任务式教学在《计算机地图制图》课程改革中的应用

摘要 ：计算机地图制图作为地理信息系统专业（以下简称GIS）的核心课程，要求高、难易不好掌握，历来是GIS专业教学的难点所在。在教学中，我们通过反复探讨论证，通过改革课程体系设置―改善教学条件―改变教学方法，精心设计教学任务, 让学生在带着任务去学习、在解决问题的过程中, 掌握知识、技能和方法,培养他们的探索精神和实践能力，取得了较好的教学效果。

关键词 ：任务式教学;计算机地图制图;课程改革

计算机地图制图(Computer-aided Cartography,简称CAC)又称为机助地图制图或是数字地图制图，它是以传统的地图制图原理为基础、以计算机及设备为工具，采用数据库技术与图形数据的处理方法，实现地图信息的采集、存储、处理、显示和绘图的应用科学[1-2]，是随着现代信息科学及计算机技术的发展而地图学领域中的应用发展起来的一门新技术，也GIS专业必修的专业核心课程，要求高、难易不好掌握，历来是专业教学的难点所在。随着社会需要与专业技术的发展，原有的计算机地图制图课程教学中反映出了学生理论基础不扎实、理论实践脱节等一系列的问题,而现有的教学研究主要是集中在课堂讲授或是实现方法上[3-5]，从学生专业培养的角度出发进行课程整体研究的相对较少。

任务型教学从学生的基本心理需求出发，认为学习是满足个体内部需要的过程，在教学目标上注重突出教学的情意功能，追求学生在认知、情感和技能目标上的均衡达成。一般认为，任务式教学方法由由教学目标、信息输入、活动方式、师生角色、教学环境等要素组成[6]。在其他教学过程中任务式得到了较多的应用，也取得较好的效果[7-9]。2010年以来，我们在教学过程中根据任务式教学的要求，在教学课程设置、教学目标、教学方式、师生角色、教学环境等多方面进行了积极探索，进行课程改革，旨在加强学生理论学习的基础上强化动手能力与创新能力。以下我们主要从三个方面进行简要讨论。

一、对课程体系设置进行改革：降低入门难度，强化专业意识培养

计算机地图制图过程实际上就是数据采集、数据处理和数据输出的过程，涉及到数据库，地图制图、图形图像处理、可视化和符号学等多方面的理论，对教师要求较高。

我们通过网络检索30所知名大学的GIS专业课程设置，我们发现从已有的专业课程设置来看，几乎全部院校的这门课程都是放在第五学期开设。而因为专业要求或是课程设置等因素，要求学生在理解计算机地图制图的算法原理的基础上，能够实现其算法，并能熟练进行相关应用软件的操作，要求高，难度大，并且难易程度不好掌握。但在实际应用中，首先GIS专业课程体系中类似《地理信息系统原理与算法》、《GIS软件工程》、《GIS软件开发》也是软件设计或是二次开发的课程，内容上重复交叉多；第二，学生接触的大多数为已开发完成计算机地图制图应用软件或平台，这些软件业对算法与基本原理接触不多，哪怕是软件本身不能实现的功能通过简单的二次开发也能实现。第三，GIS专业学生大部分反应，专业软件学习起步晚，到第四、五学期再开始进行专业软件学习，门数多，GIS、RS、GPS一起开，应用开发一齐上，贪多嚼不烂，杂而不精，学生因为精力等原因无法深入掌握软件的应用或是开发，学习效果不明显，有些甚至丧失了学习的兴趣。

考虑到这一实际情况，我们组织专家、用人单位、教师和学生反复讨论与求证，把原定于第五学期开设的计算机地图制图课程提前第二学期，课时量由54学时改为理论34学时、实践14学时，外加课程设计一周，把一些大型的复杂的系统设计内容与实现内容放至《GIS软件开发》等课程，通过选择合适的CAC应用软件――AutoCAD，降低课程难度，从理论与实践两方面加强其知识理解与运用的熟练度，同时利用CAD软件的特点，一些软件本身无法实现的功能通过简单的CADLISP语言的编写与调试也能实现，让学生在学习的过程中发现问题，解决问题，培养专业意识。

二、教学条件的改革：理论与实践并重，深化学生理解

计算机地图制图是一门理论与实践并重的课程，要求学生能够在相关的理论指导下收集相关地物信息，构建模型，并能运用具体的CAC软件处理地图绘制问题，进行简单地图制图系统的设计与开发。但在以往的教学过程中，我们一般在教室上理论课，在讲在课堂上通过教师的讲述，学生可能基本上看懂了，但实际上机实践时，学生又不知道从哪里开始着手，需要教师再次教授，造成教学效率低下。

所以在教学场所选择上，我们尽量把相关的理论课放到机房进行，通过教师一边讲解一边演示学生一边操作的模式实现，加强其动手能力的培养。如在讲普通（专题）地图矢量符号库的算法时讲完矢量符号的生成的基本算法，则对应的在CAC中进行形文件生成、自定义复杂线型符号的生成与自定义面状符号的生成与演示，而学生在教师讲解的同时进行相关的练习，以加强理论知识的理解，巩固相关操作与简单二次开发，使学生通过自己动手，能获得学习的满足感，真正找到学习的乐趣。

三、教学方法的改革：精心设计任务，明确目标，强化课堂互动与应用，加强学生实际操作与动手能力

3.1 在理论课程讲述上注意专业培养体系的一致性，突出重点。

计算机地图制图涉及到数据库，地图制图、图形图像处理、可视化和符号学等多方面的理论，作为GIS专业的学生来看，《地图学》、《自然地理学》、《计算机基础》是其前置课程、《地理信息系统原理与算法》是同时开设课程，《C++程序设计基础》、《数据结构》、《数据库原理》、《GIS软件工程》、《GIS软件开发》、《GIS空间分析》是其后续课程，降低目标后的计算机地图制图课程要求学生在掌握基本的算法的基础上明白其简单二次开发应用设计流程与实现方法。但其中数字地球模型这部分内容在《地图学》中已经讲述，地图数据结构在《地理信息系统原理与应用》也业已有讲述（这一部分要看进度安排，若没讲则需要重点讲述），其重点内容则是在计算机地图制图的数据模型和矢量(栅格)数据处理算法。

3.2 在课程任务设计上明确目标，注意设计项目的实用性与可操作性。

课程设置提前至第二学期后，大部分学生因为起步晚、绝大多数同有接触过GIS专业相关软件，甚至GIS软件名词都没有听过，专业意识与动手能力相对较低。这样一来，计算机地图制图还有另一艰巨任务，不仅是要提高学生理论知识培养学生动手能力，还要强化其专业意识，养成自己的专业思维能力与解决办法的能力。这就要求课程负责老师认真钻研教材，把握学生的业务水平，精心设计任务环节，明确任务目标，任务的设计由简到繁，由易到难，前后相连，层层深入，通过任务难度的阶梯状增加，逐渐加强专业要素，让学生在完成任务的过程中感受成功，从而加强其专业自信心。

在教学实践上，建立课堂教学―学生兴趣小组自助学习―辅导答疑―实践教学基地―科研训练―专业技能大赛的模式，充分调动学生课堂内外的学习积极主动性；在实践教学环节上，构建验证-设计―综合设计的实践教学体系。14个学时的实验，6个学时是关于CAD软件的基本操作，这一块以视频CAI课件等形式为指导、以学生兴趣小组自学为主，教师下达每一次课时的具体任务与详细要求，而课堂上主要为学生的问题与心得体会交流、成果展示；4个学时为CAD中自定义符号库的应用，4个学时为CAD中利用cadlisp语言进行简单二次开发，课堂上一半为教师要点讲述、演示与答疑，一半为学生交流与成果展示。而为期一周的课程设计则是结合专业特征，完成某区域地图的完整的计算机地图制图编绘过程，关联行业应用并进行生产单位的简单见习，并完成见习体会和课程设计汇报。基本流程如下图1示：

图1.任务式教学流程示意图

3.3 逐步完善的互动机制，加强教学过程中实时监控、师生互动与产学互动。

在班级内部分小组，形成5人左右的学生兴趣小组，在小组内部充分开展学生的自主自发学习与相互交流，在辅助课件、视频等帮助下，提高学生学习分析问题与解决问题的能力，并形成定期或不定期的反馈，集中时间进行组内、组间、同专业高低年级间、师生间的问题、心得体会交流，通过实时监控与师生互动，及时解决问题，深化应用层面。例如，在地图符号的设计上，理论课堂或是课件中讲述矢量符号生成的算法，在实践课上具体应用如何在CAD中实现某一自定义的点线面符号，而对应的让学生对应标准地图符号库，以分组的形式分工实现常用地形图符号的CAD实现，而这一部分反馈问题主要是出现在符号的分解与算法的实现上，一部分可以通过学生兴趣小组内自己讨论完成，一部分可以组间讨论完成，复杂的需要学生在教师的指导下，建立起空间概念，正确进行分解，才能实现其算法，通过这样的方法，逐步深化课堂教学成果。同时，在条件允许的情况下，进行生产单位与学校间的信息交流与互访机制，让学生强化相关软件在具体生产部门的应用情况，激发学生自己的学生积极性。

四、结语

经过4年的教学实践，我们发现，计算机地图制图课程的体系经过这样调整后，在学生的专业意识与动手能力的培养上起到了较好的作用，特别是作为专业刚起步的大一新生来讲，有助他们更早的进入专业学习状态，强化专业技能与动手能力，但降低了计算机地图制图课程在编程与算法实现方面的难度与整体性，必须要在其他后续课程方面做加强与弥补。

参考文献：

[1] 徐庆荣,等.计算机地图制图原理[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1993.

[2] 艾自兴,龙毅.计算机地图制图[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

[3] 冯艳芬，曹学宝.CorelDRAW在《计算机地图制图》教学中的应用[J].中山大学学报论丛. 2005，25（1）：116-119

[4] 张伟.计算机地图制图中矢量、栅格数据符号化研究[J]. 咸阳师范学院学报.2009,24(4):55-57

[5] 袁进军,郭贵海,冯仲科,等. 计算机地图制图原理与算法教学方法研究[J]. 测绘通报.2009(10):75-77

[6] 叶海辉, 任务式体育教学模式的实践研究[M].北京: 北京体育大学出版社,2008:

[7] 吴绘萍. 利用任务式教学提高学生的实际操作能力[J].中国信息技术教育.2010(6):22.

[8]李丽君.大学的任务式教学模式[J].现代教育论丛.2008,150(12):50-53

[9]吴淑珍.信息技术教育中任务驱动教学模式的研究[J]. 高等函授学报, 2006, 2(5): 12-15.