“去GIS化”潮流下高校GIS专业新手教师未来发展探究

李翔

摘要：地理信息系统（GIS）从诞生到发展至今已经历经了半个多世纪的沧桑，随着大数据和人工智能技术的深入推进，传统GIS在产、学、研各方面都受到了较大的冲击，而作为GIS专业的教师，尤其是新入职的教师，如何把握好GIS学科的教学改革和转型，是决定学科未来发展的关键。文章在分析当前GIS学科瓶颈问题的基础上，针对当前GIS教学过程中存在理论概念过多、与现实生活相差甚远以及实践方式和内容较为单一等问题，探讨并提出了采用设计情景的教学引入、章节知识“微思维导图”和以小组为中心的任务导向实践方法等相应措施，以期付诸于未来教学实践中，从而实现GIS作为通选必修课的教学目标，为大数据时代的GIS教学提供一个新的教学思路。

关键词：地理信息系统;新手教师;情景教学;任务导向

中图分类号：G451   文献标志码：A          文章编号：1673-8454（2020）04-0072-05

一、引言

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[1]。GIS经过半个多世纪的发展基本趋于成熟和稳定，但近年来不断爆出“去GIS化”的未来趋势令人深思，“传统GIS已死”“GIS消亡”这样的话题似乎每年都要刷屏朋友圈，特别是今年国务院机构改革，不再保留国家测绘地理信息局，让大家更迷茫[2]。这样的话题对于刚刚迈进GIS专业教学队伍的新手教师而言，压力油然而生。

回想学生时代，在学习GIS过程中也有着这样那样的问题，但短短几年间，随着计算机技术的发展和大数据时代的降临，GIS教学又出现一些新的问题[3-5]。结合新旧问题，当前GIS教学短板和问题主要集中在以下几个方面。

1.专业教材种类繁多，知识碎片化、过载化严重

以本院校为例，CIS是面向全院各个专业技术本科学生开设的专业基础必修课，是学生认识、理解和应用GIS的基础核心课程。“互联网+”和大数据时代是个知识爆炸的时代，各类GIS专业课程和辅导教材层出不穷，再配合互联网上的各种教辅和延伸资源，学生针对课程的学习资料可以说是取之不尽的[6-7]。大量知识的碎片化也是直接影响教学效果的一大因素。因此，当前教学的任务比先前传统的教学方法应有较大转变，从学习资源匮乏到现在的丰盈甚至过量，需要找到学习的主线和注重点，教会学生去总结、提炼和升华，而不要过度地迷失在GIS专业知识的深海当中不可自拔。

知识容量过大，最直接的表现就是前后衔接出现较大问题，往往学着学着忘了，整个学科的体系性和逻辑性受到了很大的破坏，一般会出现GIS课程一学期学习下来，感觉到一无所获，随着时间的再延伸，基本理论概念和方法也都模棱两可，教学质量和效果受到了很大挑战。

2.理論性较强，与实际工作生活联系不够密切，内容抽象难以引起兴趣

当前的教材和辅导资料基本都是围绕了GIS中的空间数据而展开的，大多讲授的是GIS的基本原理和方法，理论性较强，抽象内容较多，尤其是某些概念性章节，抽象的概念和理论更多，容易让学生陷入一定的思维空洞。尤其是现在的本科学生都已经是90后甚至是00后，对于一些经典的教学案例背景并没有先验的知识储备，造成案例教学法和类比教学法事倍功半，教学质量大打折扣，因此，采用与时俱进、消除代沟的教学引导方法，找到学生的兴趣点甚至是兴奋点，是拉近教师与学生距离的必要保障。

3.实践课程千篇一律，多流于逐项功能体验和模仿复制

传统的GIS实践教学环节的课程安排中，主要以实践教材中的操作步骤和流程规范为导向，重点放在验证、呼应理论知识的内容要点，实习内容过于程式化、固定化，通常的实习课程都是按照实践教材按部就班地走一遍步骤流程，缺乏综合性、分析性的实践内容。这种仅以知识的验证或者再现为基本目的的传统实践教学模式，不能很好地训练学生解决实际问题的能力，更不利于培养学生善于思考和自主创新的能力[8]。

4.技术性工具培训or学科性教学科研

过去20年，GIS的重点是数据采集和建库，而在大数据时代，利用数据支撑决策才是价值所在。空间辅助决策的核心是综合与高效，而地图数据综合有先天缺陷成为无解难题。半个多世纪前的GIS基础理论，至今没有根本进步，由点线面和拓扑构成的世界，让GIS与众不同，同时又与世隔绝。“为世界建模”的理想固然美好，但世界变了，GIS却仍在固守[10-11]。

到底是当GIS教练？还是当GIS教师？“师者所以传道授业解惑也”，如果GIS真的由一门学科变为一项工具技能，那么是不是高校GIS教学就犹如汽车驾校一样配上三五专项教练即可呢？这当然不是GIS从业者所想看到的，但不可否认，无论从GIS当前适用人群还是应用范围来看，的确在大众化方面有这么一个趋势。因此，要回到GIS教学的本质抓住“传道”的精髓，让学生真正学习到GIS思维、理念和技术方法，而不是单单掌握其中的操作技巧或者工具集。GIS教学不只是技术技能培训那么简单，最为核心的还是为学生指明如何从现实世界通往计算机世界（GIS世界）的道路。

二、改革型教学思路

1.教学情景代入方法的设计

（1）联系生活实际

地理空间数据源自于日常生活，也服务于日常生活。如果能从学生的视角出发，将他们身边的经历和见闻与地理信息专业知识有机地结合起来，将大大缩短学生与专业课程的距离，从而提高学生的学习积极性和兴趣程度[12]。当前本科生都是90后和00后群体，其思想理念和兴趣爱好相对较为新潮和时尚，因此在课前全面了解学生的日常兴趣爱好是找到相应切入点的关键所在。例如针对男生，运动型的大多热爱足球五大联赛、NBA等一系列赛事，而相对“宅”一点的很可能会接触到最近大热的“吃鸡游戏”等;而女生更爱刷刷微博、朋友圈，玩玩直播类等，而这些都可以作为课程的切入点引入课程主题。根据学生常常关注接触且感兴趣的话题，找到其与课程内容的关联，调整以前的相对经典案例，与时俱进，提高课程的吸引力和关注度，引起学生的兴趣。

（2）聚焦社会热点

当前信息化社会，各种融媒体手段层出不穷，每天手机掌上App推送的热点消息如约而至，尤其是一些学术前沿热点和时政要闻在每天上课之前的阅读过程中成为了“先入为主”的存在，那么将这些热点消息作为教学情境的切入点带到课程教学中，将会极大地增加学生的认同感，聚焦学生的思维专注力，再将GIS专业知识以某一点具体应用无缝链接到课程导入环节中，将更有利于学生快乐、自主地接受和理解知识要点。例如，教师可以以“十九大报告中国家辉煌成就”为背景创设教学情境，通过绘制有关建国70周年来我国在政治、经济、军事、环境等方面的GIS专题图，分析国家的发展壮大和繁荣昌盛，在升华爱国主义教育的同时，也将专业知识收入囊中。又如2018年世界杯期间轰动世界的泰国睡美人洞营救行动，其中涉及到的各类GIS技术都可以作为案例式教学的一个开放性探讨话题，让学生自主地学习和谈论技术应用方法[13]。

2.“取其精华”的章节“微思维导图”

大数据时代是个信息爆炸的时代，因此学生并不缺乏知识获取的来源，也就是说能从书本上或者课堂上得到的一些既定已有知识，学生通过互联网或者手机同样甚至能用更短的时间去获取，这样一来传统课堂的吸引力就大打折扣。故而当前教学缺乏的并不是知识量的填鸭式灌输，需要的是能够“取其精华”的总结升华和“授之以渔”的学习方法。

（1）“取其精华”的总结升华

讲好一节课的关键在于能够将课程内容“深入浅出”，通俗来讲就是把课本通过讲授变薄变轻，而课程的核心则更加突显和明确。如果每一章节能够归纳为“一张图”和“一个表”，那么学生在学习和理解过程中方便记忆的同时，也能够通过类似“思维导图”的方式将整堂课程从头到尾贯穿起来。但其提炼升华的方式需要教师长期经验的积累和创新型的歸纳，是教师对课程理解的较高境界的体现，也是其深厚专业知识的表现。

（2）“授之以渔”的学习方法（从思维方式上来讲，能够举一反三）

讲授内容不如讲授学习方法。首先，采用启发式教学，通过层层设问的方式，在学生的思考过程中逐步引入教学内容。其次，以培养学生的创新能力为中心，增加概念分析的内容，即重点不是讲解这些概念是什么，而是重点讲解这些概念和定义是怎么来的，为什么要这样做。最后，在讲授过程中充分发挥多媒体教学的特点，在课件中多采用类比和举例的方法，这样使得抽象的问题不再抽象，学生能够更加直观地认识和理解这些抽象概念。“现实世界—概念模型—数据模型—计算机世界（GIS世界）”仿佛是一个升级打怪的过程，但不是那么容易简单，因为总会遇到一个个不同的新的问题，一步步找到解决问题的方法便是我们学习GIS思想的全过程。

3.以小组为中心的任务导向实践方法

近年来，手机成为了人们生活中必不可少的全能助手，尤其对学生党而言，各类手机游戏无时无刻不吸引着他们的眼球。如何将这种“获得感”代入到教学过程中并带给每一名学生呢？我们参考手机游戏的一般设置理念，手游首先都有一个厚重的故事背景，再加上扣人心弦的剧情和环环相扣的任务及奖励，就能够从时间、空间、金钱等各方面消耗着学生。

（1）任务导向

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。任务驱动式教学模式能够使学生在学习专业课程的过程中有明确的学习目标和定位，明白“为什么学”“该学些什么”，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[14]。

（2）团队模式

以往的实践任务往往过于固定或者死板，多是侧重于某一项工具栏的操作、某个算法的调用等，很大程度分割GIS工程实践的整体，往往是做了前面不知道后续怎么做，或者学了后面忘记了前面。而且一般有体系的GIS应用实践由单一设计完成往往都是较为困难的，再加上受限于有限的实践课时量，实习效果也就有很大的水分。而团队合作便是一个较好的解决方案，根据小组的配置不同，因材施教，由组内成员分析各自的短长，共同协作完成实践任务，在巩固理论知识的同时，在团队配合和协作上也大有提高，有利于走上工作岗位后对自身职能的适用和无缝衔接。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，共同完成面向综合应用的GIS 任务。在整个协作自主学习过程中，教师作为任务主线的“引导员”，要把握好整体GIS实践任务的内容、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[15-17]。

三、课程设计实例化演示

笔者以本科三年级专业必修课《地理信息系统原理与方法》第四章“空间数据模型”为例展示本文课程设计的基本构想（如图1所示）。按照上述GIS存在的问题和短板，将课程设计的一般构想归纳成课前、课堂和课后三个主要部分。

1.课前部分

采用问题为导向的方式，在课前埋好伏笔，让学生带着问题去上课，而不是对当前课程一无所知。以“空间数据模型”一节为例，笔者采用日常生活中常见的“钥匙”为喻，揭示该模型在GIS中的地位和作用，然后通过讲授钥匙开门的原理，引申出GIS由现实世界到计算机世界的建模过程。其中设问是一个关键，既要紧扣主题，又要使学生易于接受，如图2、图3所示。

2.课堂部分

在概念的学习过程中，都是先从看得见摸得着的具体例子入手，通过提出问题，引导学生进行思考，进而让学生逐步进入所学的知识点。对于重点的抽象概念，通过列举实例，反复强调，来加深学生对概念的理解。通过逻辑推理贯穿整个讲授内容，便于学生对课堂内容的回顾和复习。[l2]

如图4所示，首先根据课前提出的“如何将现实世界装入到计算机中”的问题，将地理建模过程中涉及到的概念逐一抛出，分别是“现实世界”“概念模型”“数据模型”和“计算机世界”。引导学生对每一个概念进行思考，对照提出问题校验仅通过其中的某一个概念能否解决开篇提出的问题。这样通过关联每一个概念与目标终点“计算机世界”的关系，分析每个阶段不能完成地理建模的根本原因，使学生“知其然，更知其所以然”。由于“现实世界”和“概念模型”建立的地理对象实体无法被二进制的计算机世界所直接识别，从而点题引出“数据模型”这一承上启下的关键概念。这样，不仅将概念解释得清晰透彻，而且还能将整个地理建模过程的脉络梳理得一清二楚，不需要死记硬背，而是按照逻辑思维的架构将原理娓娓道来。

图5、图6是对提出的“数据模型”的一个实例化分析，因为所谓的“数据模型”从理论上来讲是一个“看不见，摸不着”的抽象概念，仅仅通过定义和原理的陈述难以在学生脑子里留下深刻的印象。因此，概念的实例化是拉近专业知识和学生之间距离的一个好方法，将看似抽象、生涩的理论知识转化为现实生活中能够轻而易举接触到的日常实例，进一步加深概念的理解，为后续专业实践课程打下牢固的基础。本例中通过两种在地理信息世界中最常见的数据模型作为实例——矢量数据模型和栅格数据模型，将两者作为平等对弈的双方，从其表达方式、存储结构、特点及其应用等三个方面展开实例化讲解，重点分析两者的差异之处，将立足点置于具体社会生产生活应用实例上。这样的教学设计是从学生看世界的视角出发，将大量学生身边触手可及的细微小事贯穿到概念当中，把这些案例的前因后果说透，引导学生达到“柳暗花明又一村”的知识感悟境界。通过专业课程的学习，不仅重新从学科专业的视角认识了身边的世界，也提高了学生对整门课程的兴趣。毕竟专业知识都源自于现实生活，唯有将学习知识的过程回归到生活本身，知识才会变得更加流光溢彩。

在完成了教学大纲中的基本知识讲授后，还可以结合教师当前所承担的科研项目进一步升华专业知识，将专业学科领域内的前沿热点问题引入到课堂中，以拓宽学生的学习视野，增加一份厚重的科研学术氛围。如图7所示，本例将“多粒度时空对象模型”的概念引入到课堂中[18]，鼓励学生在课下能够积极查阅收集相关专业背景资料，了解“数据模型”的研究现状和应用领域，为今后的综合性毕业实践和毕业设计增加了一个新的切入点。

3.课后部分

课后部分的时间分配虽然不如课堂那么充裕，但这才是整堂课程的点睛之笔，如何用简洁而又深刻的语言描述课程的核心，需要进行较为全面系统的设计。例如“空间数据模型”章节讲了两个具体内容，一是从现实世界到计算机世界的建模过程，二是两种具体的数据模型——矢量模型和栅格模型。通过过程流程图（见图4）不难发现，整个过程无非划分为四个部分，第一次学习记录起来难免有些复杂，我们可以取这四个部分的英文首字母，得到了“R-C-D-C”这一串字母，这样记忆起来会更方便一些。而两种模型可以采用类比的方式从建模思想、建模对象和应用范围进行图形化图表表达，如图8所示。

而作业布置通常是开放性的，要贴近学生的日常生活，最好是零距离的接触，当然要强调小组的重要性，注重协同合作，让每一名学生组员切实参与到作业过程。通过相互讨论、相互学习和互相讲授的实习效果，要比个人单独作业的效果和作用要好上很多倍。

四、结语

未来GIS前往何方？引用一位GIS博主的一句话来回答这个问题——自我革新与升级，向互联网和IT产业学习大数据思维和服务思维，携带空间思维和地理学方法彻底融入IT，既是传统GIS的唯一出路，也将为IT带来新的生机;必须放弃对地图和测绘思维的执著与固守，才能在新的时代破茧成蝶，重拾“为世界建模”的理想。只有真正有价值的学科，才会不断变革，在变革中成长，每一次变革都是一个机遇，而GIS本身及其教学的方式也要随之而改变。作为GIS专业的一名教师，我们应该对这个学科保持信心，跟上时代的步伐，不断地升华自己，为学科发展做出努力！

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（编辑：鲁利瑞）