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摘要：地理信息系统教学面临着学生对学科重要性认识不足、学习主动性不强的重要问题。本文秉持关切“学习质量”的教学理念，结合区块链技术的分布式、公开透明、协商等特点，提出了以学生为本的“教学研一体化”的融合式教学模式。该模式提出，在个性化张扬的时代下，教学研究应在强调集中式、整体的理念下研究不同教学范式、不同教学方法间的融合，促使GIS教学从“方法为主”向“应用为王”的转变的同时，通过因材施教，提升科技人才培养力度和可持续性，培养富有家国情怀、科学思维、人与自然和谐发展理念的地理信息人才。

关键词：学习质量；区块链技术；融合式；因材施教

引言

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是在计算机硬件、软件、网络等的支撑下，运用系统工程及信息科学理论，实现空间数据的采集、储存、管理、分析及可视化的综合性交叉学科。该课程紧紧围绕国家与社会发展的空间信息化需求，面向高年级本科生开展的一门基础性、综合性、创新性、挑战性的课程。课程坚持“价值引领、人格塑造、能力培养、知识传授”四位一体人才培养要求，锻炼学生构建地理信息系统架构和解决实际问题的能力。

随着以移动互联网、云计算、人工智能和大数据为核心的新一代技术的出现和蓬勃发展， GIS课程已经成为“学科无边界”的桥梁。行业对GIS创新型人才的渴望迫使GIS概论教学模式的培养向着全面化、先进性和国际化的方向发展。而现有的GIS教学模式主要以培养普通应用型人才为主导，课堂教学与业内需求、国家需求脱节；教学以“教”为主，未抓好“学生学习”关键点，忽略了大学学习的本质在于强化基础知识、功能间联系和方法的迁移；另外，多课程、多手段、多应用的跨界融合教学无法开展，导致人才培养层次单一，所学知识表面化和离散化，人才培养个性特色不鲜明的局面。因此，如何结合“先能力后知识”的人才培养定位[1]，研究以“学习质量”为导向的现代化、个性化GIS教学模式势在必行。

GIS教学模式的改革一直是一线教育工作者积极探索和尝试的命题[1，2]。例如，王志杰[3]提出以赛促学的教学方法；乔雪等[4]提出以反转课堂的方法提高学生的自我学习能力；Fan， X等[5]提出应用为导向的教学模式改革。但针对目前中国多元化能力培养目标，且中国社会也正向服务型经济转型的现状，以人为本的多元化研究创新教育模式需要进一步研究。

区块链的创始人梅拉妮·斯旺曾尝试通过区块链技术将大学生的课程与兴趣结合[6-8]。但真正将区块链技术应用于GIS课程教学的研究成果较少。本文结合区块链技术的基本特征，提出“教-学-研”一体化的GIS教学模式，为教学模式从“方法为王”向“问题为王”转变，为培养真正的“有思想”的本科生提供借鉴。

一、GIS教学存在的问题

新时代的社会和工作要求大量的科技人才，对教育的目标和模式也产生了重要影响，主要体现在两方面：（1）教育面临的学生群体变了，以前是精英教育，学习主动性较强，现在则是大众化，需要教学创新；（2）以前的教学模式类似于过滤器，目的是找出优秀的人才，现在则需要把水坝变为水泵，帮助尽量多的同学越过学习障碍。因此，已有的GIS教学面临着以下困难。

（1）被动模式的机械学习，学生专注于表面特征的模式匹配和方程式的记忆模式，形成了碎片化的知识结构。学生只掌握了各知识点的基本理论和方法，未从计算机程序化和大数据角度观察和理解问题，特别是空间部分内容较为抽象，学生没有这方面的基础。另外，学生的自学能力及信息化、全局化解决问题的能力不够，缺乏深刻的概念理解和开放式的问题解决能力和基于证据的科学推理能力；

（2）专业学习与专业应用脱节，导致学生只掌握了GIS概念和技能，依赖于解决方案的记忆，缺乏深刻的理解和与现实世界的联系，无法构建基于GIS思维的问题解决思路和知识体系；

（3）课程考核方式单一化，GIS课程考核的方式主要包含平时成绩、上机实验和笔试考试三部分，对学生知识掌握的广度和深度无充分的考核方式，导致学生的考试采用临时抱佛脚的方式，未充分利用学习时间，也不能充分兼顾公平公正的原则，无法开展差异性考核。

二、区块链技术应用与GIS教学的可行性分析

区块链起源于比特币[9]，从本质上讲，它是一个去中心化的分布式共享数据库，其中的数据具有不可篡改、全程留痕、可以追溯、公开透明等特征。这些特征为区块链技术奠定了坚实的“可信任”基础，广泛应用于各个领域。

1、分布式账本

分布式账本是指将记账分别存储在不同节点，且每个节点都有完整的记录，且各节点之间参与保证账本的合法性、正确性和可恢复性。该特点可与GIS教学连贯性、可持续性应用教学模式相结合，完成模块化与整体教学相结合的教学模式。

2、共识机制及智能合约

共识机制就是认定一条记录的有效性必须通过所有记账节点之间达成共识。 智能合约是基于可信的且不可篡改的数据，自动化的执行和更新已有的，已经定义好的规则和条款。GIS公平、公正的考核结果可借鉴该机制实现学生学习结果的个性化差异认定。

三、基于区块链技术的GIS教学模式整改措施

（1）基于“分布式账本”，充分挖掘课堂教学的思政资源，着力培养具有家国情怀的新时代GIS人才。

GIS教学要从实践出发选题，聚焦国家战略需求和社会发展痛点，结合本专业知识，解决我国发展的涉及空间信息化的实际问题。其教学过程应采取多样化知识获取、记忆和整合，通过自媒体、网络公开课、网络视频、斗鱼视频（学术互助大讲堂）等多种形式，贴近时代脉搏，很大程度上将校内、课堂上的思政教学与校外、课堂外的思政元素相结合，使得学生可通过多渠道学习和领悟思想政治理论，并主动的与实践相结合，提升思想政治学习的实际效果。

（2）基于“共识机制”，开展“学生为本”的自主式“教-学-研”三维一体化的学习模式。

教学过程设计部分，在教学过程中，以提高“学生质量”为目的的教学理念为指导，开发提高科学思维的教学内容为目标，如图1所示，设计教师讲授、回顾整理、小测试和学生报告四部分，选择适合的教学模式。在教学过程的设计中。教师授课是重要环节。部分首先，可概括讲授法带领学生复习一下旧知识，达到温故而知新的目的，接下来进入新课导入的环节，可利用旧知识或给学生创设与本课程内容相关的情境，从而激发学生的兴趣和对本节课的期待，导入部分结束后，说明本节课的知识点，以知识点为轴设计，根据学生实际以及教学设备情况，选择多媒体教学手段，使得抽象知识具体化，乏味知识兴趣化。另外，在该部分，要重视学生的疑问，适当对题目进行引申，当堂给学生出练习题或拓展的应用知识，有利于学生对知识的串联、积累、加工，从而达到举一反三的效果。随后，通过课堂小结总结这节课的知识点，将课堂讲授的知识转化为学生的素质，再次构建新知识的认知框架；在最后，针对课堂内容布置开放性、层次性的练习，掌握基础知识的同时，达到拔尖的目的。

第二课堂部分，增加每师一讲的专题课教学，可采用学术报告、专题讲座、自媒体、第二课堂等形式，让学生从课程应用、学科交叉、科学价值等各个角度体会课程重要性，开阔眼界；采用启发性案例自学方式，结合丰富的思政内容和业务知识，设计合理的知识点引入和“反刍”式教学模式，培养大数据思维和创新意识，充分实现理论和实践紧密结合；开放式课堂作业，基于某个社会发展现状，通过分组形式，开放式的鼓励学生自己安排作业，鼓励学生自主发现问题、分析问题及解决问题；同时，学生的创意和自由选题也会成为老师课题申报的源泉，可组织学生参与项目调研、申请等工作，形成老师教、学生学、师生科研的相辅相成的共赢局面。

学生自学方面，结合GIS专业特点，可增加以下形式：以“就业+深造”双主题打造GIS文化长廊；开展企业校园活动，主要指通过“金点子”活动为企业单位献计献策，充分体现GIS无处不在的沉浸感；采用研究法+谈话法+谈论法，以地震专题为例，引导学生问我们能做什么，针对研究过程小组指定计划，获取多源数据，通过分析和可视化表达完成信息展示。在此过程，可采用注重线上和线下相结合，开展有效研究。以数据为证据，形成“教-学-研”一体化的闭环发展通道。最终形成引导学生主动学习的目标驱动，以知识传授+自学为载体的能力导向，落实“课”的本意，全过程考核、强化约束，达到以“学生质量”为本的教学理念和目标。

研究方面，引领学生科研入门，具体措施为：，已有成果的凝练：以应用为导向，学会总结+创新的论文写作思路，培养学生读、写论文的基本技能；鼓励学生参与老师的科研项目，做一些基础性的数据处理、文档编写等工作。

（3）基于“智能合约”，重构成绩评价体系。

课程可采用课程过程性评价与最终评价相结合的方式，与学生讨论、分析和研究，形成达成共识的评价体系。实践过程可设计多阶段、多方式的全面学生成绩评价体系，细微处下功夫，多维度的轨迹式课程考核方法，强化其测试和考评，让学生有付出的地方有获得感和幸福感。通过全维度。主要包括：线下成绩包括课堂表现、课后作业，从个人学习和团队协作效果做出评价；线上成绩主要包括线上学习和在线测试两部分，其中，线上测试部分包括在线考试和闯关成绩两部分；实验成绩包括实验表现和结果报告，重点突出团队协作和文本质量部分的评定；考试成绩部分包括阶段性测试和期末笔试，通过主观题和客观题的合理分配完成学生差异性的评定，并赋予一定的权重。全程实现对课程的基本约束。使学生“由闲到忙”，有效的参与学。

四、基于区块链技术的GIS教学模式应用实践

基于以上的教学模式和多年的GIS教学经验，对本文提出的教学模式进行了一系列的应用实践。

（1）开放式题目：针对泰安市旅游城市的特征，分析人口分布情况及结果分析，从各个数据获取，空间分析到结果出图，以小组的形式进行汇报和结果展示。形成结果比较有代表性的如图2和图3所示。

图2的学生针对布置作业基本完成要求，但作业的提交存在众多小问题，比如，针对泰安市来讲，以区为单位统计人口密度的空间尺度较大；图例的加入和表示方式不科学；颜色渲染不够合理；整个图的布局不美观，该数据的使用不具有后续行。而相对来讲，图3的学生在出了比较合理的空间尺度的人口分布密度图外，还额外考虑了这样的人口分布不均匀现象与哪些因素有关联，并将关联因素以矢量点的形式叠加上去，可以提取更多的信息，比如，人口分布与住宅区、风景区、购物场所等因素有关联，后续可探讨它们之间的级联关系。因此，相比于图2来讲，图3的数据具有科学性和重用性。

（2）教学管理中，我们还对过程性成果进行总结，主要包括《地理信息系统概论》课程先修知识点和学生预期问卷的调查、学生学习轨迹记录与评价报告等内容，并通过摸底调查、老师讲解、学生探究、期中检查等方式实现学生和老师的双向管理。实践证明，该教学模式能在整体教学效果提高的前提下，突出学生个性，解决实际问题的能力得到了较高的提升，提高了学生的学习积极性。

五、结语

近年来，传统的 GIS教学模式存在无法提高学生学习质量的瓶颈问题，如学习主动性不高、自主学习能力薄弱、教学与实践脱节等问题。本文以学生“学习质量”为导向，基于区块链技术的相关特点，从老师和学生两个角度，提出“教-学-研”一体化的教学模式。该模式通过探索“自主综合”的学习模式和“胜任未来”的教学方式，增强了教师与学生互动的频繁性和深入性；综合考虑学生的理解能力、接受能力、创新能力差异的个性化教学及考核方式，形成教与学一张图，以适应中国乃至全球的人才培养需求。

参考文献：

[1] Huong B， Giang P， Quynh N. Geographic Information Systems （GIS） in Teaching： Principles and Paradigms[M]. Digital Education Pedagogy， 2020.

[2] 廖顺宝 王. 应用型本科院校GIS类课程教学中的问题与改革思路[J]. 高教学刊， 2020（29）： 83-86.

[3] 王志杰. 基于专业融合的"以赛促学"式GIS课程实验教学改革[J]. 教育教学论坛， 2019（25）： 142-144.

[4] 乔雪， 邓琳， 刘姝， 卢海军， 文福江. 地理信息系统翻转课堂教学改革与实践[J]. 绿色科技， 2019（17）： 278-280.

[5] Fan X， Xiao Y. The GIS Principles and Applied Teaching Combined with That of the Urban Design Courses[J]. Journal of Higher Education Research， 2020， 1（1）： 1-5.

[6] Kaden S， Lingwall J， Shonhiwa T. Teaching Blockchain through Coding： Educating the Future Accounting Professional[J]. Issues in Accounting Education， 2021， 36（4）： 281-290.

[7] 刁生富， 刘晓慧. 学习的革命： 大数据与求知的新路径[J]. 山东科技大学学报： 社会科学版， 2017， 19（5）： 11-18.

[8] 苏洋洋， 董兴佩. 论我国高校科研诚信教育制度之完善[J]. 山东科技大学学报 （社会科学版）， 2019， 21（2）： 110-116.

[9] Bahga A， Madisetti V K. Blockchain Platform for Industrial Internet of Things[J]. Journal of Software Engineering & Applications， 2016， 09（10）： 533-546.

作者信息：魏海涛、讲师、山东科技大学资源学院