地理信息系统线上实践教学模式

【内容摘要】地理信息系统是空间信息与数字技术专业的核心专业课程，具有实践性强的特点，本文从教学策略与模式、课堂教学资源、启发式授课方式、考核机制、教学效果等方面阐释了地理信息系统线上实践教学探索，为今后采用多种形式的授课方式提供了有益的参考。

【关键词】地理信息系统;线上教学;教学模式;实践教学

2020年春季，受疫情影响，地理信息系统(GIS)课程全面启动了网上授课模式，对理论教学和实践教学提出了新的挑战和机遇［1］。结合多年的实践探索经验及空间信息新技术和新应用，特别是在新工科、智能化、大数据背景下，以专业人才培养需具备工程基础、应用能力为目标，将本专业先进的知识融入前沿应用领域，探索地理信息系统线上教学策略与模式。

一、教学策略与模式

地理信息系统是一门技术和实践性强的课程，对于学生熟练掌握GIS基本技能操作，构建GIS技术系统知识体系，解决实际工程问题至关重要

。以往的实践教学主要是以教师为中心面对面进行课堂基本理论授课，然后在实验室通过步骤操作进行实践，训练学生掌握GIS数据的生成，空间数据的处理，地理信息系统数据库设计与管理等能力［2～4］。而在线上教学中，教师采用以学为主的教学模式，理论知识与实践实验相结合的教学内容，结果评价和过程评价相结合的教学评价方式。形成了GIS课程混合实践教学新模式，如图1所示。

二、课堂教学

(一)教学资源与学习支持。在线上教学过程中基于教务平台进行课程建设。上传课程大纲、章节课件、作业、电子版教材等资源，及时在平台相关通知。通过建立学习讨论区，增强师生之间、学生之间的交流互动，以便于及时了解学生的学习状态，进而调整教学内容，完善课程信息化建设及管理。通过教务平台和建立的班级QQ群进行疑难解答，根据学生反馈的问题，更新相关知识点的释疑。通过课堂教学实践和各授课平台的逐步完善，最后选用腾讯课堂进行基本理论知识授课，采用腾讯会议进行现场指导和答辩，实现板书、视频与PPT有机结合，确保了线上授课与线下教学相当的教学质量，获得了良好教学效果。(二)专业课程与思政育人紧密结合。线上教学期间，以课程改革为平台，将专业教育与思政育人紧密结合［5］，通过开展“课前和课间思政”，不仅让学生对自己专业的应用前景有更深入了解，更关键的是能够帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观，提高学生的社会使命感和主人翁意识。在第一次课堂教学时，提出了两个问题:谁是疫情期间最可爱的人?在当前的“病毒”疫情下，GIS技术能做什么?学生踊跃发言，课堂上给出了多种可行方案。更可喜的是学生在课后通过查阅资料，从GIS为疫情指挥决策提供综合信息平台，为疫情管理快速制出疫情时空分布图、疫情趋势发展图表及重点地区疫情图、风险图等，为疫情信息可视化展示，疫情监测与追踪，疫情影响因素分析等方面给出了更为详细的方案，为后期实践学习奠定了良好的基础［6～7］。通过结合专业知识和疫情形势，分析GIS技术发展的国情，引导学生认识和把握时代特征，将思政元素融入GIS专业实践课堂，让学生从个人出发做好GIS学习规划，激发了学生上课的积极性和学习能动性。从而推动GIS专业知识教学与思想政治教育紧密结合、增强新时代青年的国情意识和社会责任感。(三)启发式教学案例。GIS是一门实践性很强的核心专业课［8～10］，因此对于GIS课程教学而言，需将实际操作和实践能力提升贯穿于整个教学过程中。在线上教学时，基于GIS大数据特点，引入云计算、边缘计算、区块链等新技术，启发学生积极思考和探索新技术和GIS的结合。在实践课程中，将科研工作中的部分内容作为综合实验进行实践，极大调动了学生的主观能动性，培养了创新思维能力。如选题“雾霾探测系统”组的同学，将软件与硬件结合，前端与后端结合，通过网关、空气检测模块、通信模块及云服务器实现了雾霾指数的探测(图2)，在疫情期间，不方便外出，学生用吹风机检测温度的变化，用电位器检测有毒气体和空气质量。

三、教学成效

(一)学生成绩评定与反馈。成绩评定通过课堂讨论、课堂练习、课后作业、分组讨论、基础实验等过程考核，全方位采集学生学习数据，对教学方法、教学内容能够及时进行调整，进而提高教学效果。实验内容分为基础性实验和综合性实验两部分，基础性实验是按照步骤进行理论课内容的验证，让学生熟悉GIS软件的基本操作，包括地理数据的浏览，空间属性库建立，影像配准与矢量化，空间分析等。综合性实验是学生通过自行组队选题－查阅文献－总体方案制定－分模块实施－线上答辩等几部分完成。线上答辩的情况大大出乎意料，可以看出学生从“结果展示－现场汇报－回答问题”的每个环节都进行了精心准备和考究。如选题“校园道路路灯智能控制”组的同学针对目前学校路灯控制系统采用配电箱定时器控制路灯的开关时间问题，根据校园晚上的人流量，校园不同区域的路灯与景观灯应分时段点亮熄灭，结合学校校园路宽、人流量、车流量、日照等因子给出校园路灯智能照明解决方案，并设计了微控制探测单元(图3)。图3校园路灯智能微控制探测单元(二)改进考核方式。考核方式结合线上教学、课后作业、课堂讨论、基础和综合实验、期末考试等多种形式，在教学过程中督查学生学习情况，有效避免了“课堂讲授、课后作业、期末考试”三部曲下的突击式学习［11～12］。通过线上教学过程中的课堂互动和练习进行过程考核，将科研和新技术融入实践教学开展开放式课堂，提高学生的知识应用能力。最终的实践考核是根据学生的基础和综合实验的设计报告、各模块完成情况和线上答辩综合考核。此外，在答辩中还加入开放性题目，考察学生线上研讨课和实践环节的实施效果，学生可以在条件不完备、结论不确定、思路多样化的解题过程中进行发散性思考。进而调动了学生的主观能动性，培养了创新思维能力，也从根本上杜绝了相互抄袭现象，能够反映学生的真实情况。

四、结语

GIS在线课程的教学过程中，教师应注重理论联系实际，重视案例教学、启发式教学，通过实践环节，使得学生进一步理解理论课知识，学会如何利用理论知识解决实际生活中的复杂工程问题，提高学生综合应用相关知识的能力。通过实践也可使学生对科学研究的全过程有一次切身的体会，学会查阅资料，针对实际工程问题进行总体方案设计、详细设计、程序实现及报告撰写等，培养学生严谨求实的科学态度及作风。该课程主要针对空间信息专业的学生，综合实验内容获得一定成效后，可用于学校的B级实验达标测试、课程设计中。此外，结合其他专业的特色，该教学模式可推广至其他学科的实验实践环节，具有很好的推广示范作用。

作者：韦娟 刘乃安 付卫红 李晓辉