水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)改革思考

［摘 要］地理信息系統(tǒng)是一門(mén)融合多學(xué)科的綜合性應(yīng)用課程，如何將其與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)科相融合是教學(xué)改革中的重要任務(wù)。課題組針對(duì)該課程當(dāng)前的不足之處，圍繞理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行課程改革：一方面融合課程思政，豐富授課形式，結(jié)合水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)調(diào)整課程重難點(diǎn)，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，實(shí)施全過(guò)程考核；另一方面注重實(shí)踐能力的鍛煉，豐富實(shí)踐形式，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研融合。地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了他們的創(chuàng)新能力，進(jìn)而提升了課程的教學(xué)質(zhì)量與效果，為水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提供支撐。

［關(guān)鍵詞］地理信息系統(tǒng)；教學(xué)改革；水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)；理論與實(shí)踐

［中圖分類(lèi)號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）21-0037-04

隨著新時(shí)代“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)和新一代人工智能等新興技術(shù)的飛速發(fā)展，教育信息化進(jìn)入2.0時(shí)代[1]。為滿(mǎn)足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，教育部開(kāi)展了新工科建設(shè)，實(shí)踐工程教育改革新理念、新技術(shù)、新方法[2]。進(jìn)入21世紀(jì)之后，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System， GIS）產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，深入人們的日常生活，如常見(jiàn)的衛(wèi)星導(dǎo)航、滴滴打車(chē)、高德地圖[3]，以及在水利行業(yè)中水文預(yù)報(bào)、水環(huán)境管理、水資源規(guī)劃等方面的應(yīng)用等[4-5]。為了培養(yǎng)符合社會(huì)發(fā)展需求及專(zhuān)業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的高水平交叉學(xué)科人才，在水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)地理信息系統(tǒng)課程很有必要。但目前傳統(tǒng)的本科教學(xué)過(guò)程忽略了現(xiàn)實(shí)社會(huì)與企業(yè)的實(shí)際需求，理論教學(xué)冗長(zhǎng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)不強(qiáng)，實(shí)踐應(yīng)用能力不足，因此要根據(jù)專(zhuān)業(yè)特色進(jìn)行教學(xué)改革，融入新發(fā)展理念，運(yùn)用新技術(shù)、新方法，以培養(yǎng)新時(shí)代高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

地理信息系統(tǒng)課程為水文與水資源專(zhuān)業(yè)的必修課，主要研究空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、管理、分析、建模和顯示等相關(guān)理論方法和應(yīng)用技術(shù)，以解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理等問(wèn)題[6]。課程旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握跨學(xué)科知識(shí)的能力，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上安排了實(shí)踐教學(xué)，并設(shè)置了地理信息系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)等相關(guān)配套課程。地理信息系統(tǒng)課程內(nèi)容豐富，涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)和遙感等多學(xué)科知識(shí)，需要將其與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)科相融合。目前課程存在與課程思政相融合不足、課程內(nèi)容較為復(fù)雜、教學(xué)大綱重難點(diǎn)與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)適配度低、學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高等問(wèn)題。因此，在新工科建設(shè)的背景下，從理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩方面進(jìn)行課程改革，加強(qiáng)課程思政教育，讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)的前提下，提高學(xué)習(xí)素質(zhì)，培養(yǎng)道德情操，增強(qiáng)動(dòng)手能力，能夠針對(duì)地理信息、水利工程等方面的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與成果表達(dá)，進(jìn)而讓水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)與地理信息系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)相互連通、相互支撐，從而為培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新型水利人才奠定基礎(chǔ)[7]。

一、地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

課程思政建設(shè)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一，是培育高質(zhì)量人才的核心要?jiǎng)?wù)，課程思政有助于學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，因此，必須將其放在發(fā)展首位。但由于理工科專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，部分專(zhuān)業(yè)教師沒(méi)能將思政元素較好地融入課程內(nèi)容，甚至有的專(zhuān)業(yè)教師單獨(dú)把思政部分拎出來(lái)教學(xué)，導(dǎo)致專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)與思政教育的融合還存在一些問(wèn)題。

理論教學(xué)方面。教學(xué)內(nèi)容較為抽象，學(xué)生難以理解，如空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及空間數(shù)據(jù)庫(kù)等章節(jié)涉及的原理較為抽象，且教材實(shí)例未能與時(shí)俱進(jìn)，這使學(xué)生自主學(xué)習(xí)較為困難。教學(xué)形式單一，缺乏與學(xué)生的有效溝通，教學(xué)只局限于使用PPT講授，與學(xué)生互動(dòng)少，課堂氣氛沉悶。地理信息系統(tǒng)作為交叉學(xué)科課程，課程內(nèi)容晦澀難懂，加之學(xué)生前序課程基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)未能凸顯，極大程度降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們產(chǎn)生畏難情緒，降低了課堂參與度。

實(shí)踐教學(xué)方面。目前，部分院校的實(shí)踐授課學(xué)時(shí)不足；學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的情況各不相同，學(xué)習(xí)積極性有所下降。實(shí)踐教學(xué)模式單一，教師普遍采用邊講邊演示的授課形式，學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)大多依靠實(shí)踐指導(dǎo)書(shū)，依照教師講解步驟完成實(shí)踐課程的練習(xí)，這種形式不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新意識(shí)，不利于學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題。實(shí)踐條件有限，配備不足，實(shí)踐課程主要依靠相關(guān)軟件實(shí)施教學(xué)。實(shí)踐相關(guān)參考書(shū)籍不夠全面，學(xué)生在實(shí)踐課程中獲取的學(xué)習(xí)資源有限。

二、地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)改革

（一）理論課程教學(xué)改革

1.加強(qiáng)課程思政教學(xué)，以教育人。將課程思政與專(zhuān)業(yè)建設(shè)相互融合，幫助學(xué)生在掌握知識(shí)的過(guò)程中建立正確的價(jià)值體系[8]，培養(yǎng)他們的愛(ài)國(guó)主義精神。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)講述地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和歷程，向?qū)W生展示地理信息系統(tǒng)技術(shù)在當(dāng)今國(guó)家和社會(huì)發(fā)展中的作用，激發(fā)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)、本課程的熱愛(ài)；在講解地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，列舉高德地圖、滴滴打車(chē)、外賣(mài)軟件等例子，讓學(xué)生分享自身使用感受，引出并講解所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)課程的知識(shí)性和人文性；還可以宣傳行業(yè)中的榜樣人物事跡，在潛移默化中加強(qiáng)學(xué)生的品德修養(yǎng)，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)[9]。此外，應(yīng)加強(qiáng)水資源知識(shí)與地理信息系統(tǒng)課程思政的融合，如在學(xué)習(xí)如何建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生整理不同城市的地理數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)城市人文文化資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解在城市河流生態(tài)圈內(nèi)旅游景點(diǎn)的分布特色、水利工程建立的原因及意義、水資源時(shí)空分布狀況等，將流域、地域信息與思政教育相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)課程思政建設(shè)的有效途徑[10]。

2.利用多媒體教學(xué)資源，創(chuàng)新傳統(tǒng)授課形式。信息化時(shí)代要求教師靈活使用多媒體資源，推進(jìn)傳統(tǒng)課堂與新技術(shù)的融合。PPT與板書(shū)相結(jié)合的授課形式已被廣泛采用，但也不要模式化使用PPT教學(xué)，大量文字會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生抗拒心理，應(yīng)有針對(duì)性地在晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)處進(jìn)行形象化表征[7]，如在PPT中增加圖片、視頻，便于學(xué)生理解；引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，提前布置任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生分組做好學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，以提高學(xué)生的課堂參與度，增強(qiáng)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，并加深學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的理解；鼓勵(lì)學(xué)生采用多種形式進(jìn)行展示，如制作短視頻、情景演繹、PPT演示、互動(dòng)答題、知識(shí)競(jìng)賽等，以此激發(fā)學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力，提升他們的學(xué)習(xí)興趣。

3.結(jié)合水利專(zhuān)業(yè)特色，構(gòu)建學(xué)科互補(bǔ)鏈條。地理信息系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)應(yīng)與未來(lái)水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)工作中的實(shí)際應(yīng)用、水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)課有機(jī)結(jié)合。地理信息系統(tǒng)與測(cè)量學(xué)、水文學(xué)原理、水文預(yù)報(bào)等專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)有所重疊，在教學(xué)過(guò)程中可以巧用實(shí)例，將知識(shí)進(jìn)行連接，構(gòu)建知識(shí)鏈條，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)地理信息系統(tǒng)課程的興趣。在有限的課時(shí)內(nèi)，應(yīng)增加與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)際需求緊密相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這將極大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具體如表1所示。此外，應(yīng)增加與地理信息系統(tǒng)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)選修課，如遙感水文學(xué)、GIS開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、3S技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用等，這些課程旨在讓學(xué)生在前期對(duì)地理信息技術(shù)有初步了解，并在后期為感興趣的學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

4.加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，掌握其學(xué)習(xí)情況。教師肩負(fù)著傳授專(zhuān)業(yè)知識(shí)及培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的重要使命[11]，應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱與學(xué)生的課堂表現(xiàn)情況，及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容及形式，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通。例如，課前發(fā)布上節(jié)課的重難點(diǎn)測(cè)試題，以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況；課中在講授清楚專(zhuān)業(yè)知識(shí)的前提下，增加授課的趣味性，吸引學(xué)生主動(dòng)參與課堂學(xué)習(xí)；課后發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，了解學(xué)生對(duì)當(dāng)前授課方式及內(nèi)容的意見(jiàn)，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。此外，還應(yīng)積極組織、指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽，以加深學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力，從而提升教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)“學(xué)”“教”有機(jī)統(tǒng)一。

5.實(shí)行全過(guò)程考核，構(gòu)建多層次考核體系。過(guò)程考核能夠全面考查學(xué)生對(duì)理論、實(shí)踐知識(shí)的掌握與運(yùn)用程度，評(píng)估其個(gè)人學(xué)習(xí)能力與綜合素質(zhì)水平，提高其學(xué)習(xí)的自覺(jué)性與主動(dòng)性[12]，改變僅由期末考試定成績(jī)的單一考核形式[13]。針對(duì)本課程情況，最終考核不僅要考核學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的記憶與理解情況，還要考核學(xué)生實(shí)踐操作的規(guī)范性與熟練度，因此要將課堂參與度、課堂課后作業(yè)、實(shí)踐課堂操作規(guī)范性、實(shí)踐操作熟練度、實(shí)踐報(bào)告、實(shí)踐成果PPT匯報(bào)等作為平時(shí)考核內(nèi)容并制定考核標(biāo)準(zhǔn)，確定平時(shí)成績(jī)（課堂參與度、課堂課后作業(yè)）、實(shí)踐成績(jī)（實(shí)踐操作熟練度、實(shí)踐報(bào)告、實(shí)踐成果PPT匯報(bào)）與期末卷面成績(jī)的比例為3∶2∶5，以實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生課堂參與度與課后知識(shí)整合能力、加強(qiáng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、加強(qiáng)溝通表達(dá)能力的改革目標(biāo)，構(gòu)建多層次考核體系。

（二）實(shí)踐課程教學(xué)改革方法

1.增加實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，實(shí)施多形式授課。實(shí)踐課程開(kāi)設(shè)的目的在于提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力，增強(qiáng)學(xué)生的自主實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，在教學(xué)中應(yīng)將單一的復(fù)刻實(shí)踐操作步驟調(diào)整為分組完成問(wèn)題設(shè)計(jì)及操作，讓學(xué)生積極參與，防止“等靠幫”行為；根據(jù)課程難易程度，提前布置任務(wù)，讓學(xué)生預(yù)先熟悉數(shù)據(jù)獲取的流程及獲取方式，以發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性；通過(guò)線上與線下授課相結(jié)合，讓學(xué)生邊學(xué)邊練，根據(jù)實(shí)踐任務(wù)，充分利用課余時(shí)間，在學(xué)習(xí)通、騰訊會(huì)議等平臺(tái)完成課程預(yù)習(xí)及答疑。

2.增加戶(hù)外實(shí)踐，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容。教學(xué)不應(yīng)只局限于課堂中，而應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生拓寬視野。首先，可鼓勵(lì)學(xué)生參加戶(hù)外實(shí)踐，開(kāi)發(fā)自身潛能，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生之間的溝通，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上全面提高個(gè)人綜合素質(zhì)。如在講解“DEM與數(shù)字地形”內(nèi)容時(shí)，可以帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地參觀，利用企業(yè)提供的無(wú)人機(jī)、遙感等技術(shù)資源，觀察河流水系的構(gòu)成，了解河流水系的來(lái)源、分支、變化。其次，可通過(guò)實(shí)際操作，如測(cè)量湖泊面積、河流長(zhǎng)度、水庫(kù)邊界等，促進(jìn)學(xué)生加深理解地理信息系統(tǒng)技術(shù)是如何將現(xiàn)實(shí)世界中的地理信息抽象到概念世界、計(jì)算機(jī)世界的原理及操作中的，同時(shí)講解水的歷史文化發(fā)展，以拓寬學(xué)生的知識(shí)面。最后，可通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新體系，與校外企業(yè)建立合作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。這樣既可以加深學(xué)生對(duì)課程實(shí)際應(yīng)用的理解，又可以為學(xué)生未來(lái)的就業(yè)提供更多機(jī)會(huì)。

3.提供充足的學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)生的自主實(shí)踐能力。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生僅在上課時(shí)間動(dòng)手操作，加上GIS軟件操作過(guò)程比較瑣碎，學(xué)生易于遺忘及出錯(cuò)，因此需要在課后督促學(xué)生復(fù)習(xí)，使他們熟能生巧。例如，教師要在操作課上提醒學(xué)生可通過(guò)錄屏、記筆記等形式對(duì)重難點(diǎn)多加記錄；在課后可借助學(xué)習(xí)通等平臺(tái)上傳測(cè)試題，以考查學(xué)生對(duì)關(guān)鍵步驟的掌握情況；引導(dǎo)學(xué)生利用中國(guó)大學(xué)MOOC、CSDN論壇、學(xué)堂在線、超星爾雅、中國(guó)知網(wǎng)等網(wǎng)站，學(xué)習(xí)國(guó)家精品線上課程、查閱相關(guān)期刊文獻(xiàn)、復(fù)習(xí)與總結(jié)。

三、結(jié)語(yǔ)

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，本研究立足于地理信息系統(tǒng)與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)的需求，針對(duì)現(xiàn)有不足，探索課程在理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)兩方面的改革：一方面加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)與思政教育的融合，豐富理論課程授課形式，結(jié)合水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)調(diào)整授課內(nèi)容，實(shí)施全過(guò)程考核；另一方面增加實(shí)踐教學(xué)授課學(xué)時(shí)，引入戶(hù)外實(shí)踐環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。未來(lái)還要不斷完善培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才所需要的地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課程體系，注重將地理信息系統(tǒng)課程與水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)科相結(jié)合，秉承“學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)”的教育理念，提高學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，推動(dòng)課程高質(zhì)量發(fā)展，為水利類(lèi)地理信息系統(tǒng)課程建設(shè)與發(fā)展提供助力。

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］