氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

王勇　丁園圓　史嵐

摘要：隨著GIS技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，GIS技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域。為適應(yīng)氣象部門(mén)人才的需要，在氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)紛紛開(kāi)設(shè)GIS實(shí)驗(yàn)課程，本文分析了氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出了改進(jìn)措施，以期對(duì)未來(lái)氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用性人才的培養(yǎng)起到參考作用。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)；氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）04-0116-02

一、引言

南京信息工程大學(xué)前身是南京氣象學(xué)院，被譽(yù)為“中國(guó)氣象人才搖籃”，是以氣象行業(yè)為依托的學(xué)校。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平的快速提高，對(duì)于我國(guó)氣象行業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，需要?dú)庀笮袠I(yè)提供更高水平的服務(wù)，而氣象服務(wù)水平的高低，很大程度上取決于新技術(shù)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用，而地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）正是一門(mén)新興學(xué)科，集地理學(xué)、計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)和地圖學(xué)于一體，該系統(tǒng)用來(lái)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題[1]。目前，GIS技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域，其在氣象預(yù)報(bào)、公共氣象服務(wù)、短期氣候預(yù)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)等方面都有著非常廣闊的應(yīng)用空間，能夠管理、共享、分析、展現(xiàn)海量氣象數(shù)據(jù)，為氣象應(yīng)用領(lǐng)域（精細(xì)化氣象預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、公共氣象服務(wù)、氣象應(yīng)急指揮等）提供基礎(chǔ)科技支撐和決策支持。為適應(yīng)氣象部門(mén)人才的需要，在氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)紛紛開(kāi)設(shè)地理信息系統(tǒng)的相關(guān)課程，伴隨著這些課程實(shí)習(xí)的開(kāi)展，許多氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)特有的地理信息系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題也紛紛凸顯出來(lái)，亟待解決。當(dāng)前，雖然針對(duì)GIS專(zhuān)業(yè)的教學(xué)研究成果較多[2-5]，但針對(duì)氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究卻甚少。

本文通過(guò)分析氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)（包括大氣科學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)、雷電防護(hù)科學(xué)與技術(shù)、大氣探測(cè)專(zhuān)業(yè)）GIS實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中存在的一系列問(wèn)題，探討教學(xué)方法與手段的改革，以期為未來(lái)氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得良好的效果打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

（一）GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

GIS課程是一門(mén)應(yīng)用性較強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課在課程教學(xué)中占有很大的比重，許多內(nèi)容如地圖數(shù)字化、投影、編輯、空間分析、專(zhuān)題地圖制作等都必須通過(guò)實(shí)習(xí)課才能夠真正掌握和理解，故在教學(xué)中必須非常重視實(shí)驗(yàn)課，加強(qiáng)學(xué)生GIS動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

當(dāng)前，隨著GIS的不斷普及，GIS技術(shù)在氣象部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要表現(xiàn)在：涉及地理信息的氣象數(shù)據(jù)采集、管理、分析和輸出；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或GIS軟件的支持下對(duì)氣象地理空間數(shù)據(jù)的管理，并利用地理空間分析方法，呈現(xiàn)或解決氣象問(wèn)題，如農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃、氣象災(zāi)害評(píng)估；快速、精確、綜合地對(duì)復(fù)雜的地理環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行氣候狀況跟蹤、氣象建模、分析評(píng)價(jià)及提供輔助決策。這些應(yīng)用知識(shí)的掌握都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握一種解決主專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的新的技術(shù)手段，從而提高綜合能力，提高工作效率。因此，在教學(xué)過(guò)程中要著重強(qiáng)調(diào)GIS在氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)放在培養(yǎng)GIS軟件操作應(yīng)用上，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生缺乏GIS理論基礎(chǔ)

GIS學(xué)科是計(jì)算機(jī)、地圖學(xué)、地理學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、拓?fù)鋵W(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科，是一門(mén)科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合的課程。氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生主專(zhuān)業(yè)偏于氣象學(xué)，對(duì)于GIS而言，知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整，難以深入學(xué)習(xí)GIS理論，學(xué)生面臨很大的困難，也激不起學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)習(xí)效果也不好，故對(duì)氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，不能采用培養(yǎng)GIS專(zhuān)業(yè)人才的教學(xué)方法。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏深度

隨著氣象領(lǐng)域?qū)IS人才的需求，氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS的實(shí)習(xí)教學(xué)越來(lái)越受到重視，但大多數(shù)實(shí)習(xí)以認(rèn)知性實(shí)習(xí)為主，停留在對(duì)GIS技術(shù)的簡(jiǎn)單認(rèn)知水平，很少能將主專(zhuān)業(yè)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。這不能訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)為該課程對(duì)學(xué)習(xí)主專(zhuān)業(yè)的作用不大。多數(shù)的GIS實(shí)驗(yàn)案例，其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是相互孤立的，缺乏聯(lián)系，很難讓學(xué)生通過(guò)完成實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)各實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系，各個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生難以認(rèn)識(shí)GIS技術(shù)的用途，這不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)這種碎片化的實(shí)習(xí)，讓學(xué)生所學(xué)的知識(shí)沒(méi)有系統(tǒng)化。

（三）實(shí)驗(yàn)課程缺乏配套教材

氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《地理信息系統(tǒng)原理》和氣象相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《GIS氣象應(yīng)用》課程都涉及交叉學(xué)科，一時(shí)很難找到合適的教材，用地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的教材給氣象相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生上課，由于專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，氣象專(zhuān)業(yè)的學(xué)生難以掌握。故要尋找一本適合的教材，使學(xué)生都能準(zhǔn)確掌握GIS專(zhuān)業(yè)的內(nèi)容，而且要有豐富的案例，便于上機(jī)實(shí)習(xí)，真正做到理論和實(shí)踐結(jié)合，讓畢業(yè)生到氣象業(yè)務(wù)單位后，不需要重新培訓(xùn)，直接能從事GIS相關(guān)的氣象業(yè)務(wù)工作。同時(shí)，本教材融入本學(xué)科前沿性的知識(shí)和教師的科研成果，給課程注入新鮮血液，讓學(xué)生了解學(xué)科近年來(lái)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生的想象力，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)和提高。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）建立面向?qū)I(yè)應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)模式

對(duì)于氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，專(zhuān)業(yè)背景決定了要深入系統(tǒng)學(xué)習(xí)GIS難度會(huì)較大，故在氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中，應(yīng)考慮GIS與學(xué)生主專(zhuān)業(yè)的關(guān)系，側(cè)重GIS在主專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用。氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)GIS課程實(shí)踐教學(xué)要盡量避開(kāi)高深的理論知識(shí)，選擇與學(xué)生主專(zhuān)業(yè)緊密結(jié)合的應(yīng)用問(wèn)題作為實(shí)踐的內(nèi)容。通過(guò)實(shí)習(xí)，使學(xué)生能解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，從而理解和掌握GIS課程的理論知識(shí)和實(shí)際使用技巧，了解GIS課程的作用，從而激起學(xué)習(xí)的興趣。

（二）設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

結(jié)合學(xué)生已學(xué)的GIS功能與其本專(zhuān)業(yè)的其他課程的知識(shí)，來(lái)設(shè)計(jì)解決主專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中遇到的與空間信息有關(guān)的問(wèn)題。綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上，教師要精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生在有限的實(shí)踐學(xué)時(shí)內(nèi)較快地掌握GIS技術(shù)。要充分運(yùn)用視頻、錄像、動(dòng)畫(huà)等多媒體手段，使學(xué)生更直觀形象地理解相關(guān)內(nèi)容，這更有利于GIS課程的學(xué)習(xí)，收到實(shí)踐與理論相結(jié)合的效果。

（三）選擇適合主專(zhuān)業(yè)的GIS教材

氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)與GIS專(zhuān)業(yè)在教學(xué)目標(biāo)、背景知識(shí)、學(xué)生認(rèn)知等方面存在很大的差距，應(yīng)該在實(shí)踐教學(xué)上有所不同。從目前出版的GIS教材來(lái)看，作為純粹GIS基礎(chǔ)理論的介紹較多，而與特定專(zhuān)業(yè)融為一體的GIS教材較少，尤其是與氣象相結(jié)合的教材尚未見(jiàn)到。選擇一到兩本GIS專(zhuān)業(yè)的實(shí)習(xí)教材作為教學(xué)參考書(shū)，結(jié)合氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，自編實(shí)驗(yàn)上機(jī)教材。只有因材施教，豐富教學(xué)內(nèi)容，才能提高氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用性人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

五、結(jié)語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)的發(fā)展為大氣科學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)、雷電防護(hù)科學(xué)與技術(shù)、大氣探測(cè)等氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。但GIS課程在氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的實(shí)踐教學(xué)體系還不夠完善，對(duì)于氣象類(lèi)專(zhuān)業(yè)而言，GIS課程的實(shí)踐教學(xué)是學(xué)生掌握GIS基本技能和空間分析應(yīng)用能力的主渠道。故在實(shí)踐教學(xué)中要建立面向?qū)I(yè)應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)模式，精心設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇適合主專(zhuān)業(yè)的GIS教材，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地開(kāi)展GIS實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)出具有較強(qiáng)的GIS操作能力的氣象專(zhuān)業(yè)人才。

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