“地理信息系统原理与应用”课程改革案例

 2.1 课程简介

  “地理信息系统原理与应用”是测绘工程专业必修课之一。本课程的内容包括地理信息系统的基本知识、地理空间数据表达基础、空间数据的获取与处理、空间数据库、空间分析、空间数据的可视化与输出以及地理信息系统开发与应用。通过本课程的学习，学生能够掌握空间数据的表达、编辑和处理的方法以及常用的空间分析方法。该课程培养学生综合运用数学知识、计算机知识和测绘专业基础知识，解决地理空间要素数据的采集、存储、管理、表达及空间分析与模拟等综合问题。培养学生能够针对城市规划与工程建设测量、资源勘察与开发、国土资源调查等工程项目，选择合适的数据并使用恰当的方法，使其具备对技术问题的理解能力和归纳总结能力，初步具备以地理信息系统为工具解决实际问题的能力。本课程于2020年获批能源与水利学院教学改革研究项目。

2.2 课程改革背景 

  “地理信息系统原理与应用”课程是测绘工程专业一门重要的专业必修课和学位课，具有较强的跨学科特点，理论性、实践性和应用性很强。本门课程服务于并受益于其它课程，是测绘科学与技术学科体系中重要的组成部分。然而，在以往教学实践过程中发现，目前我校测绘工程专业“地理信息系统原理与应用”课程教学中存在以下三方面问题：

  1.践教学内容针对性不强当前实践教学均为验证性上机实验，缺乏与专业内容相结合的综合性和创新性实验，不能很好地训练学生解决实际专业方向所遇到的综合性问题的能力，也制约了学生创新精神和创新能力的发展。

  2.教学方式缺乏创新现阶段课堂教学多以老师为中心，以板书、PPT 为载体，以课堂讲授为主，辅以问答的方式完成单向、填鸭式的教学，教师主导教学安排、教学组织以及学生的学习方式。在教学全过程中，作为课堂主体的学生始终处于被动接收状态，课堂参与度有限，注意力不易集中，学生对课程内容关注点和兴趣点被动趋同，背离应用型人才培养“因材施教”的教学理念，缺乏创新教学方式。

  3.考核内容及考核方式相对固化“地理信息系统原理与应用”作为专业必修课，课程考核由“课堂表现”、“随堂测验”、“课后作业”和“期末考试成绩”四部分组成，分别占5%、10%、15%和70%。现阶段课程考核方式的构成偏重对理论知识的考核，导致学生以死记硬背的方式片面机械化记忆学习，对“地理信息系统原理与应用”的知识体系、技术方法之间的关联缺乏理解，制约了学生独立思考和应用能力的养成。因此，本课题以地方应用型高校——沈阳工学院“地理信息系统原理与应用”课程为例，在教学现状调研分析基础上，针对课程中存在的问题，运用工作过程系统化的思路，提出以工作过程系统化驱动课程教学和实践的教学模式。在教学过程中将项目实践与理论教学相结合，突出任务驱动，通过重构课程教学内容，改革教学方法和考核评价模式，提升学生的自主学习能力、创新能力和项目实践能力。

2.3 课程改革思路及实施情况

   1.课程团队分工

   表3.7团队基本情况及分工

  2.课程改革思路

（1）优化课程内容在地理空间数据表达基础、空间数据的获取与处理、空间分析、空间数据的可视化与输出和地理信息系统开发与应用的章节，增加综合性实验，以提升学生综合分析能力和创新能力。案例选择上选用教师及企业的真实项目，引导学生参与到项目分析、设计实施方案和验证方法等全过程。

（2）融入课程思政坚持我校立德树人的人才培养方针，加强课程思政建设，通过介绍我国数字城市、数字校园的建设、GIS在疫情防控中的应用等案例以及李小文、黄大年等一大批爱国科技工作者科研报国、奉献终身的光荣事迹等正面典型来教育、引导、感化、激励青年学生树立正确的人生观、世界观、价值观。同时，坚持以人为本，关心爱护学生，尊重学生人格，在教学设计、组织上以学生为中心，统筹兼顾学生的不同需求。目前已建立了较为完善的课程思政案例库。

（3）创新教学方法在教学实施过程中，抛弃传统的理论教学+辅助上机为主的形式，转变成以工作过程为导向，探索项目实践教学方法。以学生为中心，以项目为中心，以实践经验为中心，将教学内容和目标巧妙地融入科研项目任务中，由任务驱动教学过程进展，实现产教学研一体化，从应用实践和学科前沿的高度引导学生探索GIS发展趋势。基于工作过程系统化“地理信息系统原理与应用”在课堂教学中最为重要的是模拟学生们在就业之后的工作环境，在这工作环境中充分的发挥工作过程系统化的优势。基于上文所述六大步骤（资讯、决策、计划、实施、检查、评价）对学生们展开教学，从而达到充分的工学结合的效果（图3.17）。

       图3.17“地理信息系统原理与应用”教学设计模型

（4）考核方式变革

  考核内容中提高了实践环节的权重，并侧重于对知识应用的考核。课堂表现包括课堂听讲情况、到课率、课堂提问等；课后作业考核学生对课程重难点内容的掌握程度；在教学环节中，鼓励学生围绕实际问题积极参加课堂或小组讨论，增加技术方案、案例作品等多种考评形式，并纳入小组汇报考核中；实验报告重点考察学生的实验报告的完成情况，检验学生对于GIS软件操作的掌握程度；在期末考试中，适度加入无标准答案主观试题的分值权重，考核学生综合运用知识的能力。 

3.课程改革实施情况授课前，教师调整好课程授课内容、优化考核内容及考核方式，整理好教案、PPT、课程思政案例库和实践案例库。授课过程中，遵循工作过程系统化理念，从资讯-决策-计划-实施-检查-评价六个方面开展教学。其中，“资讯”阶段主要是让学生们对于项目所用的数据和技术进行了解，达到技术交底的效果，这一过程中学生们如果对项目数据或者技术存在不理解的情况下，教师可以对这一困惑进行适当的点拨；“决策”阶段要求学生和教师一起进行集中讨论，明确关键要素，这一环节中教师需要帮助学生们完善工作计划；“计划”阶段以时间顺序将整个项目的连接成一个整体；“实施”阶段主要是针对第三阶段的技术方案进行相应的实施；“检查”阶段主要是对于学生们在这一过程中的工作结果进行差异化分析，学生彼此交流并展示这一过程的工作成果；“评价”阶段主要是学生和学生之间相互评价或者教师对学生进行评价，让学生们能够充分认识到自己在这一过程中存在的问题，并且寻找更加合适的解决问题的方式。

2.4课程目标达成情况与持续改进措施本课程目标包括：

1.知识目标：了解地理信息系统工程设计与开发；熟悉空间数据的获取方式、空间数据可视化表达及建立空间数据库的方法；掌握空间数据表达、编辑和处理的方法；掌握空间分析方法。

2.能力目标1：掌握地理信息系统含义、组成、功能、地理空间数据库等基本理论与方法，并能够将其运用于地理要素的采集、存储、管理与表达。

3.能力目标2：掌握空间查询与空间分析原理及方法，结合地理信息工程项目实例，能够分析地理空间要素的特征和相互关系，并建立数字模型，以解决实际地理信息工程问题。

4.能力目标3：培养学生能够针对城市规划与工程建设测量、资源勘察与开发、国土资源调查等工程项目，选择合适的数据并使用恰当的方法对地理空间要素进行表达和模拟，具备以地理信息系统为工具分析和解决实际问题的能力。

5.素质目标：树立正确的学习态度，养成良好的学习习惯，具备对技术问题的理解能力、归纳总结能力，以及发现问题和解决问题的能力。

（1）课程目标达成情况以20测绘1班为例，课程目标达成度统计详见表3.8。

        表3.8 

课程目标达成统计表项目目标分布如图3.18所示，学生整体成绩基本呈正态分布，主要集中于中等和良好水平，学生上课状态良好，期末复习阶段也较为努力认真，成绩结构能够较客观地反映出课程目标的达成情况。

     图3.18  

学生总评成绩分布②课程目标达成情况课程目标1的各考核点总分值为17.5分，学生平均实际得分14.34分，目标期望值17.5分，平均目标达成度0.82，总体来看达成度较好，达到良好水平。课程目标1主要考查学生对课程基础理论知识的掌握。利用学生课后作业完成情况和期末考试客观题得分情况进行考核，通过课上、课下反复练习，以及案例教学，学生对基础知识的理解和掌握较好。因此目标达成度较高，19名学生达成度在0.8及以上水平，详细的学生个体对课程目标达成度情况如图3.19所示。

     图3.19 

学生个体的课程目标1达成情况课程目标2的各考核点总分值为位25.75分，学生平均得分20.76分，目标期望值25分，平均达目标成度0.83，整体达成情况最好，达到良好水平。其中，20名学生达成度在0.8以上，详见图3.20，这部分学生的课后作业、课内实验报告和期末考试论述题得分均较高。课程目标2主要考查地理信息系统的基本理论和方法及对应的实践分析能力，这部分内容也是课程考核的重点内容之一。从评价结果和课堂实际教学情况来看，通过课上练习、课下作业、实验操作，多方面、多维度地对学生知识应用能力进行反复训练，使得学生知识应用能力得到锻炼，数据处理和分析能力得到了较好地强化，使得学生在此项课程目标的达成度较高。

                       图3.20

 学生个体的课程目标2达成情况课程目标3考核满分分值12.25，学生平均得分9.68分，目标期望值12.25分，课程目标平均达成度0.79，达到中等水平，详见图3.21。课程目标3主要考查学生对空间分析部分的理论知识及对应的实践技能的掌握情况，同时能够分析地理空间要素的特征和相互关系，并建立数字模型，以解决实际地理信息工程问题。从评价结果来看，有17名学生的达成度达到0.8及以上水平，达成度较高，学生对于空间分析的理论知识掌握较好，但综合分析和应用的能力不强，解决实际地理信息工程问题的能力有待提升。

            图3.21

 学生个体课程目标3达成情况课程目标4考核满分分值23.5，学生平均得分16.49分，目标期望值22分，课程目标平均达成度仅为0.75，处于中等水平，在所有目标中达成度最低，详见图3.22。课程目标4主要考查学生能够针对项目选择合适的数据和恰当的方法对地理空间要素进行表达模拟，重点考核学生发现问题、解决问题以及综合运用知识的能力。从评价结果看，有10名学生达成度在0.8以上。对于学生技能水平，通过课内实验报告数据处理情况来看，学生在老师的指导下能够进行基本的数据处理和分析，目标能够达成。但期末考试中论述题（73.17%）和综合应用题的正确率（73.62%）最低，总分20分，学生平均得分分别为36.59分和14.72分，部分学生综合分析的能力未达成。在今后课程教学中，应多引入相关教学案例，调整教学方法和手段，提升学生灵活运用知识的能力。

           图3.22 

学生个体课程目标4达成情况课程目标5考核满分分值为21分，学生平均得分17.09分，平均目标达成度0.81，达到良好水平。课程目标5主要考查学生的学习态度和职业素质水平，利用课堂表现表现得分情况和课内实验出勤、表现得分情况进行考核。从评价结果和学生实际课堂表现来看，学生出勤情况优良，课堂讨论和互动中大多数学生较为积极，能够针对老师提出的问题进行思考。在实验中能够根据老师分配的任务较好地完成任务。17名学生的达成度在0.8以上，详见图3.23。

       图3.23

 学生个体课程目标5达成情况课程目标1-5总体达成情况如图3.24课程达成度雷达图所示，其中课程目标1、课程目标2和课程目标5达成度在0.8以上，达到了良好水平，课程目标3和课程目标4达成度在0.7以上，处于中等水平，今后需要重点提升课程目标3和课程目标4的达成度。课程目标总体达成度较好，达成势态较为均衡。

     图3.24

  课程达成度雷达图质量管理与评估处自2022年10月起，对“地理信息系统原理”等核心课程的建设及教学满意度等情况开展了问卷调查。调查涉及七个方面内容：教学理念、课程教学团队、课程目标、课程教学设计、课程内容、教学组织与实施、课程管理与评价，设置了16个观测点。从调查的课程整体来看，学生对“地理信息系统原理”课程的课程管理与评价满意度较高，为95.72%。“地理信息系统原理”调查以2019级、2020级测绘工程专业的学生作为调查对象，共收回问卷99份，样本构成情况如表3.9。 

 表3.9 各专业各年级实际学生人数及样本构成情况

       表3.9 

各专业各年级实际学生人数及样本构成情况专业年级实际学生人数（人）回收问卷数（份）样本数占比（%）样本比例（%）总计11199—1002020级测绘工程555555.56100.00 2019级测绘工程564444.4478.57课程管理与评价指标的主要观测点是科学且可测量。教师备课要求明确，学生学习管理严格。针对教学目标、教学内容、教学组织等采用多元化考核评价，过程可回溯，诊断改进积极有效。教学过程材料完整，可借鉴可监督。此项一级指标包含1个二级指标，是多元化评价方面。问题一共设置了3项，分别是课程设置多元化考核评价情况、考核包含内容、对作业的评价情况。这3个问题的评价结果可以看出，学生对作业的评价情况满意度略低，为93.03。建议任课教师应该加强作业的评价、点评和为后续课程学习所提供的支持和帮助。

 （2）持续改进的措施目前，在现有教材案例和主讲教师项目案例基础上，收集和完善了综合性实验的项目案例素材。一方面，项目组成员梳理细化课程各章节的知识网络和重、难点，结合教师自身专业特点和所从事的优势科研领域，在课程组内部开展教师间的交流协作，构建内容丰富且适用性强的教学案例库。另一方面，到相关企业调研，收集优秀项目案例。未来持续改进的措施包括：①团队应根据学生知识基础和学习特点，设计“以学生为中心”的教学环节，包括每章节的案例选择、任务设定等；②授课教师观察学生在课堂上的学习效果，每位学生在小组讨论中的参与度；③采用访谈、调查问卷的方法，探明学生对新教学方法的接受程度，了解教学改革过程中存在哪些成绩或问题；④项目组针对教育活动和教育实践中的问题，采用“计划-行动-考察-反思”的模式，在行动研究中不断地探索、持续改进工作，解决教育实际问题。