基于创新型应用人才培养的课程教学模式探究

时间：2023-03-08 理论教育版权反馈

【摘要】：英国创新人才培养模式的突出特点是实行导师制。创新型人才培养研究和学校高素质创新型人才培养模式的建立，为GIS课程培养学生的创新能力，提供了良好的软硬件环境。创新型应用人才培养是高等教育“质量工程”对地方本科院校办学目标的要求。

基于创新型应用人才培养的GIS课程教学模式探究

董廷旭　李亦秋　李才全　王建华　邓小菲

（绵阳师范学院　资源环境工程学院）

摘　要：为实施创新教育、培养创新人才，以提高实践能力和培养创新能力为目标，本文以非GIS专业GIS课程教学为例，围绕多元化课程教学模式的教学目标、教学内容、教学方法和考核体系设计进行实践探索，并提出GIS课程教学培养创新型应用人才的保障措施：组建创新教育教学团队，夯实多元化的自主学习资源，构建开放式的实践教学平台，健全“课程—项目—论文—就业/考研”本科生导师机制，完善学科技能竞赛机制。

关键词：GIS；创新能力；教学方法

一、引言

“创新”是指能为人类社会的文明与进步创造出有价值的、前所未有的全新物质产品或精神产品。“创新”是人类文明进步的本质特征和独有品格，是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。“创新人才”是指具有创新精神的创造型人才，也就是具有创新精神、创新意识和创新能力的人才。“创新精神”是指具有为人类的文明与进步做出贡献的远大理想，有为科学与技术事业的发展而献身的高尚精神和进行创造发明的强烈愿望；“创新意识”是超越固有的常态思维模式而进行的一种开创性的探索未知的心理活动；“创新能力”则是指具有把上述理想、精神、愿望转化为有价值的、前所未有的精神产品或物质产品的实践能力。“创新教育”就是培养学生具有一定的创新精神、创新意识和创新能力，核心在于创新能力的培养。

美国从20世纪60年代起，就对教育进行改革，强调学校在培养学生全面发展的同时，应注重开发其个性、原创精神和创新能力。英国创新人才培养模式的突出特点是实行导师制。导师制注重培养学生的自学能力、动手能力和创新能力。新世纪以来，我国不同层次类别的高等院校围绕创新人才的培养开展了大量实践性探索和研究，形成了研究型、应用型创新人才培养体系，为实施《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010～2020年）》奠定了良好基础。

近年来，绵阳师范学院围绕新世纪本科人才培养目标，形成了高素质的创新型应用人才培养模式。该模式确立了以学生中心、学生全面成长的人才培养目标，构建了“内容精、基础厚、选择多”的模块化课程体系、多元化的课程教学体系、开放式的实验（实践）教学体系和“学院、校外、师生”三结合的教学质量监控体系，营造了创新型应用人才培养的条件环境、制度环境、舆论环境，采取了因材施教、激励学生自主学习等措施。创新型人才培养研究和学校高素质创新型人才培养模式的建立，为GIS课程培养学生的创新能力，提供了良好的软硬件环境。

二、GIS课程教学中培养学生创新能力的重要性

培养创新人才，是时代发展和社会进步对高等教育提出的新要求。在创新型人才培养模式的指导下，本科人才培养的各个环节都要重视和培养学生的创新能力。GIS是地理科学与资源环境科学专业本科教学中一门重要的专业基础课程，其重要任务之一是培养学生进行地理数据的采集与编辑、处理与管理、分析与应用，根据不同的应用领域，综合运用所学知识，结合用户需求，拟定合理的地理信息服务方案的能力。它是地图学、测量学、遥感概论等先修课程的延续，也是遥感图像处理、空间分析、GIS二次开发、资源环境信息系统、区域规划等后续课程的基础，是理论与实践相结合的课程。因此，GIS课程教学对学生创新能力的培养具有重要作用，是地理科学与资源环境类创新型应用人才培养重要环节。

目前，地理信息技术日新月异、地理信息产业竞争激烈。这就需要培养具有市场竞争力的专业人才，需要在专业教学过程中培养学生的创新能力。GIS课程具有学科理论与技术实践有机结合、多学科知识综合集成、技术方法更新快、研究对象多尺度、应用范围广等特点，学生普遍反映课程理论内容比较难理解、实践技术全面掌握难。因此，我们在GIS课程教学过程中，根据创新型应用人才培养规格要求，不断创新课程教学模式，将创新精神、创新意识和创新能力的培养贯彻到课程教学的各个环节，采用多元化的教学模式，引导和培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。其效果不仅可以提高学生的学习兴趣，为学生深入学习专业课程打下坚实的理论基础，而且可以促进学生从知识型向能力型、从适应型向创新型的转变，使学生能适应信息时代快速发展的要求，符合本科人才培养“质量工程”的要求。

三、GIS课程实施创新型应用人才培养的教学模式设计

创新型应用人才培养是高等教育“质量工程”对地方本科院校办学目标的要求。传统“填鸭式”课程教学模式存在明显的不足：一是过分强调教师的主导作用，忽视了学生的主体作用，学生在学习中处于被动接受的位置，难以调动学生学习的积极性和主动性，难以发挥学生主动建构知识的作用；二是过分强调对知识的继承，忽视了对知识的批判和创造，将教学过程看成是知识的静态传递过程，容易造成理论与实践的脱离，不利于学生探索知识、发现知识和创造知识的意识及能力培养；三是过分强调共性培养，忽视学生的个性发展，不利于培养学生的创新意识和创造能力。

近年来，人们在课程教学改革与实践中提出了一种针对创新人才培养的“多元化”教学模式，即在教学过程中，以教学内容和学生的知识积累为基础，创设一种类似于科学研究的教学环境和教学氛围，引导学生主动学习、主动思考和主动实践，自主地发现问题、分析问题和解决问题，从而达到积累知识、培养能力和提高素质的教学目标的一种教学模式。这种教学模式的核心要素主要有四个，即人才培养的教育理念、教学培养过程、培养制度和培养质量评价体系。基本特征是：（1）突出学生在教学中的主体地位；（2）突出“多元”在教学中的重要作用；（3）突出知识、能力、素质三维度的教学目标。

多元化教学模式其实质是：利用新理念、新手段、新方法，将教与学、理论与实践、教学与考核紧密结合起来，构建一个完整的、丰富的、互动的多元化课程教学系统。

（一）多元化的教学目标设计

在“知识结构多元化、实践技能多元化的创新型应用人才”专业培养指导下，地理科学与资源环境专业课程体系中的GIS课程应根据自身特殊的课程性质将教学目标定位：（1）使学生掌握GIS的基本概念与基本理论，掌握空间数据组织与采集、处理与管理、分析与应用的基本方法，熟悉常用GIS产品，了解GIS学科与GIS产业发展趋势；（2）培养学生应用GIS解决自己所学专业领域实际问题的能力，提高学生探索地理信息科学的兴趣；（3）训练学生个性化的自主学习能力，提高创新实践能力。

（二）多元化的教学内容设计

多元化的教学目标的实现必须有多元化的教学内容来支撑，否则就是“空中楼阁”。因此，针对GIS课程多元化的教学目标，笔者根据创新人才培养过程的客观规律，在多年教学实践的基础上，结合地方院校本科生的知识基础和学习能力，按照“概念—原理—方法—操作-应用”多元化的思想对GIS教学内容进行了设计（如图1所示）。

理论教学内容强调“已有知识”面宽、内容精，“前沿知识”要新，为实现GIS知识掌握、知识深化和知识创造奠定基础。实践教学明确基础性实验、综合性实验和设计性实验的有机结合，实现基本技能、综合应用能力和创新实践能力的训练。

（三）多元化的教学方法设计

创新人才的培养必须转变传统的“以教师、课堂、教材为中心”的思想指导下的“填鸭式”教学方法，树立“以学生为中心、教师为主体”的观念，采用多元化的教学方法和手段，即除了坚持理论和实践教学相结合外，在GIS课程教学中多引入与专业相关的案例应用，充分利用现代化信息技术中的多媒体、网络化教学手段，丰富课程的形式和内容，并将科研与教学相结合，以科研促教学，以教学带科研，锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题的能力外，还要多引导学生直接去聆听专家讲座和参加相关学术活动，使学生们增长见识、开阔眼界，启发他们的思维和创造力，为进一步深造提供一个切入点。

（1）PBL互动式教学法：以问题为基础的学习（Problem Based Learning，PBL）是美国神经病学教授Barrows 首创的、目前被国际公认的最受欢迎的教学法之一。其主要特点是：以学生为中心，以问题为引导，学生自学讨论为主题的课程教学方式，以培养学生独立解决问题的能力及创新意识；“以学生为中心、教师为主体”师生共同参与、双向交流，调动双方的积极性和能动性，从而活跃课堂气氛，实现教与学两方面的最佳效果。

GIS课程理论性与实践性都比较强，教学内容既包含了GIS的基本原理，又涉及GIS的技术方法和应用工程，因此，具备了PBL互动式教学的基础。在具体实施时，例如，教师可以提前布置下次互动式教学的内容、要求和任务，并安排学生做好充分准备；在正式教学和实习操作之前，用约5～10分钟的时间对本次课程的基本理论、原理和方法进行回顾，然后开始落实教学任务和要求；实践操作开始时，先由教师向学生就方法步骤或某一实验项目进行具体的演示操作和引导提示，随后让学生独立完成教学或实习任务。

知识单元知识点

图1　GIS课程教学内容体系结构

（2）多媒体教学法：多媒体教学法是指利用多媒体技术，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求，进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。

在GIS教学过程中，存在大量表达知识、原理、方法、操作与应用的图片、图形、图像、动画等内容的展示，利用多媒体技术制作的教学课件，将文字、图像、视频动画和声音等多种信息有机结合起来，图文并茂、动静结合、视听并用，将难以描述和理解的教学内容生动、形象、逼真地表达出来，使学生学习轻松，极大地激发了学习兴趣，加深了对教学内容的理解与记忆。

（3）案例教学法：案例教学法就是指教师根据教学目标和内容的需要，选择具有代表性的案例，引导学生主动学习，减少死记硬背，从而提高学生综合能力，培养创新意识。其中，案例是以真实情节为背景，对某一个或多个有意义事件的综合描述，使人能从中得到启示的例证。运用案例的过程实质上就是研究性学习的过程，是学生自主性、探索性运用理论知识的过程。

GIS是一门理论性与技术性都很强的学科，而现行的GIS方面的书籍理论性很强，一些非常具体的实例、案例却很少，这样就很容易让学生感到过于理论、抽象。GIS课程教学的主要目的就是使学生应用所学的知识能够很快解决实际问题，达到这一目的的最好方法就是在教学的各个环节恰当应用案例来辅助教学。如在介绍GIS工程与标准化这一讲时，可以现有的土地利用规划管理系统为例，从立项（可行性研究）、系统分析与总体设计、数据分析与数据工程设计、系统详细设计、系统实现、系统测试、安装培训到系统维护贯彻教学的每一个环节，并提供完整的设计文档供学生参考。特别是选用国内高校GIS精品课程网提供的经典案例以及著名GIS企业发布的成功解决方案，辅助教学收到良好效果。

（四）多元化的考核体系设计

面对创新人才培养，传统的“重知识、轻能力，重记忆、轻创新，重理论、轻操作”的课程考核方式，既不利于学生专业素质的培养，又不利于学生创新能力的培养，为此，我们在进行GIS课程教学中，构建了多元化的课程考核体系（如图2所示）。

图2　GIS课程教学考核体系

根据《绵阳师范学院本科生课程学习考核办法》，GIS课程总评分主要由出勤成绩、平时成绩、期末闭卷考试成绩和技能测试成绩组成。在创新能力培养中，还应该对学生的综合学习、创新能力进行考核。第一，加强对课堂讨论的考核。平时成绩的评定根据学生在讨论中担任的角色及完成任务的情况得出，该项成绩占平时成绩的20％。第二，加强学生在实践活动中创新能力的考核。对实践活动中有创新意识并积极开展实验验证的学生给出创新分。该项成绩占实验分的30％。第三，注意对拓展能力的考核。在期末闭卷试题中出少量的教材中没有涉及但是学生应该具备的知识点的题目。该项内容占试题总分的10％。第四，提倡学生自主命题考核。教师根据学生自主命题质量、答案的优劣等因素进行打分。这种考试方法尊重学生的主体地位，有利于激发学生的创新精神。该项占期末试卷总分的10％。第五，结合教师科研拟定GIS应用创新小项目，指导学生自主设计方案，独立开展数据采集、处理、分析与报告编写，该项成绩占技能测试总分的40％。

四、GIS课程教学实施创新型应用人才培养的保障措施

实施多元化课程教学模式，必须具备完善的保障措施，才能实现创新型应用人才培养目标。多年来我们在实施GIS课程多元化教学模式的过程中，不断完善其保障措施，确保GIS课程教学做到“五个结合”，即教与学结合、教学与研究结合、课内与课外结合、个性发展与团队建设结合、校内实验与校外实践结合。

（一）组建创新教育教学团队

创新人才培养关键之一是具有实施创新教育的师资队伍。团队教学是能够实现教师互动、师生互动，团队能获取更多更有效的GIS知识，能集思广益，对出现的变化有更强的适应力和决胜力。在进行教学团队组建时可以根据年龄差异、专业差异、背景差异等进行分层次梯队组合。

我们在实践多元化教学模式过程中，为了实现“多元互动”效果，构建了由具有GIS专业背景与教学科研能力的5人组成GIS课程教学团队，其中副教授2人、讲师2人、实验师1人。围绕GIS课程建设与教学，坚持“集体备课、集体听课、集体考核”和“每月一次教研活动”制度；围绕学生GIS创新实践能力训练，坚持“人人参与GIS竞赛活动辅导”“人人参与3S技术应用实践辅导”制度。

（二）夯实多元化的自主学习资源

创新教育是一个充分调动学生个性化自主学习行为的过程，因此，提供丰富的自主学习资源十分重要。GIS自主学习资源主要包括：GIS教材、GIS参考书目与期刊、GIS精品课程、GIS网站等。

一是精选实用性强的高水平教材。教材建设不仅是课程建设中重要的基本建设之一，也是深化教学改革和提高教学质量的保证。教材选择的好坏直接影响到老师教学效果和学生学习效果的好坏。因此，GIS课程学习教材选用必须根据专业人才培养规格与GIS课程教学目标，选择实用性强的高水平教材。目前，国内适用于非GIS专业的GIS课程学习教材有50多个版本，各自特点不同，有的重视基础知识和基本理论，有点重视技术方法和应用。我们在实践中，理论教学坚持选用高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材，且两年更换新的版本；实践教学坚持选用自编教材，且每年更换实验数据和升级软件平台，每4年根据教学大纲修编一次。

二是建立GIS课程教学网站，网站资源不仅包括教师提供的课程资源（电子教案、电子课件、习题与解答、参考文献、实习材料等），而且还包括以往学生的学习心得与体会、课程作业等，同时连接国内著名的部省级GIS精品课程网站、GIS企业与科研网站等互联网上的远程学习资源，还建立了师生间相互交流的平台，从而保证学生不仅可以获得更丰富的网络教学资源，也增加了师生交流的通道。

（三）构建开放式的实践教学平台

一是整合校内资源，建立开放式实验室。对于GIS学习而言，实践是培养综合性和创造性的主要阶段之一，也是实现GIS工具性和技术性的唯一途径，这由GIS本身的学科性质决定。2004年以来，我们整合校内外资源，立项建设资源环境、信息技术、校级重点实验室，面对学生实行时间开放与项目开放，鼓励学生在实验室非实验教学时间内，进行GIS课程必修实验项目强化训练、GIS课程选修实验项目拓展训练、自选科研项目实验、教师科研项目实验、课外科技创新活动实验等，更好地培养学生的科技创新精神和素养。

二是整合校外资源，建立校外实训基地。同时学校为保障实习质量，投入了时间和精力来加强校外实习基地建设，围绕3S技术支持与绵阳市县国土资源局、环保局、农业局、林业局、规划局等政府部门建立校地人才培养与科技服务合作基地；与中地数码成都分公司、南方测绘绵阳分公司、绵阳涪地勘测、均辉土地勘测等企业合作建立校企合作人才培养基地，形成互惠互利合作机制。

（四）健全“课程—项目—论文—就业/考研”本科生导师机制

高教法要求教师培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，最好的方法之一就是让学生直接参与教师主持的科研项目，培养科研能力。经过多年的实践，形成了“课程—项目—论文—就业/考研”本科生导师机制。

（1）在课程教学中注重学生科学研究精神的培养，结合GIS课程特点，在引导学生学习GIS知识、理论和方法的同时，用创新思想培养学生善于发现问题、思考问题、解决问题，善于提出新思想、新观点。

（2）在科研项目实施中吸纳本科生参与科研实践，一方面能够有目的、有针对性地训练学生的实际操作技能，强化、完善和补充课堂所学的知识和技术；另一方面能够有效激发学生的科研兴趣，使其形成对知识的主动探求。学生通过收集、分析和处理信息来实际感受知识产生的过程，进而了解社会，培养分析问题、解决问题的能力和创新能力。

（3）在课程学习小论文写作中，以本科生论文写作规范为基础，培养学生的专业论文撰写能力。比如从选题、内容到格式、文献的引用等方面从一开始就进行全面训练，注重文献检索、数据获取、数据处理、结果分析、写作规范的训练。同时对于个别优秀论文，应对作者进行进一步指导，鼓励发表，而不应该仅仅局限在成绩上的优秀。

（4）在进行就业指导和考研指导工作中。指导学生进行职业规划设计，树立与时俱进的就业观和考研观，帮助学生正确定位、调整心态。对低年级的学生加强职业生涯规划的指导，帮助学生做好近期四年和远期职业生涯规划：同时加强对学生就业形势和择业观的教育和指导，充分利用专业优势和校地合作资源，向用人单位推荐毕业生。

（五）完善学科技能竞赛机制

大学生学科竞赛是在课堂教学的基础上，通过竞赛的形式多方位考察大学生的综合素质和能力的系列化课外科技实践活动。竞赛赛题符合专业课教学拓展训练的要求，强调知识点和能力的共性与个性的结合，关注提高学生的团队协作精神、创新意识和创新能力。

目前，有影响的大学生GIS竞赛主要有：中地数码主办的全国高校GIS技能大赛、北京超图主办的SuperMap杯全国高校GIS大赛、ESRI中国（有限）公司主办的ESRI杯中国大学生GIS软件开发竞赛等。我们在GIS课程学习的第一次课介绍参加GIS竞赛活动有关事项，并通过3S应用技术GIS协会定期宣传，把GIS课堂教学延伸到学科竞赛之中；制定了大学生参加学科竞赛管理办法，对学科竞赛的组织、培训、指导、实施与奖励提出具体规则。学生根据自己的兴趣和爱好选择竞赛项目，通过阅读、讨论、实践等丰富多彩的竞赛活动，开阔视野，优化知识结构，增强了对创新、创造的浓厚兴趣。6年来，我校地理科学与资源环境科学专业有269人次参加了GIS竞赛，取得了良好效果，提高了查阅资料的能力、自学能力、分析问题和解决问题的能力、综合设计与调试的能力、科技论文写作能力，学会了如何与别人合作、如何取人之长补己之短，同时也学会了互相谦让、互相鼓励、团结合作。

五、结论

GIS课程中学生创新能力的培养，是一个长期、综合培养的过程，应该蕴涵在教育教学的进程中。GIS课程必须在建立创新人才培养模式基础上进行不断地探索，寻找和发现有利于创新教育的新方法、新理论。GIS课程教学模式改革与实践表明，有85％的学生认为多元化的课程教学模式能很好地培养创新能力。基于创新型应用人才培养的GIS课程教学研究成果，同样可以应用于其理论与实践结合的专业课程建设，具有一定的实际应用价值和推广价值。

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