丁 華，王素君， 李如仁

(1.沈陽建筑大學(xué)交通與測繪工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.沈陽建筑大學(xué)高等教育研究中心，遼寧 沈陽 110168)

習(xí)近平總書記在清華大學(xué)發(fā)表演講時(shí)指出：“科教興國已成為中國的基本國策。我們將秉持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源的理念，兼收并蓄，吸取國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)教育改革，提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)更多、更高素質(zhì)的人才，同時(shí)為各類人才發(fā)揮作用、施展才華提供更加廣闊的天地。”成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education，OBE)和項(xiàng)目式教學(xué)法(Project Based Learning，PBL)是分別來自教育高度發(fā)達(dá)的美國和德國的先進(jìn)教育理念和方法[1]。OBE是由美國教育學(xué)家William G.Spady在1981年提出的一種創(chuàng)新教學(xué)理念，并很快被推廣到北美、澳洲、南非及中國香港等地區(qū)[2]。OBE理念是一種以明確的學(xué)習(xí)成果或結(jié)果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，采用逆向思維的方式進(jìn)行課程體系建設(shè)的理念，是一種先進(jìn)的教育模式[3]。OBE理念推動(dòng)著傳統(tǒng)教育教學(xué)系統(tǒng)的變革和重構(gòu)，要求教育者在明確學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的前提下，圍繞該目標(biāo)和要求，制定教學(xué)計(jì)劃，更新教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系，改進(jìn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，并優(yōu)化考核方法和方式[4]。其先進(jìn)的教育思想被認(rèn)為是目前教育發(fā)展的主流方向，并成為了工程教育認(rèn)證的核心理念。

PBL萌芽于歐洲的勞動(dòng)教育思想，雛形為18 世紀(jì)歐洲的工讀教育和19世紀(jì)美國的合作教育，發(fā)展到20世紀(jì)中后期逐漸趨于完善，并成為一種重要的教學(xué)方法[5]。該教學(xué)法的核心思想是以學(xué)生為主體，學(xué)習(xí)方法是將實(shí)際項(xiàng)目融入教學(xué)中，動(dòng)態(tài)地引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索現(xiàn)實(shí)世界的問題和挑戰(zhàn)，在這個(gè)過程中領(lǐng)會(huì)并掌握更深刻的知識(shí)和技能[6]。PBL能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造力、動(dòng)手能力以及計(jì)劃執(zhí)行力，具有傳統(tǒng)應(yīng)試教育所不具備的優(yōu)勢。無論是OBE理念還是PBL方法都是目前高校課程教育改革的熱點(diǎn)。

GIS工程技術(shù)是測繪工程專業(yè)重要的專業(yè)課程，也是地理信息系統(tǒng)課程的應(yīng)用和延伸。課程要求學(xué)生掌握GIS軟件的基本功能和操作；能夠運(yùn)用GIS基本原理和GIS技術(shù)進(jìn)行空間分析和建模，并解決復(fù)雜的分析和管理問題；緊密結(jié)合地理信息空間分析的新理論、新方法和新技術(shù)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問題的能力。本課程需要具備一定的地理空間信息知識(shí)，地理信息系統(tǒng)為本課程的主要先修課程。目前，在GIS工程技術(shù)課程的教學(xué)改革和教學(xué)方法方面，學(xué)者們進(jìn)行了深入的研究[7-8]，但在教學(xué)中將OBE理念和PBL方法進(jìn)行深度融合的相關(guān)研究較少。且在現(xiàn)階段研究中，因OBE理念和PBL方法在課程改革中結(jié)合得不夠緊密，產(chǎn)生了無法從成果導(dǎo)向角度進(jìn)行有效輸出和考核等問題[9-10]，因此筆者探索將OBE理念和PBL方法全面引入GIS工程技術(shù)課程的教學(xué)—實(shí)踐—考核中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高校GIS應(yīng)用型課程的改革。

一、課程教學(xué)中存在的問題

GIS工程技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容上的問題主要集中在3個(gè)方面：一是教學(xué)內(nèi)容集中在軟件的基本功能和基礎(chǔ)操作上，與行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)結(jié)合不足；二是教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不能將所學(xué)知識(shí)靈活地運(yùn)用到實(shí)際的空間分析中；三是教學(xué)內(nèi)容與其他課程的銜接不夠緊密，存在相同內(nèi)容重復(fù)教學(xué)的現(xiàn)象，造成了教學(xué)資源的浪費(fèi)。近年來隨著大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)快速發(fā)展，其模塊越來越豐富，功能越來越強(qiáng)大。但傳統(tǒng)的GIS工程技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容仍然以簡單的空間查詢、分析為主，對(duì)模型構(gòu)建器、網(wǎng)絡(luò)分析等新技術(shù)講解很少，因此亟須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新并對(duì)教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。在地理信息領(lǐng)域中，解決實(shí)際問題除了需要熟練掌握GIS基本操作，還需要深度理解專業(yè)知識(shí)并靈活運(yùn)用，而這恰恰是當(dāng)前教學(xué)所欠缺的。此外，從2018年開始，沈陽建筑大學(xué)測繪專業(yè)增開了地圖制圖學(xué)先修課程，授課中增加了地理信息軟件基礎(chǔ)操作內(nèi)容，但由于課程銜接問題，具體內(nèi)容未能及時(shí)更新，這造成了教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)。

GIS軟件的操作講解在GIS工程技術(shù)課程中占較大比重，尤其在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中更是如此。現(xiàn)階段，課程對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解往往只注重軟件的操作步驟和流程，沒有實(shí)現(xiàn)知識(shí)的縱橫聯(lián)系及綜合運(yùn)用，缺乏與實(shí)際項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)；沒有深入講解所涉及的地理信息系統(tǒng)原理知識(shí)，使軟件操作與理論知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地理信息原理知識(shí)的內(nèi)化與遷移；沒有將行業(yè)應(yīng)用案例和實(shí)際項(xiàng)目引入實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。GIS工程技術(shù)課程集理論性、操作性和應(yīng)用性于一體，而傳統(tǒng)的考核方式是以文檔形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)和作業(yè)作為平時(shí)成績，期末筆試作為考試成績，這種方式難以全面地考核學(xué)生的動(dòng)手操作能力與綜合解決問題的能力。

二、OBE-PBL模式課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

以成果為導(dǎo)向的教學(xué)理念就是以最終目標(biāo)(最終學(xué)習(xí)成果或頂峰成果)為起點(diǎn)，反向進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，開展教學(xué)活動(dòng)[11]。OBE教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)地理信息系統(tǒng)人才的需要?；贠BE理念，適應(yīng)行業(yè)需要和研究生深造的需求，筆者對(duì)GIS工程技術(shù)課程的教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)及教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行了全面改革探索。PBL同樣強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，將項(xiàng)目貫穿到整個(gè)教學(xué)體系中，有助于OBE教學(xué)理念在教學(xué)中的實(shí)施。

1.基于OBE理念構(gòu)建新的教學(xué)內(nèi)容體系

基于OBE理念，結(jié)合地理信息行業(yè)和人才優(yōu)化的需求，明確學(xué)生應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)效果，制定合理的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方案等，排除或減少不太重要的內(nèi)容，增加新的行業(yè)熱點(diǎn)內(nèi)容，做到與行業(yè)實(shí)踐緊密結(jié)合，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生解決地理空間信息實(shí)際問題的能力。在課程教學(xué)過程中，確保各項(xiàng)內(nèi)容、每個(gè)環(huán)節(jié)都緊密圍繞教學(xué)目的，同時(shí)要符合知識(shí)由淺入深、由易到難的認(rèn)知規(guī)律[12]。地理信息行業(yè)要求從業(yè)者具有很強(qiáng)的地理空間信息分析能力，能通過空間分析和建模等功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)的深度挖掘，找出空間數(shù)據(jù)的時(shí)空分布特征。基于反向設(shè)計(jì)和正向?qū)嵤┑腛BE理念，在新的課程內(nèi)容體系中壓縮了地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容，以避免與其他課程教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，同時(shí)增加了模型構(gòu)建器及網(wǎng)絡(luò)分析等內(nèi)容(見圖1)。

圖1 GIS工程技術(shù)新教學(xué)內(nèi)容體系

2.將PBL融入新的教學(xué)體系

GIS工程技術(shù)是一門GIS軟件應(yīng)用類課程，偏重于空間查詢、空間分析及空間建模等GIS軟件應(yīng)用教學(xué)，將PBL引入課程教學(xué)將極大地提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課程教學(xué)中以ArcGIS10.2為教學(xué)軟件，將PBL融入課程教學(xué)體系，結(jié)合OBE理念對(duì)整個(gè)教學(xué)體系重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，其內(nèi)容可以歸納為以下3個(gè)方面。

(1)建立3個(gè)層次的PBL教學(xué)模式

PBL融入教學(xué)分為小項(xiàng)目、綜合項(xiàng)目和復(fù)雜項(xiàng)目3個(gè)層次。首先是在各個(gè)小節(jié)的學(xué)習(xí)中使用一些小實(shí)例來增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在這一層次中要以教師為主導(dǎo)，需要教師一步步指導(dǎo)學(xué)生完成操作，同時(shí)引出對(duì)應(yīng)的地理信息基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)踐操作與理論聯(lián)系到一起；在每章教學(xué)內(nèi)容完成后，教師設(shè)計(jì)1～2個(gè)綜合項(xiàng)目并給出完成思路和技術(shù)路線，學(xué)生根據(jù)教師提供的思路，通過查閱資料和下載數(shù)據(jù)，在獨(dú)自完成項(xiàng)目的同時(shí)也嘗試提出新的方法；在實(shí)驗(yàn)階段，要完成比較復(fù)雜的綜合項(xiàng)目，教師提供真實(shí)的課題或行業(yè)項(xiàng)目，學(xué)生分組查閱相關(guān)論文，設(shè)計(jì)技術(shù)路線并完成項(xiàng)目，教師給予相應(yīng)的指導(dǎo)和參考意見。這3個(gè)階段由淺入深，逐漸從教師主導(dǎo)轉(zhuǎn)移為以學(xué)生為中心，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和解決問題的能力。以第五章ArcGIS空間分析與統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)為例，將PBL融入整個(gè)課程教學(xué)體系(見圖2)：在每節(jié)課程的學(xué)習(xí)中，通過設(shè)計(jì)4個(gè)小項(xiàng)目幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)的使用軟件進(jìn)行空間查詢和分析的能力，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維；在每一章教學(xué)完成后，通過教師設(shè)計(jì)的2個(gè)綜合項(xiàng)目，使學(xué)生深入理解并掌握該章的主要知識(shí)點(diǎn)，鍛煉學(xué)生解析空間問題的能力，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；最后的復(fù)雜項(xiàng)目選用行業(yè)中的實(shí)際項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考能力為主，其目的是進(jìn)一步提升學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到行業(yè)實(shí)際中的能力。

圖2 PBL融入課程教學(xué)體系的設(shè)計(jì)示例

(2)利用模型構(gòu)建器進(jìn)行可視化建模

模型構(gòu)建器(Modelbuilder)是ArcGIS軟件提供的數(shù)學(xué)建模工具，為設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)分析提供了一個(gè)可視化建模工具[13]。模型構(gòu)建器能夠?qū)⒁幌盗锌臻g分析工具串聯(lián)在一起構(gòu)成工作流，因此能夠輕松構(gòu)建復(fù)雜的空間分析模型，并將空間分析過程以流程圖的形式直觀地展示出來[14]。學(xué)生通過模型構(gòu)建器可以清晰地了解項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)流程，形成直觀的邏輯鏈路；對(duì)空間分析中出現(xiàn)的錯(cuò)誤可以逐步溯源修改；并且由于模型能夠長久保存，可以反復(fù)查看并多次運(yùn)行。由此可見，將模型構(gòu)建器運(yùn)用到地理信息空間建模教學(xué)中，有利于學(xué)生空間建模思維的形成，進(jìn)而提高GIS工程技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。

以道路擴(kuò)建分析為例，案例中要將道路寬度從原來的20 m擴(kuò)建到40 m，需要考慮以下要求：道路兩側(cè)有很多房屋，在道路拓寬過程中需要進(jìn)行房屋拆遷；由于經(jīng)費(fèi)問題只能拆遷樓層小于等于6的樓房；此外，為了避免浪費(fèi)，近5年的新修房屋也不在拆遷范圍內(nèi)。該問題空間分析的步驟是：先進(jìn)行道路緩沖區(qū)分析，確定道路擴(kuò)建范圍；剔除擴(kuò)建范圍內(nèi)層數(shù)大于6的樓房；剔除擴(kuò)建范圍內(nèi)最近5年新修的房屋；最后進(jìn)行相交分析，確定需要拆遷的房屋。根據(jù)以上問題解析，需要選用緩沖區(qū)、相交及篩選等空間分析工具來完成項(xiàng)目，具體建模過程如圖3所示。借助模型構(gòu)建器，學(xué)生可以很容易地將緩沖區(qū)分析、篩選及相交操作等多個(gè)空間分析工具鏈接在一起，從而構(gòu)建復(fù)雜的空間分析模型，這有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，培養(yǎng)學(xué)生的空間分析能力與建模興趣。模型構(gòu)建器提供的可視化功能，清晰地展示了整個(gè)項(xiàng)目的邏輯流程，這也有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。綜上所述，模型構(gòu)建器為PBL教學(xué)方法在GIS工程技術(shù)課程中的順利實(shí)施提供了有力的支持。

圖3 道路擴(kuò)建可視化分析模型

(3)采用線上線下一體化教學(xué)模式

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，中國在近幾年迎來了線上教育的蓬勃發(fā)展，這極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教育的不足。GIS工程技術(shù)課程在教學(xué)中除了采用傳統(tǒng)的線下學(xué)習(xí)方式，也增加了雨課堂、騰訊會(huì)議、網(wǎng)易云課堂及騰訊課堂等線上教學(xué)方式作為補(bǔ)充。尤其是PBL方法需要線上、線下兩種教學(xué)模式的共同支持，才能有效地實(shí)施。以綜合項(xiàng)目為例(見圖2)，在綜合項(xiàng)目的方案討論和修改階段，一般選擇在線上進(jìn)行，以各小組學(xué)生為主，教師只提供指導(dǎo)意見，其他小組學(xué)生可以對(duì)方案提出質(zhì)疑，根據(jù)教師和其他小組學(xué)生的反饋意見進(jìn)行方案修改；最后的結(jié)果分析和成果在線下進(jìn)行討論和展示，各小組學(xué)生需要給出技術(shù)路線、階段性成果及最終成果，教師與學(xué)生進(jìn)行交互，形成最終評(píng)價(jià)。線上線下一體化教學(xué)模式有利于項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施，是綜合項(xiàng)目順利進(jìn)行的保證，也是提升學(xué)生解決實(shí)際問題能力的有效手段。

3.基于OBE-PBL的實(shí)踐教學(xué)改革探索

實(shí)踐教學(xué)改革要根據(jù)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提升的要求，重構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系和建立實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量保障機(jī)制，不斷提高本專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)水平[15]。GIS工程技術(shù)實(shí)踐課基于OBE理念引入面向行業(yè)的實(shí)踐項(xiàng)目，采用PBL教學(xué)模式，注重學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以達(dá)到培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才的目的。培養(yǎng)應(yīng)用型人才是高校適應(yīng)行業(yè)需求的迫切需要，解決實(shí)際問題是應(yīng)用型人才必備的能力，而實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生解析空間問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要[16]。在GIS工程技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，根據(jù)行業(yè)需求和應(yīng)用，設(shè)置了4個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及交通、房產(chǎn)、醫(yī)療及遙感等領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容中的復(fù)雜項(xiàng)目。這4個(gè)實(shí)驗(yàn)擬采用PBL方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、討論、修改、實(shí)施及分析，并逐一完成(見圖2)。

足夠的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)能夠最大限度地保證學(xué)生順利完成各個(gè)層次的項(xiàng)目，因此GIS工程技術(shù)課程通過調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，將原來的理論學(xué)時(shí)進(jìn)行縮減，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)從原有的8學(xué)時(shí)調(diào)整為16學(xué)時(shí)。以遙感影像預(yù)處理綜合實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)中各小組需要先制定方案，包括數(shù)據(jù)采集、項(xiàng)目流程圖及可行性分析；在線上對(duì)各組的方案進(jìn)行分析，教師適當(dāng)?shù)靥峁┲笇?dǎo)和幫助，其他小組學(xué)生也可以給出建議，進(jìn)而完成對(duì)方案的完善及修改；各小組在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)施方案并得出結(jié)果；在騰訊課堂中展示各小組的階段性成果和最終成果，教師與各小組以及小組之間進(jìn)行互動(dòng)互評(píng)，最后評(píng)出成績。

4.采用多元化的全面考核方式

OBE教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向，那么如何判斷學(xué)生是否取得了理想的學(xué)習(xí)成果就成為評(píng)判的重點(diǎn)[17]。若想了解學(xué)生學(xué)習(xí)成果的達(dá)成度，就需要采用過程評(píng)價(jià)和期末總考核相結(jié)合的多元考核方式。課程的考核以考核學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容?？己藘?nèi)容包括大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末上機(jī)和期末筆試，其中，大作業(yè)成績占總成績的20%，實(shí)驗(yàn)成績占總成績的20%，期末考核(上機(jī)+筆試)占總成績的60%，具體考核內(nèi)容和方式如表1所示。優(yōu)化后的課程考核方式，可以使教師更好地了解學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況，并據(jù)此持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方式和方法，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

表1 課程考核內(nèi)容和方式

三、結(jié) 語

中國的地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過20多年的發(fā)展，進(jìn)入了快速發(fā)展階段，已經(jīng)與交通、房產(chǎn)、規(guī)劃、應(yīng)急、數(shù)字城市建設(shè)、水利及農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)相融合，具有良好的創(chuàng)業(yè)、就業(yè)前景。傳統(tǒng)的GIS工程技術(shù)課程采用以教師為中心、以理論教學(xué)為主、以應(yīng)試教育為目的的教學(xué)模式，難以適應(yīng)現(xiàn)代地理信息行業(yè)對(duì)于應(yīng)用型人才的需求，因此對(duì)課程改革的探索迫在眉睫。針對(duì)實(shí)際教學(xué)中存在的問題，基于OBE理念，深度融合PBL方法，從教學(xué)內(nèi)容體系、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等方面，對(duì)GIS工程技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行改革探索。其目的是使學(xué)生及時(shí)了解行業(yè)前沿資訊及熱點(diǎn)，接觸社會(huì)實(shí)踐和真實(shí)科研項(xiàng)目，接受多層次的項(xiàng)目式教學(xué)方法的錘煉，練就獨(dú)立解決空間分析問題的能力，為成為具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。沈陽建筑大學(xué)測繪專業(yè)從2018年開始進(jìn)行的工程認(rèn)證，為GIS工程技術(shù)課程改革探索提供了必要的條件和支持。經(jīng)過3年多的教學(xué)實(shí)踐，已經(jīng)取得了良好的效果，學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問題的能力都有了顯著提高。今后在GIS工程技術(shù)課程教學(xué)中，將探索OBE理念與PBL方法有機(jī)貫通的更多方式，結(jié)合更多新的教育信息化手段和實(shí)踐方法，以期使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中感悟、在實(shí)踐中成長。