地理学专利案例教学研究

摘要：随着科技的迅速发展，地理学专利案例资源的创新效益不断提升，如何使其服务于地理实践教学与科技创新教育已是新课程改革亟待解决的科学问题.通过对实用新型、外观设计专利案例融合实践教学模式的运用进行分析，提出以地理学专利为载体的学生科技创新能力培养策略.在此基础上，探讨了地理学专利案例教学对于中学地理核心素养教学的启示.

关键词：专利案例；科技创新；核心素养；中学地理

师范院校地理科学专业作为师范生创新教育的重要载体，承担着创造地理知识的核心功能，如何对师范生进行知识产权与科技创新教育已是课程改革亟待解决的科学问题，也是地理教学研究的热点.随着科技创新教育的快速发展，高等院校专利拥有量大幅增加，实现专利产学研之间的联系与互动，已引起教育教学工作者的重视等论文［1-3］和《物联网的触点——RFID技术及专利的案例应用》等著作［4-6］，从不同学科和视角，系统阐述了专利案例在高等院校创新教育与课程改革中的应用及科技人才培养问题，为地理学实践教学引入专利案例指明了方向.笔者发明了“旅游智能地图”等地理教具专利［7-9］、“包装袋（云丹硒锌生态米）”等国家地理标志保护产品系列专利［10-11］，将其作为案例资源，应用于实践教学，对于培养师范生科技创新能力与发展地理核心素养有着重要作用.因此，如何运用地理学理论与方法，开发专利案例资源，直接服务于实践教学与科技创新教育，将是一个全新的科学问题，亟待开拓与系统研究.

1专利设计融合实践教学模式的案例分析

1.1融合课程实践内容的专利案例分析.教学中，笔者施教地理专业课程时，融合实践内容，指导学生在实验装置、地图运用、教具改进等方面提出了实用的新技术方案，获得《一种地理教学用多功能地球仪》、《旅游智能地图》、《一种用于旅游行业的智能地图服务系统》等系列实用新型专利授权.目前，这些专利已作为案例教学资源，在地理学专业基础课与学生师范技能训练课中得以推广与应用，取得了良好的创新效益.以《地理教学论》第10章“地理实践活动”教学为例，笔者将实践内容与专利案例相融合，以“一种地理动态演示教学用具”为实例，主要从设计背景、设计摘要、设计附图与教学效果等方面进行示范教学，对于提升教学效果与培养学生科技创新兴趣产生了积极作用.案例1实用新型专利：一种地理动态演示教学用具.设计人：尚海龙，郭贞.发明背景：地理教具的使用可以提升学生的学习兴趣，丰富其感性认识，帮助他们形成地理核心素养，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力.目前，市场上的三球仪和晨昏仪演示教具，功能与结构较为单一、动态指示效果欠佳，对于培养学生地理意识具有一定的制约作用，已不能满足核心素养教学的需要.因此，发明一种地理动态演示教学用具，可以解决已有相关教具专利技术中出现的问题.发明摘要：该实用新型专利公开了一种地理动态演示教学用具，包括底座、固定弧架和移动圈道.使用时，地球球体通过移动块滑动连接在移动导轨上，移动导轨以太阳球体为中心，模拟地球公转轨道的形状，使学生直观感知地球、太阳和公转导轨三者的联系.套筒和连接杆，帮助学生理解地球公转引起的四季变化、近日点、远日点以及极昼极夜等自然现象.球体转动连接在地球轴上，通过外界之光照射地球球体，使球体产生明暗面，同时球体的表面上设有环形凸起物，能够展现球体表面的地理物象，转动球体可以为学生演示昼夜交替现象及帮助他们理解地球时区划分知识.教学效果：该教学用具适用于大学和中学多种地理教学演示教学场合，也是一种天文教学和天文知识普及仪器.学生通过实践，能够获取所需的地球自转、公转、时区等综合信息，有智能、快捷与人性化的特点.使用时，不仅可以演示日食和月食、月球的盈亏、地球的自转和公转、昼夜和四季的交替等现象，而且还可以根据经线，将球体进行经度分割，使每个经度区域的关键时空信息均通过移动块内置的介绍手册直观反应.本实用新型与课程实践内容相融合，可视化效果逼真，能够加深学生对时区划分原理、地理空间数据的综合理解，教具操作方便快捷，其辅助教学效果良好，有利于提升教学与创新教育效果.1.2融合服务区域发展的专利案例分析.笔者基于地理教学承担服务地方经济社会发展的功能，教育教学中，指导师范生为黔东南国家地理标志保护产品做出了富有美感并适于工业应用的新设计，获得“包装袋（云丹硒锌生态米）”、“包装盒（苗家养生红白酸）”、“包装盒（塔石生态香羊）”、“包装盒（榕江生态小香鸡）”等系列外观设计专利授权，部分成果已实现了从作品——产品——商品的转化.师范技能训练中，地理专业学生已能初步运用CDR软件进行地理标志产品外观设计，服务地方发展的热情极高.此实践既拓宽了专利案例资源开发的领域，又对师范生进行了科技创新训练.以《区域分析与区域规划》第9章第2节“区域发展优势”教学为例，为了突出地理教学为民族地区社会经济发展服务的功能，笔者特将“包装盒（苗家养生红白酸）”作为案例，主要从设计理念、外观图片与教学效果等方面进行示范教学.案例2外观专利：“包装盒（苗家养生红白酸）”.设计人：尚海龙，徐宏，杨秀美.设计简介：本设计以服务地方经济发展为目标，凸显黔东南苗族特色，融旅游商品、国家地理标志保护产品与农特产品元素寓一体.它用于包装苗家红酸汤与白酸汤，突破了以往仅有的或红或白酸汤单一袋装（瓶）形式，体现养生理念，是红、白酸汤姊妹装，以促进地理标志产品苗家红酸汤与白酸汤产业的协同发展.同时，作品将养生旅游元素注入设计，对于提升苗家养生酸汤产业的综合市场竞争力有重要意义.外观图片：包装盒设计包括两个部分，平面效果图（见图1）和立体效果图（见图2）.教学效果：实现地理学为民族地区乡村振兴服务的目标，离不开国家地理标志产品的开发.该专利实例的运用，使学生认识到地标产品在民族经济发展中的积极作用与地理科学为区域社会经济服务的神圣使命.通过实例教学，实现了外观设计专利案例与实践教学较好的融合创新，丰富了地理案例教学的科技内容与形式，凸显了案例教学的地域化，对促进地理标志保护产品的产业化、市场化及产学研创新效益有着重要意义.

2以地理学专利为载体的学生科技创新能力培养

以地理学专利为载体，将其融入高等学校师范范专业地理案例教学，对于培养地理专业师范生实践能力与科技创新素养具有积极作用.案例教学中，笔者将地理实用新型教具、国家地理标志保护产品外观设计等专利运用与地理案例教学进行了融合创新，既丰富了地理案例教学的科技内容与形式、凸显了案例教学的科技化与地域化，又促进了学生专利素质教育水平、多元思维能力、地理实践力及科技创新素养的提升.2.1对学生进行专利素质教育.地理教学中，笔者将专利案例与实践教学内容、教学社会服务、校本课程建设等相融合，从专利基础知识、专利申请的审查程序、专利申请文件范式与专利产权保护等方面对师范生进行专利素质教育，以培养他们专利创新发展能力（见图3［12］）.课堂之外，笔者常凭借学校及其他单位举办的科技与创新活动，将比赛项目与专利设计相融合，通过比赛实践对师范生进行专利素质教育.2.2训练学生多元思维能力.课外活动中，学院地理教研组以创新团队和科技社团为依托，通过地理学专利设计活动对师范生进行多元思维能力的培养，挖掘其多元化创新思维潜力.运用“5＋3”的模式进行多元思维训练，“5”代表5人组成设计组，每个成员至少参加5次创新思维训练，如创新风暴、科技沙龙、制作设计、我爱发明等；“3”指的是设计小组须结合地理专业知识，至少上交3份创新思维设计方案或作品，如自制雨量仪、夜光地图、趣味地球仪、地标产品外观等具有创新性的设计方案或者小作品，作为阶段性训练考核成果.通过训练，师范生地理多元思维能力与地理核心素养明显提升.2.3培养学生地理实践力.地理学案例教学中，笔者以“创新创业训练项目”、“挑战杯”、“互联网+”及学生课题等活动为途径，要求师范生将地理学制作、发明作为结题主要成果，提升他们对已有专利设计的运用能力，并在比较中联系专业实际进行创新.具体做法：要求师范生凭借学校的专利数据库检索与获取地理学专利信息；鼓励师范生参加各种专利文献信息运用讲座；指导师范生分析熟悉的地理学教具技术，发现不足，并提出改进方案；举办小发明、小制作，锻炼师范生的专利运用能力与科技创新能力.同时，笔者通过调查发现地理学专利信息库对师范生制作能力培养与知识创造大有裨益.科技创新教育中，制作能力培养是关键.师范生通过参加地理学专利设计，科技创新创业大赛及科技基地训练等活动，获得了较多的实践机会，提升了制作能力，为创新创业奠定了基础.2.4地理实践教学与专利设计融合创新.在具体的高师地理案例教学改革中，笔者将VR地理教具发明专利、旅游地理实用新型专利、国家地理标志保护产品外观设计专利等运用于案例教学，并将其置于教学设计、课堂活动、媒体运用、科技竞赛、课外实践等案例之中，试图实现地理实践教学与专利设计的融合创新，学生科技创新素养培养效果良好.既丰富了地理案例教学的科技内容与形式、凸显案例教学的创新性，又促进了地理科技服务水平的提升.同时，地理教学中，通过将专利设计与案例教学进行融合创新利于提升师范生科技创新能力与团队协作精神.

3地理学专利案例对于中学地理核心素养教学的启示

以上地理学专利案例均已应用于高师地理课.堂教学之中，并从不同侧面丰富了案例教学内容，其创新性、科技性、探究性、实践性与《普通高中地理课程标准》（2017版）提到的“侧重于技术与实践领域”新导向高度吻合，对于提升中学生地理核心素养与科技创新教育水平具有重要的启示与价值.3.1普及青少年学生知识产权教育，强化地理价值观意识.中学地理教学中，教师应渗透知识产权教育，将课堂教学与课外实践作为普及地理产权知识的重要平台，以强化青少年地理知识产权保护意识.专利教学案例源于实践，而实践又推动了专利案例教学的深入.在中学地理具体教学实践中，教师可以将教学内容与校内外科技活动相结合，以培养青少年科技创新精神与小发明、小制作实践能力，逐渐强化“尊重知识创造，保护知识产权”的主流意识与地理价值观.3.2教师应树立创新教学观，让地理科技融入教学与生活.地理科技创新是地理学发展的灵魂，地理学专利案例是沟通教学与科技创新的桥梁.所以，中学地理教师应肩负神圣的科技创新使命，树立科技创新教学观，指导中学生在自然和生活课堂中学习、发现地理科技，提升他们的地理核心素养；培养中学生勤于思考、勇于实践的品质，鼓励他们进行新设计、新发明、新制作，让地理成果服务于教育教学和生活生产等领域，并为高等院校输送科技创新型人才奠定基础.3.3修订校本发展性课程，适当增加地理科技创新内容.依据学校发展实况，中学校本课程具体内容一般划分为3部分，即基础性课程、丰富性课程和发展性课程.其中，发展性课程是为拓展学生学习能力、激发创造动机特设的课程.笔者建议学校领导与教师群策群力，对校本发展性课程进行修订，将地理科技创新内容作为重要部分，包括发明、设计与制作方案、成果案例等，并能够在课外活动中付诸实施，以培养中学生的“创新、创意”精神与科技能力.

4结语

随着高师院校创新教育的快速发展，新科技环境的形成为地理学专利案例教学的深入创造了平台.地理学专利呈现出创造性、生产化、交互强的演进趋势，对于解决生态环境、全域旅游、数据产业等重大科技问题提供了方法与工具，将其作为案例教学资源，能以独特的优势推动着地理教学改革与科技创新教育的发展.但是，在民族地区应用型高师本科院校，地理专利案例教学资源匮乏，科技创新平台基础薄弱，地理学专利资源库的建设与科技创新教育尚处于起步阶段，科技案例资源开发机制亟待完善.今后，地理学专利案例教学应密切联系中学地理实践教学动态，促进地理核心素养教学与科技创新教育协调发展.

作者:尚海龙 郭贞 单位:凯里学院