多學(xué)科融合在《土壤地理學(xué)》教學(xué)課程中的優(yōu)勢(shì)

摘要：本文結(jié)合傳統(tǒng)土壤地理學(xué)的教學(xué)模式，融合了GIS技術(shù)以及地統(tǒng)計(jì)知識(shí)，從多方面來(lái)教授土壤地理學(xué)知識(shí)，在注重學(xué)生獨(dú)立性的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮多種教學(xué)模式相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，切實(shí)為提高土壤地理學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供可參考性方法，為培養(yǎng)多元化人才提供一種途徑。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；地統(tǒng)計(jì)學(xué)；多學(xué)科融合

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）18-0083-03

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)在科學(xué)交流中的廣泛應(yīng)用，不同學(xué)科間的縱橫交叉與相互滲透已成為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。學(xué)科之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)發(fā)展往往通過(guò)知識(shí)流動(dòng)的形式來(lái)維系，正是這些動(dòng)態(tài)變化的知識(shí)流動(dòng)促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展，加強(qiáng)了學(xué)科聯(lián)系，同時(shí)也傳導(dǎo)著學(xué)科變化。另外這些新興技術(shù)越來(lái)越完善的理論體系化與應(yīng)用廣泛性逐漸影響著一些傳統(tǒng)的專業(yè)學(xué)科，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合，多學(xué)科相互促進(jìn)共同發(fā)展正成為目前學(xué)科發(fā)展的主要趨勢(shì)之一[1]。這一發(fā)展結(jié)合了傳統(tǒng)專業(yè)雄厚的知識(shí)背景與新興專業(yè)的科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)學(xué)科與新興技術(shù)共同發(fā)展與進(jìn)步的雙贏局面。而《土壤地理學(xué)》課程正是其中受到影響的學(xué)科之一。《土壤地理學(xué)》是研究土壤與地理環(huán)境相互關(guān)系的學(xué)科，是土壤學(xué)和自然地理學(xué)之間的邊緣學(xué)科，它是以土壤與地理環(huán)境之間的特殊矛盾為對(duì)象，研究土壤的形成、分類、分布規(guī)律、土壤資源的評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用以及土壤資源保護(hù)的科學(xué)[2]。隨著現(xiàn)代空間信息技術(shù)的高速發(fā)展與擴(kuò)張，特別是近年來(lái)空間數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)，不論是自然地理數(shù)據(jù)或者社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)都以井噴式的速度涌現(xiàn)出來(lái)，能夠合理利用現(xiàn)代空間信息技術(shù)和空間數(shù)據(jù)可以會(huì)為《土壤地理學(xué)》課程的學(xué)習(xí)和研究提供便利。

一、傳統(tǒng)土壤地理學(xué)概況

1.土壤地理學(xué)自身特點(diǎn)。土壤地理學(xué)是土壤學(xué)中最早出現(xiàn)的一個(gè)分支學(xué)科，它主要研究土壤形成分類、調(diào)查制圖、分布規(guī)律、土壤資源的評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)利用以及土壤資源的保護(hù)等，是綜合性大學(xué)、高等師范院校地理專業(yè)和高等農(nóng)業(yè)院校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。土壤地理學(xué)是土壤學(xué)與自然地理學(xué)之間的邊緣科學(xué)，它以土壤與環(huán)境之間的這一特殊矛盾為研究對(duì)象，研究土壤的發(fā)生、發(fā)展、分異和分布規(guī)律，為調(diào)控、改造和利用土壤資源提供科學(xué)依據(jù)，具有較強(qiáng)的區(qū)域性和綜合性[3]。為此土壤地理學(xué)自身的特性要求學(xué)生不僅掌握基礎(chǔ)的土壤學(xué)知識(shí)，還應(yīng)該具有一定的空間探索性與屬性信息的空間化，而對(duì)于土壤屬性信息的空間化是傳統(tǒng)土壤學(xué)所不具備的知識(shí)，為此需要學(xué)生在掌握好傳統(tǒng)土壤信息的基礎(chǔ)上應(yīng)該更好地理解與應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的知識(shí)以及地統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)，從而使學(xué)生擺脫純粹性學(xué)習(xí)和接收知識(shí)的階段，進(jìn)入自我學(xué)習(xí)與探索的過(guò)程，為學(xué)生以后從事科學(xué)與科研工作奠定基礎(chǔ)。因此，從土壤地理學(xué)自身的特性以及學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)和教學(xué)的目標(biāo)來(lái)說(shuō)，立足于傳統(tǒng)土壤學(xué)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合，從更全面合理的角度來(lái)教授土壤地理學(xué)課程是勢(shì)在必行的，并且反過(guò)來(lái)可以讓學(xué)生更好地掌握土壤信息的空間化以及土壤發(fā)生、發(fā)展、分布的規(guī)律性。

2.土壤地理學(xué)多學(xué)科融合的必要性。土壤學(xué)作為一個(gè)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科有其深厚的學(xué)術(shù)背景知識(shí)，土壤地理學(xué)作為一個(gè)跨學(xué)科的專業(yè)需要在保留原有的土壤學(xué)的基礎(chǔ)之上盡可能地發(fā)揮多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，使其為科研與學(xué)術(shù)研究而服務(wù)。土壤地理學(xué)作為土壤學(xué)與自然地理學(xué)的邊緣學(xué)科有其自身的優(yōu)勢(shì)所在，為盡可能地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)并培養(yǎng)全能型的人才，需要學(xué)校進(jìn)行合理的課程設(shè)置，并制定合適的、具有應(yīng)用性的課程目標(biāo)，從而為社會(huì)提供適應(yīng)性強(qiáng)的人才，為科研院所提供多學(xué)科背景知識(shí)的學(xué)生。目前隨著地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及其應(yīng)用的廣泛性，運(yùn)用GIS技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與圖形可視化顯示，以及運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)進(jìn)行空間分析與統(tǒng)計(jì)分析是土壤地理學(xué)自身學(xué)科發(fā)展的需求，同時(shí)也是滿足社會(huì)和科研院所人才需求的重要選擇。由此可見(jiàn)，多學(xué)科融合在土壤地理學(xué)中起到重要的作用，是其自身發(fā)展與人才培養(yǎng)的必經(jīng)之路。

二、多學(xué)科融合對(duì)土壤地理學(xué)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)

1.GIS技術(shù)在土壤地理學(xué)中的地位。地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱GIS，是20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，主要是指在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，把地理數(shù)據(jù)以一定的格式輸入、編輯、存儲(chǔ)、更新、顯示、制圖、綜合分析和應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理空間數(shù)據(jù)的能力，如圖形數(shù)字化、地理數(shù)據(jù)的空間分析、地形數(shù)據(jù)的三維模擬、虛擬場(chǎng)景、地圖輸出等。地理信息系統(tǒng)這一技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，便得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，近幾年該技術(shù)已經(jīng)突破地學(xué)的范疇，在管理學(xué)、交通運(yùn)輸、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。GIS技術(shù)的發(fā)展和日益成熟的理論體系為研究性教學(xué)提供了技術(shù)支持，它的數(shù)據(jù)管理、圖形顯示、空間分析等知識(shí)可以很好地應(yīng)用到土壤地理學(xué)的教學(xué)和研究中，實(shí)現(xiàn)土壤圖等專題地圖的制作與空間顯示，從而可以更好地輔助學(xué)生對(duì)于土壤學(xué)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，從空間角度上理解土壤自然地理特性，同時(shí)可以進(jìn)一步結(jié)合不同地理位置的自然條件（氣候、植被、地形和母質(zhì)）來(lái)理解土壤屬性的空間差異性，進(jìn)而結(jié)合土壤屬性的空間異質(zhì)性和變異性來(lái)理解土壤屬性空間分布的特性。

2.地統(tǒng)計(jì)知識(shí)在土壤地理學(xué)中的應(yīng)用。地統(tǒng)計(jì)學(xué)是以具有空間分布特點(diǎn)的區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，研究自然現(xiàn)象的空間變異與空間結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科。它是針對(duì)像礦產(chǎn)、資源、生物群落、地貌等有著特定的地域分布特征而發(fā)展的統(tǒng)計(jì)學(xué)。地統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要理論是法統(tǒng)計(jì)學(xué)家G.Matheron創(chuàng)立的，經(jīng)過(guò)不斷完善和改進(jìn)，目前已成為具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)和實(shí)用價(jià)值的數(shù)學(xué)工具[5]。地統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅可以研究空間分布數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性、空間相關(guān)性和依賴性、空間格局與變異，還可以對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)無(wú)偏內(nèi)插，以及模擬空間數(shù)據(jù)的離散性及波動(dòng)性。地統(tǒng)計(jì)學(xué)由分析空間變異與結(jié)構(gòu)的變異函數(shù)及其參數(shù)和空間局部估計(jì)的Kriging（克里格）插值法兩個(gè)主要部分組成，目前已在地球物理、地質(zhì)、生態(tài)、土壤等領(lǐng)域應(yīng)用。土壤地理學(xué)作為一門結(jié)合自然地理學(xué)的學(xué)科，而且由于土壤空間屬性的存在，結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)對(duì)其進(jìn)行一定的空間探索、模擬與預(yù)測(cè)具有重要的意義，可以根據(jù)已知的變量進(jìn)行未知變量的預(yù)測(cè)和模擬，可以在一定程度上減少人力和物力，并能對(duì)土壤屬性空間分布規(guī)律的研究有一定的幫助。為此將地統(tǒng)計(jì)知識(shí)應(yīng)用到土壤地理學(xué)的教學(xué)中可以幫助學(xué)生具有更多的科研與創(chuàng)新精神，在一定程度上從單純的學(xué)習(xí)知識(shí)上升到自我探索與研究的階段，具有不可忽視的意義。

3.多學(xué)科融合在土壤地理學(xué)教程中的優(yōu)勢(shì)。土壤地理學(xué)因其區(qū)域性、綜合性的特點(diǎn)，為研究性學(xué)習(xí)提供了廣闊發(fā)展空間。在土壤地理學(xué)的教學(xué)中可以先從理論到實(shí)踐，然后從實(shí)踐再到探索，再?gòu)奶剿骰貧w理論。首先分析區(qū)域文獻(xiàn)資料并通過(guò)野外觀察對(duì)成土環(huán)境、土壤剖面及其診斷特性、土壤利用進(jìn)行研究，運(yùn)用地理比較法和相關(guān)分析法，把握區(qū)域土壤地理分異規(guī)律，繪制區(qū)域土壤圖，采集土壤標(biāo)本、分析樣品。在此過(guò)程中若引用GIS技術(shù)與地統(tǒng)計(jì)技術(shù)則主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：首先利用GIS技術(shù)可以管理土壤空間屬性數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)自然地理數(shù)據(jù)資料生成不同的專題地圖，以此來(lái)輔助對(duì)區(qū)域土壤地理分異規(guī)律的研究。其次，借助于GIS軟件可以有助于學(xué)生根據(jù)實(shí)地調(diào)查資料繪制區(qū)域土壤圖，以此來(lái)形成土壤屬性分布空間上的概念，從而加深對(duì)于土壤地理分布規(guī)律的理解和應(yīng)用。第三，借助于地統(tǒng)計(jì)知識(shí)可以使學(xué)生獨(dú)立思考土壤屬性空間分布規(guī)律的原因，并結(jié)合已知觀測(cè)點(diǎn)來(lái)預(yù)測(cè)未知區(qū)域的土壤屬性，同時(shí)可以進(jìn)一步分析土壤屬性空間分布具有變異性和異質(zhì)性的原因。通過(guò)以上的分析可以得出，若基于多學(xué)科融合的知識(shí)進(jìn)行土壤地理學(xué)的教授課程可以使學(xué)生能夠更加直觀形象地理解土壤地理分布規(guī)律，并且增強(qiáng)其動(dòng)手能力和思考能力，從而為社會(huì)輸送適應(yīng)性強(qiáng)的人才，為科研單位培養(yǎng)具有創(chuàng)新性和多學(xué)科知識(shí)背景的學(xué)生。

三、土壤地理學(xué)研究性教學(xué)理論方法

1.傳統(tǒng)土壤地理學(xué)教學(xué)理論方法。傳統(tǒng)土壤地理教學(xué)方式比較單一，以教師的講述為主，簡(jiǎn)單地輔以地圖掛圖和多媒體資料介紹，不能有效幫助學(xué)生建立土壤地理空間概念和深入理解土壤的發(fā)生、發(fā)展、分異和分布規(guī)律，學(xué)習(xí)往往流于機(jī)械性記憶，很大程度上影響了土壤地理的教學(xué)質(zhì)量與效果。有鑒于此，應(yīng)用研究性學(xué)習(xí)理論方法，進(jìn)行土壤地理教學(xué)改革研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義

2.基于GIS的應(yīng)用性土壤地理學(xué)教學(xué)方法探討。GIS技術(shù)主要的優(yōu)勢(shì)是可以呈現(xiàn)土壤屬性資源的空間特征，借助于深厚的土壤學(xué)背景與一定的自然地理資源可以幫助學(xué)生方便地制作出不同的土壤屬性專題地圖，實(shí)現(xiàn)土壤屬性的空間圖形化。為此在此教學(xué)過(guò)程中主要注重學(xué)生的軟件操作與地理信息知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程。目前在GIS行業(yè)中可以應(yīng)用的軟件較多，主要為ArcMAP，MAPGIS，SurperMAP等，鑒于目前應(yīng)用較多和可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，建議在課程中選擇ESRI公司的ArcGIS軟件，課程的主要目的是使學(xué)生學(xué)會(huì)基本的地理信息技術(shù)，掌握基本的空間數(shù)據(jù)的編輯與專題地形圖的制作。因此可以以某一個(gè)案例作為研究對(duì)象，選取一個(gè)區(qū)域進(jìn)行土壤自然特征屬性的調(diào)研，并通過(guò)所擁有的土壤背景知識(shí)以及自然地理資料進(jìn)行區(qū)域土壤類型的診斷，然后畫(huà)出粗略的土地利用現(xiàn)狀圖以及土壤類型圖，然后通過(guò)GIS軟件轉(zhuǎn)繪，通過(guò)進(jìn)行坐標(biāo)的校正以及文件的編輯，制作專題地圖，從而實(shí)現(xiàn)土壤屬性專題地圖的掌握。這一案例的實(shí)現(xiàn)不僅可以幫助學(xué)生了解GIS軟件的基本操作以及在土壤地理學(xué)方面的應(yīng)用，同時(shí)可以使學(xué)生掌握多背景知識(shí)，通過(guò)探索GIS軟件的其他功能來(lái)輔助土壤地理學(xué)課程的學(xué)習(xí)。

3.基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的科研性土壤地理學(xué)教學(xué)方法探討。地統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要用途是研究對(duì)象空間相關(guān)結(jié)構(gòu)（或空間變異結(jié)構(gòu)）的探測(cè)以及變量值的估計(jì)和模擬。由于土壤屬性具有較強(qiáng)的空間依賴性和變異性，會(huì)受到自然地理位置以及周圍景觀特征的影響而產(chǎn)生不同的特征。為此在進(jìn)行土壤地理學(xué)的土壤屬性的研究時(shí)可以根據(jù)已知觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料來(lái)完成未知點(diǎn)的預(yù)測(cè)和模擬以及土壤屬性之間關(guān)系的探索。運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行空間分析包括以下幾個(gè)步驟，即數(shù)據(jù)探索性分析，空間連續(xù)性的量化模型，未知點(diǎn)屬性值的估計(jì)，對(duì)未知點(diǎn)局部及空間整體不確定性的預(yù)測(cè)。學(xué)生在掌握了基本的地理信息技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)基本的地統(tǒng)計(jì)知識(shí)的探索以及簡(jiǎn)單模型的構(gòu)建，通過(guò)地統(tǒng)計(jì)模型的模擬與預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的土壤屬性專題地圖的制作。這一學(xué)習(xí)過(guò)程的掌握不僅可以幫助學(xué)生對(duì)土壤屬性整體空間特征的把握，而且還可以更好地實(shí)現(xiàn)根據(jù)自己的需求完成土壤屬性的預(yù)測(cè)和模擬，從而也可以培養(yǎng)學(xué)生的自我探索與學(xué)習(xí)過(guò)程。

4.多學(xué)科融合對(duì)土壤地理學(xué)教學(xué)的影響。教學(xué)的重點(diǎn)是使學(xué)生能夠在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，能夠做到舉一反三，培養(yǎng)良好的發(fā)散性思維，并且能夠做到學(xué)以致用，使自己學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到以后的科研或者工作中，這樣才能實(shí)現(xiàn)教育的價(jià)值。而本文關(guān)于土壤地理學(xué)的教學(xué)探討在基于基礎(chǔ)的土壤知識(shí)不變的前提下，結(jié)合最新最先進(jìn)的GIS技術(shù)在土壤地理學(xué)中的應(yīng)用，讓學(xué)生接觸到更多關(guān)于新興技術(shù)在自身專業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)在土壤地理學(xué)中的應(yīng)用，發(fā)揮學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、思考與創(chuàng)新的精神，真正做到學(xué)以致用。本課程的改革具有以下幾個(gè)特性：

（1）以學(xué)生為主，重視學(xué)生的獨(dú)立性。實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合之后的土壤地理學(xué)，不再是單純的灌輸式教學(xué)模式，而是集動(dòng)手、思考與創(chuàng)新于一體的新興教學(xué)模式，這樣可以盡可能地發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的最大特點(diǎn)，讓他們選擇自己喜歡的方向進(jìn)行探索，同時(shí)該課程也不僅僅局限于一方面，而是創(chuàng)造多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境與提供多種教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的特點(diǎn)與喜好選擇自己的研究方向，如果動(dòng)手能力操作性強(qiáng)可以注重在GIS軟件方向的發(fā)展，如果對(duì)于科研知識(shí)感興趣，可以在地統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)的前提下進(jìn)一步進(jìn)行探索與研究。

（2）多種模式相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。課程改變了以前只是老師單純教授的模式，重新融合了多種案例在課程中，既可以從野外土壤屬性調(diào)查中學(xué)習(xí)怎樣在實(shí)踐中進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，也可以通過(guò)課堂上軟件的操作實(shí)現(xiàn)通過(guò)GIS軟件來(lái)制作專題地圖，還可以通過(guò)多種案例來(lái)發(fā)揮學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新的意識(shí)。在此種模式下讓學(xué)生所學(xué)的知識(shí)不單純是為了應(yīng)付課程考試或者是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，而是盡可能地?cái)U(kuò)大了知識(shí)的應(yīng)用面，讓學(xué)生通過(guò)多元化的思考與學(xué)習(xí)，可以在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，更多地選擇自己以后要從事的方向以及發(fā)展規(guī)劃。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多學(xué)科融合之后的土壤地理學(xué)不再是傳統(tǒng)的、一味灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，結(jié)合了野外實(shí)習(xí)調(diào)查、室內(nèi)軟件操作以及案例分析等特征，幫助學(xué)生從多方面來(lái)掌握土壤地理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。優(yōu)化了土壤地理教學(xué)過(guò)程，提高了學(xué)生對(duì)土壤地理信息的收集、處理能力，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)分析土壤地理信息，應(yīng)用信息解決土壤地理問(wèn)題，提高其地理信息素養(yǎng)，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)土壤地理中空間概念的感知，加深了學(xué)生對(duì)土壤的發(fā)生、發(fā)展、分異和分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力等地理核心能力，值得在土壤地理教學(xué)領(lǐng)域推廣。同時(shí)將目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的地理信息技術(shù)以及地統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到土壤地理學(xué)的課堂中，充分發(fā)揮學(xué)生動(dòng)手能力、思考能力，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的人才，為社會(huì)和科研單位輸送更多合適的人才。

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作者簡(jiǎn)介：傅佩紅（1978-）女，福建泉州，講師，主要從事地理信息系統(tǒng)工程與應(yīng)用、土地信息系統(tǒng)等研究。