業(yè)知識(shí)與軟件開發(fā)技術(shù)的能力,是一門理論、實(shí)踐、應(yīng)用緊密結(jié)合的課程。但傳統(tǒng)的課堂授課式教學(xué)培養(yǎng)的學(xué)生進(jìn)入工作崗位后,往往需要重新進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)才能勝任崗位職責(zé)。為了適應(yīng)國(guó)家城市化發(fā)展和市場(chǎng)發(fā)展的需求,高校的UGIS課程有必要進(jìn)行教學(xué)改革與探究。
一、UGIS課程教學(xué)改革面臨的問題
中南大學(xué)城市地下空間工程專業(yè)的UGIS課程突出與城市建設(shè)和城市管理的有機(jī)結(jié)合,依托學(xué)校信息技術(shù)和“大土木”強(qiáng)勢(shì)學(xué)科進(jìn)行建設(shè)。本課程引導(dǎo)學(xué)生在掌握UGIS專業(yè)知識(shí)和技術(shù)的同時(shí),掌握UGIS在城市地下空間的應(yīng)用技術(shù)。但目前本課程的建設(shè)不夠完善,部分學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力經(jīng)不住實(shí)際項(xiàng)目的考驗(yàn)。UGIS課程傳統(tǒng)教學(xué)主要存在以下幾個(gè)問題。
(一)實(shí)驗(yàn)課時(shí)少
受限于專業(yè)培養(yǎng)方案的要求,UGIS課程總學(xué)時(shí)再三壓縮。在實(shí)際授課中,部分教師為按照課本知識(shí)體系完成全部?jī)?nèi)容的教學(xué),不斷壓縮實(shí)驗(yàn)課時(shí),無法安排設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,僅僅將實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的補(bǔ)充。課程教學(xué)以教師為主體,學(xué)生參與感不強(qiáng),得不到充分的實(shí)踐機(jī)會(huì)。僅有的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)亦趨向于“步驟式”教學(xué),即學(xué)生按照一定的步驟完成實(shí)驗(yàn),部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中并沒有進(jìn)行獨(dú)立思考和獨(dú)立操作,這就背離了設(shè)置實(shí)驗(yàn)課的初衷。
(二)實(shí)驗(yàn)考核占比少
課程考核以期末筆試成績(jī)?yōu)橹?,約占70%~80%,實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐和報(bào)告只作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的少部分,通常占比不足10%,并且考核要求低。此種考核模式下,一些學(xué)生把精力都放在課程理論學(xué)習(xí)上,死記硬背實(shí)驗(yàn)操作步驟,致使實(shí)踐和理論嚴(yán)重脫節(jié),達(dá)不到課程的培養(yǎng)目標(biāo)。
(三)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊、不符合專業(yè)需求
在常規(guī)的課程實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以課本附帶實(shí)例為基礎(chǔ),重在驗(yàn)證課程理論知識(shí)和熟悉常用UGIS軟件的基本操作。信息技術(shù)和GIS技術(shù)的發(fā)展是日新月異的,但課本的更新速度很慢,并沒有涵括最新技術(shù)。另外,城市地下空間工程實(shí)踐的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生成為具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和一定創(chuàng)新能力的城市地下空間工程應(yīng)用型高級(jí)專門人才,這就要求學(xué)生具備應(yīng)用UGIS技術(shù)解決城市相關(guān)問題的能力,但現(xiàn)有的大部分實(shí)驗(yàn)案例項(xiàng)目并不能體現(xiàn)城市地下空間工程的專業(yè)特色。這導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一方面缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性,一方面難以滿足專業(yè)需求。
(四)缺少課程思政元素
習(xí)近平總書記在2019年學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上指出,思想政治理論課是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵課程,我們辦中國(guó)特色社會(huì)主義教育,就是要理直氣壯開好思政課[3]。思政教育改革是高等教育教學(xué)改革的熱點(diǎn)和重點(diǎn),目前UGIS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)缺乏課程思政內(nèi)容,仍以講解原理、軟件和實(shí)驗(yàn)步驟為主。
二、在UGIS課程中應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法
(一)項(xiàng)目教學(xué)法簡(jiǎn)介
項(xiàng)目教學(xué)法是建立在工業(yè)和信息社會(huì)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代教育方法,即在教師指導(dǎo)下,學(xué)生完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目,具體任務(wù)包括信息收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目評(píng)價(jià)[4]。項(xiàng)目教學(xué)法的顯著特征是“以教師為引導(dǎo)、項(xiàng)目為主線、學(xué)生為主體”,能夠解決現(xiàn)有UGIS課程教學(xué)存在的一些問題,例如實(shí)驗(yàn)課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)占期末總成績(jī)的比重低等問題。
項(xiàng)目教學(xué)法改變了傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽的教學(xué)模式[5],能夠激發(fā)學(xué)生的積極性。學(xué)生可以通過真實(shí)的工程案例,學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)點(diǎn),加深對(duì)實(shí)際問題的思考,提高自己的實(shí)踐能力。
(二)項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用步驟
UGIS課程項(xiàng)目式教學(xué)的主要步驟可以分為:(1)項(xiàng)目設(shè)計(jì);(2)項(xiàng)目任務(wù)布置與實(shí)施;(3)項(xiàng)目開發(fā)文檔編寫;(4)項(xiàng)目總結(jié)與評(píng)價(jià)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)是UGIS課程項(xiàng)目式教學(xué)的重中之重,項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須包含UGIS課程各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn),又要具有一定的實(shí)施性。作為UGIS的一個(gè)縮影,校園地理信息系統(tǒng)是非常典型的項(xiàng)目實(shí)例。下面以中南大學(xué)新校區(qū)校園地理信息系統(tǒng)為例,簡(jiǎn)要介紹UGIS課程項(xiàng)目式教學(xué)是如何實(shí)施的。
1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)
(1)項(xiàng)目名稱:中南大學(xué)新校區(qū)地理信息系統(tǒng)。
(2)項(xiàng)目目的:掌握UGIS基本原理與方法;熟練應(yīng)用ArcGIS的繪圖、編輯、查詢與分析等工具。
(3)項(xiàng)目準(zhǔn)備:收集不同年份的中南大學(xué)新校區(qū)地圖作為數(shù)字底圖;確定數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化精度;選擇要進(jìn)行數(shù)字化的基本要素;確定數(shù)字化要素的分層和分幅方法;建立空間數(shù)據(jù)架構(gòu)和數(shù)學(xué)模型;運(yùn)用ArcGIS將點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體納入不同圖層進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分層管理。
校園地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目雖小,但包含的時(shí)空信息紛繁復(fù)雜,可以分解為時(shí)間維度、空間維度、屬性維度三個(gè)方面的信息(見圖1),并通過屬性信息、時(shí)間軸和空間位置實(shí)現(xiàn)屬性、時(shí)間和空間的耦合。此項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)類型繁多,包含圖片、基礎(chǔ)地理要素、文本等。基礎(chǔ)地理要素包括建筑物、樹木、草地、人工湖泊、道路、管網(wǎng)等(見表1)。
2.項(xiàng)目任務(wù)布置與實(shí)施
隨著章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的不斷深入,教師不斷擴(kuò)展校園地理信息系統(tǒng)包含的內(nèi)容。設(shè)置的任務(wù)基本包含以下方面:①分析項(xiàng)目需求;②安裝UGIS軟件和采集數(shù)據(jù);③分析數(shù)據(jù)架構(gòu)和建立數(shù)據(jù)模型(見圖2);④繪制地圖;⑤實(shí)現(xiàn)空間查詢與分析;⑥建立數(shù)據(jù)編輯模塊;⑦構(gòu)建路徑導(dǎo)航模塊;⑧實(shí)現(xiàn)三維環(huán)游功能等。
在分配任務(wù)前要先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組,由3~5名學(xué)生組成一個(gè)小組。在分組時(shí)要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力,盡量做到“組間均衡,組內(nèi)互補(bǔ)”,保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。任務(wù)分配時(shí)建議采用模塊化任務(wù)分配法,即每個(gè)小組完成一個(gè)項(xiàng)目的細(xì)分模塊。在建立模塊時(shí),要以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、素養(yǎng)和實(shí)踐能力為目標(biāo),首要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。
3.項(xiàng)目開發(fā)文檔編寫
項(xiàng)目開發(fā)文檔是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品不可缺少的一部分,沒有文檔就不能成為一個(gè)成熟的產(chǎn)品。在項(xiàng)目實(shí)施的過程中,及時(shí)編寫項(xiàng)目開發(fā)文檔,有助于糾錯(cuò)并及時(shí)改正。在項(xiàng)目結(jié)束后,要指導(dǎo)學(xué)生及時(shí)編寫項(xiàng)目開發(fā)文檔,這是多項(xiàng)目實(shí)施全過程的一個(gè)總結(jié),既能夠幫助學(xué)生復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容,又能提高學(xué)生的寫作水平。
4.項(xiàng)目總結(jié)與評(píng)價(jià)
UGIS項(xiàng)目的總結(jié)和評(píng)價(jià)是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目過程和結(jié)果的歸納。在每一個(gè)模塊完成后,都要進(jìn)行功能演示和階段性的成果總結(jié),找出存在且尚未解決的問題,以便及時(shí)檢驗(yàn)項(xiàng)目是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。要建立合理的評(píng)價(jià)模型,其包含的指標(biāo)有:項(xiàng)目計(jì)劃(Project Plan, PP)、數(shù)據(jù)輸入報(bào)告(Input Data Report, IDR)、UGIS地圖(UGIS Map, UM)、UGIS地圖包含模(Individual Module, IM)、最終報(bào)告(Final Report, FR)。每次評(píng)價(jià)由教師和學(xué)生填寫打分表。成績(jī)(Grade,G)評(píng)定由下式確定:
[G(%)=0.3UM+0.4IM(IM1,IM2,IM3,…)+0.15FR+0.1PP+0.05IDR]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(1)
項(xiàng)目完成后的評(píng)價(jià)包括三個(gè)方面:一是教師按式(1)給出的成績(jī)G1,教師要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目功能實(shí)現(xiàn)和成果展示進(jìn)行評(píng)價(jià);二是小組之間按式(1)給出的成績(jī)G2;三是小組內(nèi)成員之間按式(1)給出的成績(jī)G3。那么最終成績(jī)(Final Grade,F(xiàn)G)則為:
FG(%)=0.4G1+0.3G2+0.3G3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)
三、UGIS課程項(xiàng)目式教學(xué)改進(jìn)探究
(一)結(jié)合專業(yè)特色設(shè)計(jì)項(xiàng)目
項(xiàng)目設(shè)計(jì)以城市地下空間工程實(shí)踐培養(yǎng)目標(biāo)為引導(dǎo),應(yīng)突出專業(yè)特色。城市地下空間工程主要對(duì)城市地下空間進(jìn)行合理規(guī)劃和高效利用,如地下管道規(guī)劃與建設(shè)、城市地鐵修建、地下停車場(chǎng)修建、防空地下室建筑等,因此可以根據(jù)城市地下空間工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)UGIS課程教學(xué)項(xiàng)目,例如長(zhǎng)沙地鐵地理信息系統(tǒng)、長(zhǎng)沙人防工程地理信息系統(tǒng)等。
(二)引入思政元素設(shè)計(jì)項(xiàng)目
充分發(fā)掘和運(yùn)用各學(xué)科蘊(yùn)含的思想政治教育資源,健全高校課堂教學(xué)管理辦法,是中共中央對(duì)高校思想政治工作提出的意見[6]。地理信息系統(tǒng)(Geogaraphic Information Systen, GIS)特有的時(shí)空數(shù)據(jù)表達(dá)與圖形化顯示,能夠很直觀地展示思政內(nèi)容,如很多學(xué)者已建立了紅軍長(zhǎng)征GIS[7]、脫貧攻堅(jiān)工程GIS[8]、海上絲綢之路GIS等[9]。還可以結(jié)合湖南文化特色和紅色旅游景點(diǎn),建立湖南紅色旅游GIS,充分挖掘思政元素,在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)的同時(shí),提高學(xué)生的思想政治覺悟。
(三)引入科研課題設(shè)計(jì)項(xiàng)目
結(jié)合教師的科研項(xiàng)目和國(guó)家、省級(jí)、校級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)UGIS項(xiàng)目,讓學(xué)生在實(shí)踐的過程中學(xué)到更多新知識(shí),認(rèn)識(shí)和了解UGIS科研前沿和動(dòng)態(tài),提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
(四)引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目
引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生從生活需求、企業(yè)需求、科研創(chuàng)新需求中尋找項(xiàng)目。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完善項(xiàng)目設(shè)計(jì),不但可以使項(xiàng)目更具可行性和前瞻性,而且可以使自己在學(xué)習(xí)和實(shí)踐的過程中不斷提高創(chuàng)新能力、拓寬學(xué)習(xí)視野。鼓勵(lì)學(xué)生使用項(xiàng)目參加GIS開發(fā)大賽,例如大學(xué)生GIS軟件開發(fā)競(jìng)賽、地理信息技術(shù)與應(yīng)用技能大賽、SuperMap杯高校GIS大賽、全國(guó)大學(xué)生GIS應(yīng)用技能大賽、北斗杯科技創(chuàng)新大賽等,這樣既能激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣,又能使學(xué)生感受到收獲的喜悅,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
(五)引入企業(yè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目
考核與評(píng)價(jià)不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐成果的檢驗(yàn),也是對(duì)教師設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目合理性的檢驗(yàn)。因此,項(xiàng)目設(shè)計(jì)的“好與不好”不能僅僅靠教師的自說自話,還需要企業(yè)人員依托企業(yè)評(píng)價(jià)機(jī)制,對(duì)項(xiàng)目合理性、實(shí)用性與可轉(zhuǎn)化性進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)估。
新時(shí)代教育環(huán)境下,為實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、市場(chǎng)發(fā)展、價(jià)值引領(lǐng)的和諧統(tǒng)一,高校教育工作者應(yīng)當(dāng)改變傳統(tǒng)以課題講授為主的教學(xué)方法,探索新的教學(xué)方法,并充分發(fā)揮專業(yè)特色,建構(gòu)課程思政教育模式,建立合理的評(píng)價(jià)體系和各類項(xiàng)目庫,以建設(shè)新時(shí)代的UGIS課程(見圖3)。
四、結(jié)語
UGIS課程是實(shí)踐性與應(yīng)用性較強(qiáng)的工科課程,本文針對(duì)本課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題,引入項(xiàng)目教學(xué)法,通過校園地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目闡釋了項(xiàng)目教學(xué)法在UGIS課程中是怎么實(shí)施的;提出從結(jié)合專業(yè)特色,引入思政元素、科研項(xiàng)目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等方面設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目,以激發(fā)學(xué)生興趣,提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的同時(shí),提高他們的思想道德水平;引入企業(yè)評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)項(xiàng)目合理性和實(shí)用性進(jìn)行綜合評(píng)估,從而提高學(xué)生的實(shí)踐能力,更好地滿足市場(chǎng)對(duì)UGIS相關(guān)從業(yè)人員的需求。
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[責(zé)任編輯:吳雪強(qiáng)]