基于專業融合的“以賽促學”式GIS課程實驗教學改革

摘要：地理信息系統（GIS）是一門偏重于技術和實踐的課程，作為一門生態學相關專業本科生必須掌握的基礎知識和重要技術手段，是開展宏觀生態學科學研究的基礎和關鍵技術。對于學生嫻熟掌握GIS技能操作，形成GIS技術系統知識體系，解決具體生態學專業問題至關重要。本文針對生態學專業以往GIS課程實驗教學中存在的問題，提出了一種基于專業高度融合的“以賽促學”式教學方法，結合教學科研實踐中提煉的4個重點案例，使學生在練習了GIS軟件技能基本操作后，能綜合運用GIS技術和工具，結合專業所學理論和知識解決具體專業性問題，并極大地激發學生的學習興趣和熱情，對培養生態學及相關專業領域的GIS應用性、復合型高水平人才具有很好的推動和借鑒意義。

關鍵詞：GIS；實驗教學；生態學；以賽促學

中圖分類號：G642.0，S891+.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）25-0142-03

地理信息系統（簡稱“GIS”）被認為是21世紀重要的支柱產業之一，也是開展宏觀生態學科學研究的基礎和關鍵技術[1，2]。近年來，隨著空間信息技術的快速發展，GIS原理和技術在生態學專業領域的應用也日益廣泛和不斷深入。作為一門生態學相關專業本科生必須掌握的基礎知識和重要技術手段，2016版生態學專業本科生培養方案，已將GIS課程性質由專業選修課上升為專業核心課程。一般認為，高校生態學專業開設GIS課程，其主要目的是使學生通過對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[3]。眾多學者對生態學專業GIS課程教學的方法、模式和內容等方面進行了大量的探索和改革，取得了較好的教學效果[4-7]。但如何將GIS理論和技術與具體的專業相結合，提升學生GIS綜合應用技能，激發學生學習GIS的興趣和熱情，提升GIS課程實驗教學的質量水平，一直是一線教師積極探索和嘗試的命題。筆者在貴州大學生態學專業本科生GIS課程教學的實驗實踐中，通過對實驗教學的不斷改革和摸索，探索出一條基于專業高度融合的“以賽促學”式教學方法，將筆者長期教學科研中總結、收集的適于GIS軟件和技術解決的生態學問題進行梳理提煉，通過在實驗教學環節組建GIS訓練小組，拓展課外學時，融合宏觀生態學具體科學問題，結合全國大學生GIS技能各項大賽，使學生在“明確的目標指引、具體的內容引導、激烈的組間競爭”氛圍下，夯實GIS技能操作基礎，嫻熟GIS軟件技術運用，系統調用GIS軟件各種工具，形成體系性的GIS知識架構，逐步理解GIS技術和軟件在生態學專業領域的應用。

一、實驗教學現狀與存在的問題

1.實驗項目與具體專業脫節，無法促進學生的GIS綜合應用技能。多年來，貴州大學生態學專業本科生GIS課程在實驗項目設置方面，多關注GIS專業軟件的基礎技能操作，包括數字化、空間屬性數據庫建立、疊加分析、統計分析、數字地形分析等。而對于不同的GIS工具和方法，如何融合在一起，解決具體的專業問題基本沒有涉及，導致學生只能掌握GIS技術的技能片段，學生在練習和掌握了GIS軟件技能的基本實驗后，對于如何運用GIS理論和技術解決具體的生態學相關領域科學問題，依然無從下手，無法構建基于GIS技術和思維的生態學問題解決思路和知識體系。

2.實驗內容的目的性不明確，難以激發學生的GIS技術學習熱情。由于實驗項目的設置與具體專業脫節，加之生態學專業本科生的計算機技術和GIS技術相關基礎知識儲備不足，對本就晦澀難懂的技術性技能型實驗項目興趣不濃，如實驗內容的目的性不強，學生對學了某項工具或技術后有什么用，能做什么，毫無概念，必然會很難調動學生的主觀能動性，進而導致學生在修習了GIS課程之后，既對GIS技術如何運用不了解，又對GIS技術的重要性認識不足。

二、教學方法介紹

GIS是一門偏重于技術和實踐的學科[8]。因此，對于GIS課程實驗教學而言，核心在于技術操作、技能訓練和實踐能力提升，關鍵在于學生在了解和掌握了GIS軟件的基本操作后，如何將多種操作工具和方法，成體系地融入具體應用中，解決實際問題。因此，筆者在GIS實驗教學實踐中，以ArcGIS系列軟件為主要平臺，將實驗教學內容劃分為兩大模塊，第一模塊主要訓練學生對GIS軟件的基本操作技能，包括圖像校正、裁剪、拼接，空間屬性數據庫建立，矢量/柵格數據疊加分析，數字地形分析，插值分析，網絡分析等基礎實驗項目；第二模塊主要訓練學生運用GIS軟件和技術解決生態學具體科學問題的技能提升。在基礎實驗模塊的基礎上，增列了4個與生態學息息相關的具體案例（表1），采用自由分組、競賽比拼的方式，將所學的GIS基礎操作技能和方法，結合生態學專業理論，綜合調用各項工具，實現GIS技術在生態學專業的深入融合，提高學生綜合運用GIS解決具體專業問題的能力。

三、典型案例示例

以景觀生態風險評價為例，當前基于景觀格局的生態風險評價是區域景觀生態風險評價的熱點方向之一，其總體思路是以景觀類型空間數據為基礎，運用景觀生態學的原理和方法，通過景觀破碎度、景觀分離度、景觀優勢度和景觀脆弱度四個景觀格局指數，構建景觀生態風險評價模型，實現對區域景觀生態風險時空分布特征的評價，進而運用空間自相關分析等地統計學方法，揭示景觀生態風險的時空異質性特征。該案例涉及景觀生態學的專業理論知識體系，并充分調用了GIS相關的多種工具和功能（如：裁剪、拼接、柵格運算、插值分析、重分類、鄰域統計、地統計分析等），是對GIS實踐技能的專業性高度融合。對生態學專業學生而言，既體現了明確的生態學科學問題和實踐需求，又涉及了GIS軟件的綜合技能提升。首先要求學生基于ArcGIS軟件的桌面版平臺，實現生態風險小區劃分、景觀格局指數計算、景觀生態風險評價模型構建與地圖制圖等操作，進而，運用ArcGIS model builder構建景觀生態風險評價工具模型，通過該案例，一次性可以講解6個以上典型的GIS軟件工具的用法，并且通過model builder模塊，對景觀生態風險評價的基本流程和思路進行全面的梳理，最終通過地圖制圖、展示和結果分析，系統訓練學生的GIS技能，深刻理解GIS在生態學中的應用。該案例的學習小組所得到的成果作品，在2018年Esri杯全國大學生GIS軟件開發競賽中首次參賽便榮獲地理設計組三等獎的成績，這充分調動了學生學習GIS的熱情和興趣，具有良好的教學效果。

四、結語

筆者在對生態學專業GIS課程實驗教學現狀梳理和深入了解的基礎上，探索出深度融合生態學專業領域科學問題的“以賽促學”式GIS課程實驗教學方法，并實踐于貴州大學生態學專業本科教學中。實踐證明該教學模式可以很好地幫助學生理解GIS軟件在生態學專業領域的應用，促使學生形成GIS技能操作的知識體系構建，解決了學生在以往教學實驗中僅知道知識片段，不能解決具體專業問題，不知GIS在專業中的應用過程和方式等問題。同時，在以賽促學的氛圍下，充分激發了學生學習GIS的熱情和興趣，對于GIS課程作為生態學專業核心課程重要作用的發揮具有良好的效果。

參考文獻：

[1]湯國安，趙牡丹，楊昕，等.地理信息系統[M].第2版.北京：科學出版社，2010.

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[3]唐代生，魏丹.非GIS專業的GIS教學探索與實踐——以中南林業科技大學生態學專業為例[A].中國地理信息產業論壇暨第二屆教育論壇就業洽談會論文集[C].中國地理信息系統協會，2009：674-680.

[4]韓麗榮.芻議地理信息系統課程中實踐教學的重要意義——以呼倫貝爾學院為例[J].中國教育學刊，2015，（S2）：300-301.

[5]董建軍.基于ArcGIS的地理信息系統實驗教學改革探討[J].教育教學論壇，2015，（12）：253-254.

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[8]邊馥苓.我國高等GIS教育：進展、特點與探討[J].地理信息世界，2004，2（5）：16-18，22.