生態學專業《地理信息系統》課程改革探討

王志杰 蘇嫄

摘要：地理信息系統（GIS）是解決宏觀生態學科學問題的基礎和關鍵技術。針對生態學專業對《地理信息系統》課程質量的現實需求，以貴州大學生態學專業為對象，在深入剖析《地理信息系統》課程傳統教學模式存在的問題的基礎上，對《地理信息系統》課程教學體系、教學板塊、教學內容、教學方法和考核方式等進行了探討，提出了相應的教學改革措施，為培養學生熟練應用地理信息系統解決生態學具體問題的技能及發揮《地理信息系統》課程在生態學專業教學培養中的重要作用提供了理論參考。

關鍵詞：GIS；生態學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）18-0111-03

GIS被認為是21世紀重要的支柱產業之一[1，2]。目前，我國開設生態學專業的高校基本都開設了《地理信息系統》（GIS）課程，部分高校已將該課程性質修訂為專業必修課，明確突出了GIS理論和技術在生態學中的重要地位。大量的從事生態學專業GIS課程教學的學者，從GIS在生態學中的應用方面開展了深入的研究和探索，同時從各自學校和專業的特色入手，進行了GIS課程改革，并取得了良好的效果[3-5]。然而，生態學專業《地理信息系統》課程該如何與具體專業問題和專業技能相融合，使學生通過該課程的修習，能真正掌握地理信息系統的理論、方法和技術在生態學行業中的應用，從而更好地適應生態領域具體科學問題和社會實踐的需求，依然沒有形成具有普遍共識的指導規范。本文以貴州大學生態學專業為對象，通過對以往傳統的生態學專業《地理信息系統》課程教學存在的問題和不足的梳理，圍繞貴州大學生態學的專業特色和培養目標，探索生態學專業《地理信息系統》課程體系設置和教學內容設計，以期形成具有區域和生態學特色的《地理信息系統》課程教學理論體系和模式，提高學生基于GIS和遙感解決生態相關科學研究和生產實踐任務的技能，為高校生態學專業培養應用型、復合型高水平人才積累一條科學、有效的途徑。

一、課程教學現狀與存在的問題

1.《地理信息系統》課程目前采取的教學模式。貴州大學非GIS專業的《地理信息系統》課程的教學模式大都沿用國內其他高校GIS專業的教學方式，教材多選用《地理信息系統教程》（湯國安主編）、《地理信息系統原理和方法》（邊馥苓等編著）和《地理信息系統——原理、方法和應用》（鄔倫等編著）作為參考教材。教學方式以理論授課為主，且極少關注GIS理論與生態學具體科學問題的交叉和引申。實踐教學采用演示性知識點片段練習為主。教學理論注重GIS的基礎理論知識點和空間分析技術的理論基礎，以課堂授課（PPT教學）為主。軟件操作實驗以“課堂演示+學生模仿練習”為主。

2.目前教學存在的主要問題。（1）課堂教學“重理論、輕實踐”。以往生態學專業《地理信息系統》課程的課堂教學內容重點放在理論知識的講授方面，大量的課時設置在GIS基礎理論方面，這些理論對于非GIS專業學生而言，因在教學培養計劃中缺乏數據結構、數據庫原理與技術等先修課程的鋪墊，學生在理解和掌握這些GIS專業理論方面顯得晦澀難懂，以至于教學效果并不理想。同時，課堂教學中涉及GIS的理論知識點，基本不考慮GIS與生態學的交叉和融合，也極少引入GIS與生態學交叉科學數據采集與分析的課堂練習和實踐，學生在修習了該課程后，無法真正領悟GIS理論基礎在解決生態學相關科學問題的作用和地位。（2）課程實踐“多被動訓練，少主動探索”。因該課程的實踐、實驗學時設置少，因此在課程實踐中，多采用示范性和演示性實驗，實踐實驗題目基本為矢量數據的采集、柵格數據的基本分析、地圖制圖等幾個簡單的實驗，教學模式多為教師演示，學生模仿，學生在實驗課程學習后，僅了解GIS軟件最基本的一兩個或數個技術操作，且沒有足夠的思考空間和主動探索的機會，實驗結果的優劣無專業的評價標準。（3）軟件操作“多知識片段，少體系構建”。GIS本身是一門應用性極強、對軟件操作水平要求極高的工具和分析手段，其不同于其他信息系統的關鍵和核心是其強大的空間分析功能。隨著GIS科學和相關專業軟件的不斷發展和升級，現階段GIS軟件涉及到生態學相關的功能和工具也有數十種（個），且各空間分析功能和分析工具之間的耦合關系和邏輯關系已相當嚴密。但由于課程實踐的內容設置簡單，學生在進行GIS軟件操作中，僅了解和認知寥寥幾個操作，各操作之間的關聯性沒有專門的專題或案例實踐深入的思考和鍛煉，當面對具體的生態學問題時，學生依然無從下手。

二、課程改革的體系設計

1.課程改革理念。通過對該課程教學過程的全面改革與探索性嘗試，切實增強學生對GIS理論知識的理解和掌握，提高學生基于GIS理論與技術進行生態學相關科學研究和社會實踐的技能水平，使學生達到“熟知GIS基礎理論知識和技術方法，熟練GIS相關專業軟件的操作，熟悉基于GIS技術進行生態學科研和社會實踐的過程”的基本要求，培養在“大數據、大扶貧、大生態”和“生態文明建設”的歷史使命和時代需求中能獨當一面的高水平復合型、應用型專門人才。

2.課程體系構建。生態學專業《地理信息系統》課程改革擬從教學板塊、教學內容、教學方法和考核辦法等四個方面進行（圖1），以通過理論學習和實驗實踐訓練，使學生在掌握GIS相關基礎理論和技術方法的基礎上，能嫻熟地進行宏觀生態學的基礎科學研究，夯實基于GIS技術進行生態學社會實踐的技能。具體而言：教學板塊沿用以往教學模式中的理論教學和實踐教學兩個方面，加強實踐教學的內容和深度，增加學生的課外拓展學時；教學內容設計中弱化與生態學專業應用需求相關性小的內容，增加遙感基礎理論和遙感數字圖像處理的基本內容，增加GIS和遙感理論與技術在生態學相關科學研究和社會實踐中亟需的內容；教學實施過程和教學方法中增加專題案例的理論與實踐學時量，增加學生小組討論與協作的專題模擬練習與課堂講解，從“教師主講、學生被動接受”的模式轉變為“授課教師引導、學生參與課堂”的教學模式；考核方式在繼承原有期末筆試考試的基礎上，增加隨堂小測驗的成績比重（占20%），增加一對一上機操作考試（占40%）的內容。此外，結合現階段生態學的主要熱點，圍繞GIS專業軟件和遙感數字圖像處理基本技能的掌握，使學生能夠嫻熟地運用GIS理論、技術和方法，解決具體的生態學科學和實踐問題。在實驗項目設計中融入生態學元素和主要內容，實驗教學內容體系的設計為GIS專業軟件應用和遙感專業軟件應用的兩個模塊，各模塊中緊密融入生態學元素的“2+1”體系結構，實驗項目設置為基礎型、基礎應用型和綜合應用型三個層次。

三、課程改革具體內容設計與預期目標

1.課程內容設計圍繞生態學專業培養目標。圍繞貴州大學生態學專業本科培養方案和培養目標，在課程體系設置中，發展GIS在生態學基本理論和基礎知識與生態調查、生態環境評價的基礎作用，提升學生在生態學科研、技術開發及管理中應用GIS的技能水平。課題內容設計圍繞GIS和生態學基礎理論相結合、GIS空間管理與生態管理與決策相結合、GIS空間分析和生態調查與生態評價、管理技能需求相結合的“三位一體”框架，在GIS課程理論授課與實踐訓練的每一個環節，將GIS的理論、技術知識點和生態學相關的理論、技術方法緊密結合，設計適合生態學專業的授課內容與實驗內容，切實將GIS作為一門技術和工具與生態學專業緊密鏈接，使生態學專業的學生通過修習該課程能有一技傍身。

2.理論教學突出生態學專業的特點與需求。通過對課程體系的改革，針對當前宏觀生態學科學研究、生態管理與決策需求，在理論教學的內容方面，除了GIS基礎理論的講授外，重點甄選與生態學科密切相關的知識點作為核心講授內容，在數百種GIS空間分析理論與技術功能中，抽取具有科學邏輯體系的關鍵知識點，弱化非生態類專業相關的理論與技術，力爭在每一堂理論教學中，使學生掌握一兩項GIS生態理論知識。同時，鑒于遙感（RS）作為GIS空間分析的主要數據源及其在生態學研究中的重要作用，在理論教學中，增加生態遙感的基礎理論和遙感數字圖像處理的內容，使學生全面掌握生態遙感與GIS的理論知識結構與研究思路。

3.教學內容增設專題案例教學。針對以往教學內容設置中僅講授與GIS相關的理論知識，不涉及GIS與生態學相關科學問題交叉和生態遙感相關內容的特點，在教學內容的表達上，基于生態學專業科學研究與社會需求，將教學內容分解為GIS和生態遙感基礎理論、GIS&RS;與生態學交叉理論與技術、生態遙感與GIS專題三個層次，增加與基于GIS和遙感的生態學相關科學問題密切相關的內容，引入相關專題案例，涉及到GIS的部分，通過對專題案例的深入挖掘，剖析相關的GIS技術過程與功能，使學生在深刻理解生態學科學問題及其相關基礎理論知識的前提下，領悟GIS在解決生態學問題中的作用和地位，掌握利用GIS解決具體實際問題的邏輯流程與技術關鍵，為實踐教學和訓練夯實基礎。

4.教學方法強化“啟發式+協作式”自主學習模式。針對以往教學過程中理論授課以教師“滿堂灌”為主，實驗實踐環節以“教師演示，學生模仿”的形式為主的弊端，在教學方法上，理論教學由授課教師在講解了基本概念、原理、方法的基礎上，通過知識點設問和啟發的方式，引導學生主動參與課堂思考與分組討論。實踐教學由授課教師在講解軟件的基本操作后，通過設計與生態學緊密結合的題目，促使學生以個人和分組協作的形式完成指定的專題內容，并由授課教師進行答疑、點評，鍛煉和培養學生自主探索和自主學習的態度與行為習慣。

四、結語

GIS和遙感是解決宏觀生態學問題的基礎和關鍵技術[6]。高校生態學專業開設《地理信息系統》課程，其主要目的是使學生通過GIS相關理論、技術和方法的學習和實踐，掌握一種解決生態專業領域科學問題的新技術和新方法，以提高學生未來從事宏觀生態相關科學研究和服務社會的綜合能力，培養生態學專業的GIS應用型、復合型高水平人才[7]。本文通過對生態學專業《地理信息系統》課程傳統教學模式的深入剖析，結合當前生態學行業領域對GIS理論和技術的迫切需求，設計以糅合生態學元素和遙感數字圖像處理教學內容的《地理信息系統》課程教學體系，從教學內容、教學方法、考核方式以及技能應用等多方位探索《地理信息系統》課程在生態學專業的深入融合，使學生在修習了該門課程后，能真正在掌握了GIS基本理論和技術的基礎上，領會GIS技術在生態學中應用的科學性、技術性和實踐性。

參考文獻：

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