应用型GIS课程任务驱动教学模式研究

谭立元，张所地，荆树伟

（山西财经大学管理科学与工程学院，山西太原030006）

一、引言

现代空间信息技术的发展提高了一国经济建设的效率，也改变了人们生产和生活的组织方式。据统计，在人们对信息的需求中，有85%的信息是与空间信息相关联的。地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是基于计算机硬件和软件系统的支持，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的地理分布数据进行采集、存贮、管理、分析、显示和描述的技术系统（汤国安等，2013）[1]。该系统自20世纪60年代诞生至今，已由最初供专业人员使用的专业系统，拓展到政府公共管理、资源开发利用、区域发展规划、工程项目管理、公共交通管理等领域，成为具有综合性、多方向性的基础应用学科。

20世纪90年代中后期，国内高等院校、科研机构开始将GIS作为信息社会人才培养的重要方向，特别是综合性大学、师范类高校、财经类高校依托各自的学科背景，设置了应用型GIS课程，以期为GIS应用行业提供具有专业知识和应用开发技能的复合型人才，适应我国经济和科学发展的需要。

二、工程管理专业应用型GIS课程教学现状分析

随着GIS技术在社会各领域的广泛应用，GIS课程所依托的学科背景也由地理学、测绘学、计算机科学，扩展到地质勘探、环境保护、资源管理、城市规划、房地产开发、工程管理等不同的专业领域，成为一个跨学科、多方向的基础研究平台（黄木易，2011；方书敏，2013）[2，3]。该研究平台可以将工程管理专业知识融入教学实践，形成系统的、有层次的工程管理专业应用型GIS课程体系，为GIS课程改革提供了契机。教师在教学实践中如果能将专业基础理论与地理空间知识有机结合，则可以引领工程管理专业的学生从宏观空间地理学的角度思考问题。

由于应用型GIS具有多学科集成、渗透性强、发展和更新速度快等特点，目前工程管理专业的应用型GIS课程体系和教学方案设计尚存在一些缺陷。首先，教学实践环节偏弱。应用型GIS课程强调针对性和实用性，重视实践教学，其实践教学模式独具特色，但工程管理专业开设的应用型GIS课程偏重理论化，应用性不强。其次，教学方法有待改进。大部分高校的应用型GIS课程是工程管理专业的专业方向课，课时数量有限，教学内容枯燥，学生不易学习和理解。在教学过程中，教师采用传统的课堂讲授方法，只强调GIS理论的学习，忽略了GIS知识应用和分析能力的培养。再次，缺乏适用的应用型GIS教材。GIS的专业书籍虽然很多，但作为GIS专业教学的教材质量参差不齐，适合工程管理专业的应用型GIS教材更少。

基于此，本文将在总结应用型GIS课程教学实践的基础上，结合工程管理专业人才的培养目标，将任务驱动教学模式引入应用型GIS课程教学活动中，提出应用型GIS课程任务驱动教学模式的具体实施策略。

三、应用型GIS课程的任务驱动教学模式实施过程

应用型GIS课程的任务驱动教学模式是以建构主义教学理论为基础的教学模式，适用于实践性、实验性和操作性强的课程。在教学活动中，学生是应用型GIS课程的主体，教师则从GIS知识讲授者转变为GIS任务的引导者。在科学分析学情的基础上，教师创设富有趣味性并能激发学生学习兴趣的教学情景，将应用型GIS课程的教学内容提炼成一个或多个递进性的任务。学生围绕应用型GIS任务，结合工程管理专业知识，利用各种学习资源进行协作自主学习。每个应用型GIS任务经过分析、实施和评判之后，学生会形成新的认识，教师应结合教学内容，针对问题和知识点进行精准讲解（吴洋，2017）[4]。学生在教师的指导下对应用型GIS任务进行完善，最终达成学习目标。

图1 应用型GIS课程的任务驱动教学模式实施过程

（一）学情分析

1.学情分析是应用型GIS课程建设的重要环节。在应用型GIS课程建设过程中，教师必须考虑社会需求、学科需求和学生需求，以确保应用型GIS课程的适切性。对工程管理专业学生进行科学的学情分析，是教师全面了解学生的差异性、分析GIS与工程管理学科的结合点、构建应用型GIS课程体系必不可少的环节。学情分析对应用型GIS课程的教学方法、教学内容、教学效果具有决定性作用，同时也与学科差异融合、学生就业需求、创新能力培养有着密不可分的联系。

2.科学的学情分析为应用型GIS课程教学活动设置提供了基本依据，指明了教学方向和基本方法（马文杰和鲍建生，2013）[5]。应用型GIS课程的教学预设与教学生成都是基于工程管理专业学生的需要，最终为促进工程管理专业学生的综合发展提供服务。在课堂教学过程中，即时生成的各种信息是重要的教学资源，其为应用型GIS课程教学目标、内容、方法的调整提供了可靠的依据。因此，学情分析不仅是教学设计过程中需要考虑的问题，它更应贯穿于应用型GIS课程教学的整个过程。

3.学情分析是应用型GIS课程任务教学模式实施的基础。在驱动型任务设计中，学情分析可以提供基本素材与重要指导（李代勤，2009）[6]。通过学情分析，教师还可以全面了解工程管理专业学生的知识结构体系、学习状态、学习态度、学习动机等方面的基本信息，为选定课程教材、确定教学内容、选择教学方法、设计教学流程提供基本的依据。工程管理是专业性很强的综合学科，具有知识面广、实践性强等特点，工程管理专业的学生通过本专业的基础课程学习，应该能够较好地掌握工程管理基础知识，同时具有较强的实践能力。从学生的实际情况来看，工程管理专业的学生通过计算机等课程的学习，对数据库原理、操作系统、工程制图等相关知识有了一定的了解，部分学生具有一定的程序设计能力。对于GIS的应用，学生在学习和生活中对其已有基本的了解，部分学生在学年论文的写作和课题的研究中，能够初步地将GIS空间数据分析功能应用于工程项目管理中。

（二）创设教学情境

创设情境的直观性和生动性是实施应用型GIS课程教学的前提，教师可以利用精准讲述、操作示范、多媒体介入等教学手段，将抽象的应用型GIS教学内容转化为具体的情境，使学生置身于可感知的教学环境中进行观察和体验，直接感受情境中的思想与知识，调动学生的非智力因素，营造良好的教学情境。

1.联系生活实际。地理空间数据与学生的日常生活密不可分，如果能从学生的视角出发，以日常生活中的事件和工程管理专业的知识为切入点进行教学，可以激发学生的学习兴趣和学习动机，调动学生参与课程活动的积极性。应用型GIS课程有许多抽象的、难以用语言表达的空间概念、事物、现象和规律，学生对此不易理解，教师可以通过搜索学生家乡、学校或规划旅游线路等方式，创设具有趣味性的情境。

2.关注科研热点。应用型GIS课程教学与科研热点是紧密联系的，教师可以利用科研热点和时事新闻创设相应的教学情境，引导学生将学科前沿问题与GIS课程知识相结合，利用GIS可视化的功能分析和解释当前的经济现象，从而培养学生学习应用型GIS课程的兴趣，提高学生自主科研的能力。例如，教师可以以“一带一路”为背景创设教学情境，通过绘制有关“一带一路”经济、交通、环境等方面的GIS专题图，分析国家的经济政策。

3.利用多媒体教学。由于应用型GIS课程涉及地理学、地图学、计算机等学科，外延至工程管理、行政管理、项目管理等学科，涵盖空间数据、图形数据、属性数据等基础知识，因此，传统的以教师讲授为主的教学方式难以适应动态的地理空间知识学习及多样化的学生需求。在多媒体教学过程中，教师应利用动态图、声音、视频等方式创设情境，激发学生对GIS课程的学习兴趣和主动参与意识，提高教师的教学效率和学生的学习效果。例如，地理信息系统的数据结构是较为抽象的，难以用语言表达，教师可以利用Google Earth软件，通过浏览、下载、拼接、合成、展示卫星图片，使学生了解Google Earth的栅格式数据结构，亦可通过为学生规划回家、返校或旅游路线，输入出发地和目的地，展示矢量式数据结构的特征。通过以上教学，教师可以营造具有高沉浸感、可视的、三维交互的教学情境，使学生能够更深刻地了解地理信息系统中基本的数据组织方式。

（三）设计驱动型任务

1.任务驱动式学习是培养应用型人才的全新教育方法，也是应用型GIS课程教学模式的核心内容。采用任务驱动教学模式的目的在于提高工程管理专业学生空间分析的综合能力，使学生在掌握GIS基本理论和方法的基础上，能够应用GIS软件处理和分析空间数据，从而改变以教师为中心、以知识为本的教学方法，形成以学生为中心、以能力为本的新的教学模式。

2.任务的质量会直接影响应用型GIS课程教学的效果。驱动型任务应具有目标性、完整性、实践性、整体性、开放性、可操作性和适应性（李代勤，2009）[6]，教师在设计驱动型任务时，应将教学目标和教学内容按照“由低到高，由浅入深，由易到难”的原则融入每个GIS任务中，确定具有可操作性和可选择性的创新实践任务，形成“知识相互联系，任务相对独立”的驱动型GIS任务系统。

3.应用型GIS的教学内容应与工程管理专业知识紧密结合，形成完整的驱动型GIS任务系统。在驱动型GIS任务系统中，各项任务既可以是GIS软件的具体操作、专题地图的绘制，也可以是空间数据库的建立、工程三维模型的构建等。任务内容应涵盖GIS应用中的具体概念、原理和方法，使学生在完成GIS任务时，不仅能够巩固工程管理专业的重要理论，而且能够提高空间分析能力。应用型GIS课程每学期共有32个课时，根据工程管理专业的人才培养目标，本文在分析学生基本情况和知识背景的基础上，将驱动型GIS任务系统分为六个子任务，包括学时、任务内容、主要知识点和教学目标等方面。

表1 应用型GIS课程的驱动型任务系统

（四）协作自主学习

协作自主学习是与传统被动接受学习不同的学习方式，由于GIS学科具有很强的综合性、空间性、区域性和实用性特征（尚颖娟，2007；柳锦宝等，2017），传统的学习方式难以体现GIS的空间数据分析、解释等功能，教学效果不甚理想。协作自主学习可以促使学生利用GIS空间分析功能解决工程管理中的实际问题，提高学生的空间分析能力，并通过学生之间的相互沟通，分享GIS和工程管理的知识，增强学生的包容力和合作意识。因此，将协作自主学习方式引入应用型GIS课程教学，可以使工程管理知识与GIS有机结合，为学生提供合理的学习方法和GIS工具，提高学生的理论学习和实际应用能力。

在协作自主学习过程中，三至四名学生可以组成一个学习小组或团队，小组成员通过协作交流和分析讨论获得知识、解决问题，共同完成应用型GIS任务。在应用型GIS任务的实施中，学生应是任务的中心，是掌握GIS知识的主体。经过前期的专业知识学习和积累，学生可以从空间数据分析的视角理解任务、抽象问题、分析问题，并根据小组成员的研究成果和收集到的资料，通过共享交流，扩大GIS知识储备，制定可行的解决方案。由此，学生在实践教学中按任务计划实施，可以提升自身解决问题的能力。在整个协作自主学习过程中，教师要正确引导，把握应用型GIS任务实施的内容、进度和方向，注重培养学生的互助思维、协作分析和实践能力。

（五）评价和总结任务

任务评价是学生学习效果反馈的一种有效途径，也是最能体现学生掌握应用型GIS理论知识、运用空间数据解决工程管理问题的一种方法。在任务驱动型教学模式中，教师对学生完成任务的评价不只看最后完成的结果，而是对学生整个学习过程的评价。在完成任务的过程中，学生不同程度地展示了自己的学习和实践能力，如工程管理专业知识应用、GIS任务分解与实施、空间数据分析、GIS软件操作等，同时，学生的科研意识、创新意识也在完成任务的过程中表现出来。因此，教师对学生完成GIS任务的整个过程进行评价是非常重要的，学生应用型GIS任务完成情况的评析可以采用自我评价、学生互评和教师点评三种方式。

1.自我评价。应用型GIS课程任务驱动教学模式中的任务是开放性的，评价任务的标准也非唯一的、绝对的。例如，对于地图配色、系统界面设计、三维图形展示等任务，每个学生都有各自的评价标准，这与学生的知识背景、认知特点、审美能力有着密切的关系。因此，教师应引导学生客观、准确、科学地进行自我评价，梳理任务完成过程中的知识点和思路，这实际上也是“温故而知新”的过程。

2.小组互评。互评是对学生知识、创意的评判及共享的过程，教师可以组织学生进行组间互评，展示各组的GIS任务成果，讲解各组的设计思路和知识应用要点，使学生学会取人之长、补己之短。

3.教师点评。点评是建立在教师与学生充分交流与互动的基础上，在这一过程中，学生对GIS任务的完成情况有了更深的理解。在点评之前，教师要充分肯定学生的设计成果，使学生获得一定的成就感。在点评中，教师应指出学生完成GIS任务过程中存在的问题和缺陷，并以问题引导的方式，通过精准讲解，分析问题产生的原因和解决方法，从而完善各组的GIS任务。在教师点评的基础上，学生对任务的完成情况进行反思和总结。

四、应用型GIS课程任务驱动教学模式的效果评价

教学效果评价是依据一定的标准，采用可操作的科学手段，通过系统收集相关教学信息，对教学活动的过程和结果进行相应的价值判断。教学评价的内容是多方面的，除了学生的学习结果之外，每一个教学环节和步骤都可以是评价对象（孙俊俊，2013），应用型GIS课程对培养工程管理专业学生的空间思维能力，提高其空间数据分析能力及全生命周期工程项目管理能力具有重要意义。山西财经大学工程管理专业应用型GIS课程自2010年开设至今，坚持教学探索与改革，以培养学生成为基础扎实、知识广博、学有所长、适应学科发展和市场需求的应用型人才为目标。由于工程管理专业具有特殊性，应用型GIS课程被设置为专业选修课，课程于大学本科四年级开设，课时为32个学时。在这有限的课堂时间内，要想教会学生掌握GIS课程的全部内容有很大的难度。因此，笔者将任务教学模式引入课堂，将GIS与工程管理的相关课程相互衔接，将GIS课程的部分内容穿插到工程管理应用中，以解决GIS课程课时量不足的问题，使GIS教学内容能够得以延伸，提高学生运用GIS解决实际问题的能力。

笔者对工程管理专业学生GIS课程教学效果的问卷调查（共322人）结果显示：有83.3%的学生认为应用型GIS任务驱动教学模式有利于GIS基本知识和理论的理解与掌握，易于引发学习兴趣，学习效果有了明显提升；有15.1%的学生认为教学效果一般，这些学生一般掌握了扎实的工程管理专业理论和GIS知识，劣势是缺乏GIS软件操作能力和自主解决实际问题的能力；有1.6%的学生认为传统教学模式与任务教学模式的教学效果并无明显差别。总体来看，应用型GIS课程采用任务驱动模式进行教学，可以激发学生的学习兴趣，培养学生的空间分析能力，提高学生的动手能力。

在科研论文写作方面，许多学生在学年论文和毕业论文的选题、开题、写作过程中，将GIS应用于工程管理的各领域，如GIS在市政工程管理中的应用、基于GIS的商品房价格分布规律、基于GIS的资源型城市宜居性评价等。GIS矢量（栅格）地图、空间分析、数字高程模型等方法的采用，拓宽了学生论文选题的方向，提供了实用性的研究方法，增强了空间数据的解释和展示能力，提升了学生科研论文的质量。

五、结语

应用型GIS任务驱动教学模式对培养适应学科发展和市场需求的应用型GIS人才具有重要作用，有利于学生知识、能力、素质三者的协调发展。教师根据工程管理专业人才培养方案和目标，将应用型GIS引入工程管理专业课程，有助于提高未来工程管理人员的综合能力，使其能够有效应用GIS及其他高新技术进行工程项目规划、设计和实践，使工程项目管理行为更为规范、更有效率、更为科学量化。同时，教师将任务驱动教学方法引入应用型GIS课程，分析应用型GIS课程任务驱动教学模式的实施过程与策略，对于提高应用型GIS课程教学质量和效果，发挥工程管理专业学生的主观能动性，培养学生的团队合作精神等，都具有一定的促进作用，以此可以推动工程管理专业应用型GIS课程的教学改革与发展。

［1］汤国安，赵牡丹，杨 昕，等.地理信息系统［M］.北京：科学出版社，2013：2.

［2］黄木易.非GIS专业地理信息系统课程教学改革及优化实践［J］.现代农业科技，2011（10）：11-12.

［3］方书敏.GIS专业“空间分析”课程教学与实践［J］.长沙铁道学院学报（社会科学版），2013，14（4）：124-125.

［4］吴 洋.任务驱动法下工程造价课程教学改革设计分析［J］.价值工程，2017，36（8）：196-197.

［5］马文杰，鲍建生.“学情分析”：功能、内容和方法［J］.教育科学研究，2013（9）：52-57.

［6］李代勤.任务驱动教学模式的探讨［D］.长沙：湖南农业大学，2009.