土壤資源與信息技術課程實踐教學改革與探索

李雙異， 孫繼光， 張大庚， 蘇 里， 栗 杰， 王 冰， 劉 慧， 汪景寬

(沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽 110866)

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土壤資源與信息技術課程實踐教學改革與探索

李雙異， 孫繼光， 張大庚， 蘇 里， 栗 杰， 王 冰， 劉 慧， 汪景寬*

(沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽 110866)

信息技術類課程是農業資源與環境專業的一門技術性和實踐性很強的方向課程，學校針對專業特點及發展設立了土壤資源與信息技術課程，但沒有非常完善的、具有針對性的教材。筆者所在課程組在總結多年科研實踐經驗的基礎上，結合社會需求分析了目前本門課程實踐教學中存在的問題，結合當前社會現狀和未來發展趨勢，提出完善實踐教學改革的措施。

土壤資源與信息技術；實踐教學；改革

21世紀是信息的時代，在實現農業的高速、健康和可持續發展方面，農業信息技術是重要的推動力。土壤信息技術是一門新興的應用學科，是土壤科學和信息科學相互交叉滲透而產生的新領域。國際上，發達國家的信息技術已在土壤及相關學科研究中得到了廣泛應用。

土壤資源與信息技術是普通高等農業院校農業資源與環境專業開設的專業限修課。課程設立的目的是立足于土壤資源領域研究的前沿，以土壤資源的可持續利用為目標，針對資源利用、保護及管理中的關鍵問題，充分利用遙感、GIS等高新技術手段，進行土壤資源動態監測、評價、開發利用及保護方面的系統教學。

隨著我國經濟的不斷發展，社會對掌握土壤學和信息技術及應用領域的人才需求愈來愈大。2005年我國農業部開始推行測土配方施肥項目以來，更推動了對熟悉土壤學和信息科學等復合型人才的需要。土壤資源借助信息技術是土壤學融合現代地學和信息科學的產物，是土壤學邁向信息化的關鍵。因此，本門課程的實踐教學環節是不可替代的重要組成部分。讓學生真正掌握土壤資源與信息技術的理論和實踐應用技術，使學生成為創新型人才是當前教學改革的一個重要內容。筆者所在課程組經過幾年的改革與探索，對本門課程的實踐教學進行了完善。

1 完善課程體系建設，補充理論與實踐相結合的教學案例

土壤資源與信息技術，特別是地理信息系統(GIS)的應用，使得學科間的橫向滲透更加容易。GIS是個工具，是用來管理土壤資源信息的有效手段，通過圖文管理，使得特別重要的基于位置關系的相關技術得以整合，特別是與土壤資源相關的領域，如耕地養分管理、測土配方施肥、土壤環境動態監測、水資源利用等，使得涉農的幾個學科更加緊密地聯系在一起，各學科間相互滲透，促進高校向培養應用型人才方向轉變。要達到上述目的，必須做到理論與實踐相結合，增加類似MBA教學的案例，系統地講述GIS在土壤資源管理、測土配方施肥等相關領域中的應用。因此，教學中除講述基本的土壤圖的矢量化、空間分析、緩沖區分析、DEM屬性提取、地統計學分析、土壤質量指標的時空變異性、土壤質量定量評價、土壤資源動態監測、土壤侵蝕建模分析和制圖設計外，還要涉及土壤學、地質地貌學、遙感基礎與應用、地理信息系統等課程。其中后兩者在農業資源與環境專業教學計劃中均未涉及，本門課程雖然涵蓋了部分理論環節，但更側重于應用，因此學生基礎知識的薄弱在課程傳授過程中就會暴露出來，促使任課教師要花費相當部分的學時來介紹基礎理論，加之課程總學時少(32學時)，這勢必削弱了應用環節的講授，這樣就違背了課程設立的初衷。因此，在教學計劃修訂時，可以適當調整課程體系，比如增加地圖學、遙感及地理信息系統等課程，或在提前確定學生畢業設計選題方向后，指導學生利用信息技術完成一個涉及農業多學科的案例，積極引導學生跨專業選課，學得越“雜”，發展方向就越多，將來的就業就有更多的選擇。

2 加強實踐教學知識庫建設，提高案例教學水平

土壤資源與信息技術課程要求任課教師不僅有深厚的土壤學基礎，還要熟悉環境學、地圖學、規劃評價等，更要求能夠熟練運用RS和GIS等相關軟件。教師的實踐閱歷很重要，在很大程度上決定了能給學生提供什么水平的指導。如果要讓學生學到生產中實用的知識，教師就要有相關實踐經歷，以自己做過的案例為學生講解實驗注意事項及知識點。比如，利用GIS做一個測土配方施肥的教學案例，其中涉及土壤資源學、土地利用、植物營養、田間試驗分析、計算機編程等知識。

首先是數據資料的準備。利用GIS軟件建立空間數據庫和屬性數據庫，將土地利用現狀圖、土壤圖、采樣數據、其他基礎地理信息疊加到一起，形成基礎的空間數據庫。另外，對采樣數據點的遴選、異常值檢驗等涉及統計學知識。屬性數據指采樣數據的表格以及3414田間試驗數據等的處理，涉及試驗分析知識，以獲得試驗區域土壤的供肥量、作物的最佳產量及施肥量、最高產量及施肥量、作物的需肥系數等，這些是配方施肥的核心參數。其次是系統數據整合。將實驗室測試到的采樣點養分數據配賦到地塊上，這個要運用GIS的插值處理等空間分析功能，同時，要建立基于GIS的數據庫系統，把地塊圖和屬性數據聯系在一起(綁定)。最后是編程實現地塊配方施肥查詢功能。上述工作完成后，可以利用“養分平衡法”或“測試值與最佳施肥量”法編程，實現基于GIS的測土配方施肥管理。

這個案例涉及農學、土壤學、土地利用、植物營養、實驗分析等很多知識，因此授課教師必須系統地做過這個案例，到實踐中檢驗過，修正了其中的某些不足，最后作為一個經典的教學案例傳授給學生。

為達到理論聯系實際，培養學生既能“講理論”又能“動手做”的技能，需要豐富的實踐教學案例，經過廣泛的收集和積累，建立具有專業特色的“實踐教學知識庫”。知識庫里面的所有案例都應該是經過實踐檢驗，經過教師驗證的經典案例，這就需要教師踏踏實實地研究相關學科的知識，不能精“專業”而形成專業“孤島”，要不斷引導學生應用學到的知識做實踐推廣。

即便如此，教師的理論知識還不夠扎實，實踐操作經驗與技能還有待進一步提高。為此，課程組非常重視“再充電”，授課教師經常到中科院土壤所等知名院校學習交流，并參加一些專業培訓。同時積極總結教師科研上的成果和經驗，將其有效地融入到課程的實踐教學中。

3 編寫適用教材，使實踐教學規范化

國內開設的相關課程多選擇地理信息系統方面的教材，或者是以此為基礎進行教材編寫，但這些教材多是一些泛泛的上機操作指南，教學內容上也缺乏在土壤學領域的應用，針對性不強。同時，實踐教學學時偏少，容易限制學生綜合能力的培養。因此，本著以學生為中心，以能力培養為本的原則，課程組從專業實際的教學環境出發編寫了教材《土壤資源與信息技術實驗指導》。該教材圖文并茂，在實踐項目的選擇和內容的實施上都具有針對性、可操作性，不僅規范了教學環節，也方便了學生學習，大大調動了學生的學習積極性和學習興趣，有效提高了教學質量。

4 完善實驗室建設，創造良好的實驗教學條件

要做好本門課程的實踐教學，信息技術是關鍵，而軟件則是信息技術的載體。土地與環境學院于2003年便建立了“3S”實驗室，當時來看，軟、硬件設施齊全，配備了專業的工具軟件以及先進的數據采集和輸出設備，比如繪圖儀、掃描儀和數字化儀等。10余年后的今天，對于硬件設施來說，設備陳舊落后，已無法滿足當前信息技術的發展；軟件方面，實驗室目前雖然已經配備了相關GIS等軟件，但這些軟件更新速度很快，再加上購買正版軟件需要大量資金，這給學生的校內實踐課程的開展造成許多不便。隨著社會的發展，學生人數的增多，要達到本門課程的教學效果，計算機的硬件配置要求較高，數量上還要保證人手一臺，幾輪授課下來，效果不盡理想。目前學院正籌劃建設全新的“3S”實驗室，這是一個令相關教師和學生非常振奮的消息。同時應加大資金投入，積極尋找適合本專業的教學軟件來完善實驗室建設。另外，考慮到實驗室非常強的專業特點，每周可以留出固定上機操作時間，讓感興趣的學生能利用課余時間繼續學習，鼓勵學生進行二次開發和建模活動，以利于創新性人才的培養。

5 優化考核方式，提升教學效果

土壤資源與信息技術課程成績的判定，以前均是以試卷考核的方式，考試內容偏重理論環節，在實踐環節的考核多是些知識運用的綜合性描述。學生通過參考教材和筆記即可合格，從而導致學生重理論，輕實踐，影響了學生平時參與實踐的積極性。課程組根據“理論緊密聯系實際，以實踐能力、操作技能和創新能力為本”的指導思想，在課程考試時，注重多種考試考查方法相結合，大幅度增加實踐能力、操作技能的考查內容及比重，比如可將考核方式由單純的卷面考核轉變為考試、作業、實驗報告、課程論文以及專題圖繪制等多種形式，實行教師評價、小組評價及自我評價相結合，過程評價、結果評價相結合，定性評價、定量評價相結合，小組成績、個人成績相結合的全面的考核方式。這樣有利于從不同角度來考查學生的記憶、綜合和創新能力，提高學生平時參與實踐的積極性，進而達到提升教學效果的目的。

6 著眼于未來就業，建立實踐教學基地

沈陽農業大學尚屬教學研究型高校，學生的就業情況是衡量一個高校人才培養是否成功的標準。許多學生直到畢業前夕，才找到學習的方向和重點，已經走向社會的也受到了用人單位的質疑。為了培養出的學生能很快完成身份的轉換，適應社會，可多途徑地建立一些校外實習基地，并建立長期的合作關系。比如帶領學生去重點院校參觀和聽取知名專家介紹學科前沿動態，使學生了解本專業的最新的科研成果及新技術、新方法等，也可以去相關事業單位和企業進行深入交流，這些可以幫助學生積極反饋實踐過程中對理論和技術的需求，以便為就業做準備。

[1] VITOUSEK P M，MOONEY H A，LUBCHENCO J,et al. Human domination of earth's ecosystems [J]. Science, 1997，277: 494-499.

[2] 尹珂，李孝坤.高校地理信息系統專業實踐教學改革淺析[J].教研，2011(7):40-42.

[3] 王人潮.農業資源與信息系統[M].北京：中國農業出版社，2009.

Reform and Exploration of Practical Teaching of SoilResourcesandInformationTechnology

LI Shuang-yi, SUN Ji-guang, ZHANG Da-geng et al

(School of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang, Liaoning 110866)

Information technology course is an orientation course with strong technicality and practicality in Agricultural Resources Environmental Profession.SoilResourcesandInformationTechnologywas set up aiming at specialty characteristics and development. Because of having not perfect and special purpose textbook, on the basis of summary of long-term research practice, combined with the social demand, existing problems in practical teaching were analyzed, according to current social status and future development trends, the measures for perfecting the practical teaching reform were proposed.

Soil Resources and Information Technology; Practical teaching; Reform

李雙異(1979- )，男，遼寧東港人，講師，博士，從事土壤肥力與土壤信息技術方面的教學和研究。*通訊作者，教授，從事土壤肥力、土地資源管理方面的研究。

2015-11-20

S-01

A

0517-6611(2015)35-385-02