水利类专业地理信息系统课程教学改革思考

［摘 要］地理信息系统是一门融合多学科的综合性应用课程，如何将其与水利类专业学科相融合是教学改革中的重要任务。课题组针对该课程当前的不足之处，围绕理论教学和实践教学进行课程改革：一方面融合课程思政，丰富授课形式，结合水利类专业特点调整课程重难点，加强与学生的沟通，实施全过程考核；另一方面注重实践能力的锻炼，丰富实践形式，推动产学研融合。地理信息系统课程教学改革激发了学生的学习热情，提高了他们的创新能力，进而提升了课程的教学质量与效果，为水利类专业人才培养提供支撑。

［关键词］地理信息系统；教学改革；水利类专业；理论与实践

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）21-0037-04

随着新时代“互联网+”、大数据和新一代人工智能等新兴技术的飞速发展，教育信息化进入2.0时代[1]。为满足国家重大战略需求，教育部开展了新工科建设，实践工程教育改革新理念、新技术、新方法[2]。进入21世纪之后，地理信息系统（Geographic Information System， GIS）产业飞速发展，深入人们的日常生活，如常见的卫星导航、滴滴打车、高德地图[3]，以及在水利行业中水文预报、水环境管理、水资源规划等方面的应用等[4-5]。为了培养符合社会发展需求及专业建设标准的高水平交叉学科人才，在水利类专业中开设地理信息系统课程很有必要。但目前传统的本科教学过程忽略了现实社会与企业的实际需求，理论教学冗长，实践环节薄弱，学生创新实践意识不强，实践应用能力不足，因此要根据专业特色进行教学改革，融入新发展理念，运用新技术、新方法，以培养新时代高质量发展的创新型人才。

地理信息系统课程为水文与水资源专业的必修课，主要研究空间数据的采集、处理、存储、管理、分析、建模和显示等相关理论方法和应用技术，以解决复杂的规划、决策和管理等问题[6]。课程旨在培养学生掌握跨学科知识的能力，在理论教学的基础上安排了实践教学，并设置了地理信息系统课程设计等相关配套课程。地理信息系统课程内容丰富，涵盖计算机科学、地理学和遥感等多学科知识，需要将其与水利类专业学科相融合。目前课程存在与课程思政相融合不足、课程内容较为复杂、教学大纲重难点与水利类专业适配度低、学生学习热情不高等问题。因此，在新工科建设的背景下，从理论教学与实践教学两方面进行课程改革，加强课程思政教育，让学生在掌握理论知识的前提下，提高学习素质，培养道德情操，增强动手能力，能够针对地理信息、水利工程等方面的问题进行设计、分析与成果表达，进而让水利类专业与地理信息系统相关知识相互连通、相互支撑，从而为培养新时代创新型水利人才奠定基础[7]。

一、地理信息系统课程教学存在的问题

课程思政建设是人才培养的重要环节之一，是培育高质量人才的核心要务，课程思政有助于学生树立正确的世界观、人生观、价值观，因此，必须将其放在发展首位。但由于理工科专业课程内容专业性较强，部分专业教师没能将思政元素较好地融入课程内容，甚至有的专业教师单独把思政部分拎出来教学，导致专业课程教学与思政教育的融合还存在一些问题。

理论教学方面。教学内容较为抽象，学生难以理解，如空间数据模型、空间数据结构及空间数据库等章节涉及的原理较为抽象，且教材实例未能与时俱进，这使学生自主学习较为困难。教学形式单一，缺乏与学生的有效沟通，教学只局限于使用PPT讲授，与学生互动少，课堂气氛沉闷。地理信息系统作为交叉学科课程，课程内容晦涩难懂，加之学生前序课程基础薄弱，导致交叉学科优势未能凸显，极大程度降低了学生的学习热情，使他们产生畏难情绪，降低了课堂参与度。

实践教学方面。目前，部分院校的实践授课学时不足；学生掌握知识点的情况各不相同，学习积极性有所下降。实践教学模式单一，教师普遍采用边讲边演示的授课形式，学生在解决实际问题时大多依靠实践指导书，依照教师讲解步骤完成实践课程的练习，这种形式不利于培养学生的自主学习能力及创新意识，不利于学生解决实际问题。实践条件有限，配备不足，实践课程主要依靠相关软件实施教学。实践相关参考书籍不够全面，学生在实践课程中获取的学习资源有限。

二、地理信息系统课程教学改革

（一）理论课程教学改革

1.加强课程思政教学，以教育人。将课程思政与专业建设相互融合，帮助学生在掌握知识的过程中建立正确的价值体系[8]，培养他们的爱国主义精神。在教学过程中，通过讲述地理信息系统技术发展脉络和历程，向学生展示地理信息系统技术在当今国家和社会发展中的作用，激发学生对本专业、本课程的热爱；在讲解地理信息系统技术的应用时，列举高德地图、滴滴打车、外卖软件等例子，让学生分享自身使用感受，引出并讲解所涵盖的知识点，增强课程的知识性和人文性；还可以宣传行业中的榜样人物事迹，在潜移默化中加强学生的品德修养，提升学生的综合素质[9]。此外，应加强水资源知识与地理信息系统课程思政的融合，如在学习如何建立空间数据库时，可以引导学生整理不同城市的地理数据库，对城市人文文化资料进行学习，了解在城市河流生态圈内旅游景点的分布特色、水利工程建立的原因及意义、水资源时空分布状况等，将流域、地域信息与思政教育相结合是实现课程思政建设的有效途径[10]。

2.利用多媒体教学资源，创新传统授课形式。信息化时代要求教师灵活使用多媒体资源，推进传统课堂与新技术的融合。PPT与板书相结合的授课形式已被广泛采用，但也不要模式化使用PPT教学，大量文字会让学生产生抗拒心理，应有针对性地在晦涩难懂的知识点处进行形象化表征[7]，如在PPT中增加图片、视频，便于学生理解；引入翻转课堂模式，提前布置任务，鼓励学生分组做好学习准备，以提高学生的课堂参与度，增强学生的预习效果，并加深学生对于课程内容的理解；鼓励学生采用多种形式进行展示，如制作短视频、情景演绎、PPT演示、互动答题、知识竞赛等，以此激发学生的想象力与创造力，提升他们的学习兴趣。

3.结合水利专业特色，构建学科互补链条。地理信息系统课程的学习应与未来水利类专业工作中的实际应用、水利类专业课有机结合。地理信息系统与测量学、水文学原理、水文预报等专业课程的知识点有所重叠，在教学过程中可以巧用实例，将知识进行连接，构建知识链条，从而激发学生对地理信息系统课程的兴趣。在有限的课时内，应增加与水利类专业实际需求紧密相关的学习内容，这将极大提升学生的学习兴趣，具体如表1所示。此外，应增加与地理信息系统相关的专业选修课，如遥感水文学、GIS开发与应用、3S技术在水利工程中的应用等，这些课程旨在让学生在前期对地理信息技术有初步了解，并在后期为感兴趣的学生提供深入学习的机会。

4.加强与学生的沟通，掌握其学习情况。教师肩负着传授专业知识及培养学生专业素质的重要使命[11]，应根据教学大纲与学生的课堂表现情况，及时调整授课内容及形式，加强与学生的沟通。例如，课前发布上节课的重难点测试题，以掌握学生的学习状况；课中在讲授清楚专业知识的前提下，增加授课的趣味性，吸引学生主动参与课堂学习；课后发放调查问卷，了解学生对当前授课方式及内容的意见，并及时进行调整。此外，还应积极组织、指导学生参加学科竞赛，以加深学生对课程的认知，培养其创新意识，增强其团队合作与沟通能力，从而提升教学效果，实现“学”“教”有机统一。

5.实行全过程考核，构建多层次考核体系。过程考核能够全面考查学生对理论、实践知识的掌握与运用程度，评估其个人学习能力与综合素质水平，提高其学习的自觉性与主动性[12]，改变仅由期末考试定成绩的单一考核形式[13]。针对本课程情况，最终考核不仅要考核学生对理论知识的记忆与理解情况，还要考核学生实践操作的规范性与熟练度，因此要将课堂参与度、课堂课后作业、实践课堂操作规范性、实践操作熟练度、实践报告、实践成果PPT汇报等作为平时考核内容并制定考核标准，确定平时成绩（课堂参与度、课堂课后作业）、实践成绩（实践操作熟练度、实践报告、实践成果PPT汇报）与期末卷面成绩的比例为3∶2∶5，以实现提升学生学习兴趣、提高学生课堂参与度与课后知识整合能力、加强学生理论结合实践能力、培养学生的团队合作能力、加强沟通表达能力的改革目标，构建多层次考核体系。

（二）实践课程教学改革方法

1.增加实践教学学时，实施多形式授课。实践课程开设的目的在于提升学生的动手操作能力，增强学生的自主实践意识，培养学生的创新能力。因此，在教学中应将单一的复刻实践操作步骤调整为分组完成问题设计及操作，让学生积极参与，防止“等靠帮”行为；根据课程难易程度，提前布置任务，让学生预先熟悉数据获取的流程及获取方式，以发挥学生主观能动性；通过线上与线下授课相结合，让学生边学边练，根据实践任务，充分利用课余时间，在学习通、腾讯会议等平台完成课程预习及答疑。

2.增加户外实践，丰富学习内容。教学不应只局限于课堂中，而应带领学生拓宽视野。首先，可鼓励学生参加户外实践，开发自身潜能，培养团队合作意识，加强学生之间的沟通，在理论学习的基础上全面提高个人综合素质。如在讲解“DEM与数字地形”内容时，可以带领学生实地参观，利用企业提供的无人机、遥感等技术资源，观察河流水系的构成，了解河流水系的来源、分支、变化。其次，可通过实际操作，如测量湖泊面积、河流长度、水库边界等，促进学生加深理解地理信息系统技术是如何将现实世界中的地理信息抽象到概念世界、计算机世界的原理及操作中的，同时讲解水的历史文化发展，以拓宽学生的知识面。最后，可通过构建产学研创新体系，与校外企业建立合作机制，实现产教融合。这样既可以加深学生对课程实际应用的理解，又可以为学生未来的就业提供更多机会。

3.提供充足的学习资源，提高学生的自主实践能力。在教学过程中发现部分学生仅在上课时间动手操作，加上GIS软件操作过程比较琐碎，学生易于遗忘及出错，因此需要在课后督促学生复习，使他们熟能生巧。例如，教师要在操作课上提醒学生可通过录屏、记笔记等形式对重难点多加记录；在课后可借助学习通等平台上传测试题，以考查学生对关键步骤的掌握情况；引导学生利用中国大学MOOC、CSDN论坛、学堂在线、超星尔雅、中国知网等网站，学习国家精品线上课程、查阅相关期刊文献、复习与总结。

三、结语

在信息技术飞速发展的当下，本研究立足于地理信息系统与水利类专业交叉学科人才培养的需求，针对现有不足，探索课程在理论教学及实践教学两方面的改革：一方面加强专业课程教学与思政教育的融合，丰富理论课程授课形式，结合水利类专业特点调整授课内容，实施全过程考核；另一方面增加实践教学授课学时，引入户外实践环节，以提高学生的动手实践能力。未来还要不断完善培养专业人才所需要的地理信息系统专业课程体系，注重将地理信息系统课程与水利类专业学科相结合，秉承“学生为中心，教师为主导”的教育理念，提高学生运用课程知识解决实际工程问题的能力，推动课程高质量发展，为水利类地理信息系统课程建设与发展提供助力。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：钟 岚］