农业院校学生地理空间思维能力培养初探

李军利

(安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036）

农业院校学生地理空间思维能力培养初探

李军利

(安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036）

针对地理信息学科相对薄弱的农业院校，提出通过学科竞赛、科学研究与课程分组实践来提升学生的地理空间思维能力。首先，以安徽省大学生GIS技能比赛为例，分析了不同比赛类别对学生地理空间思维能力训练的不同要求。其次，强调科学研究是地理信息创新型人才培养的一个新载体，与课堂教学形成优势互补。最后，结合《专题地图编制》教学，剖析了专题地图编制课堂教学中存在的问题，通过课程分组实践取得了较好的教学效果。该方法有效促进了理论教学与实践操作相结合，突出了学生创新实践能力的培养。

地理空间思维；学科竞赛；科学研究；课程分组实践

1 引言

思维是人类一直所特有的意识，人们利用思维来认识世界和改造世界[1]。地理空间思维能力是在人们认知地理现象及空间关系判断过程中，建构起来的一种地理空间意识，主要包括空间认知、关系判定和知识推理等思维过程。在泛在信息时代，人们日常生活的行为、位置等每一点变化都可成为被记录和分析的数据，随时随地分享带有地理位置的文本、音频与视频等信息已成为一种生活新常态。从点、线、面、体的抽象空间表达到条件、位置、模式、模拟、趋势等空间应用分析，无不体现一种空间思维，在某种程度上又突出地表现为空间知识、方法和工具的综合应用[2]。这种空间思维过程涵盖了从地理信息获取，再到空间分析、空间建模和空间优化等理论方法应用，最终达到认识和改造地理空间世界的知识、智慧和能力的全过程[3]。

地理空间信息是国家重要的基础性、战略性资源，地理信息资源的开发和利用关乎国计民生的各个方面，2014年1月，国务院办公厅发布了《国务院办公厅关于促进地理信息产业发展的意见》(国办发[2014]2号），将地理信息产业定为战略性新兴产业。当前国家各行业部门正在实施“互联网+”战略，在以全球定位导航系统、遥感技术和地理信息技术为代表的现代测绘手段正以前所未有的速度高速发展，需要不断提高或更新从业者的空间思维，迫切需要加强现在的地理信息科学相关专业学生 (未来地理信息产业从业者）的地理空间思维训练与引导。农业院校的地理信息科学专业，相对比测绘见长的理工院校、地理学见长的师范类院校，传统地理学、测绘类与信息类课程学分有不少压缩，对学生地理空间思维能力培养与训练存在不足。研究者们认为，目前多数高校人才培养模式，很难规避理论教学过于抽象，实践教学形式相对单一，验证性试验过多，学生机械性与流程化的操作多了，容易形成惯性思维，其实在一定程度上限制了学生的创新实践能力[2]，从而削弱学生的学习兴趣，上述现象在农科类地理信息科学专业也普通存在。在教育教学过程中，学者们认为专业类的学科竞赛会在一定程度上弥补上述不足，通过比赛激发学生学习兴趣[4-5]。此外，学生通过参与科研实践与课程分组实践，提升创新实践能力，也会产生积极的教学效果[4-5]。因此，在地理信息学科相对薄弱的农业院校，重视学科竞赛、科研实践与课程分组实践在专业建设与人才培养过程中的积极作用，从而提升学生地理空间思维能力培养则显得尤为重要。

2 学科竞赛与地理空间思维能力训练

目前已有很多学者指出学科比赛对课程教学会产生积极作用，如祝昌宇等通过组织学生参加ACM竞赛[4]，谭征等分析了软件比赛对程序设计教学质量的改进作用[5]。姚琳等提出程序设计比赛对程序设计类过程的影响[6]，因此，将学科竞赛融入专业课程教学过程中，对提升学生地理空间思维能力具有重要意义。

当前国内有不同类别的大学生GIS比赛，其中有重要的三个典型比赛。全国性GIS技能水平比赛，由中地数码集团与中国测绘地理信息学会等共同主办。“SuperMap杯”全国高校GIS大赛是以中国地理学会与北京超图软件股份有限公司联合举办。ESRI杯中国大学生GIS大赛，是由ESRI中国信息技术有限公司在中国测绘地理信息学会支持指导下举办的在校大学生课外活动中一项具有示范性、引导性和广泛性的竞赛活动，每年举办一届，是在测绘地理信息领域最为著名的比赛之一。上述几类比赛，作为行业协会牵头的比赛，在提升学生创新实践方面发挥了重要作用。

安徽省大学生GIS技能大赛，由安徽省地理信息系统工作委员会、安徽省地理信息中心、安徽省科协共同承办，已成功举办6届，在安徽省高校间影响广泛。以下以2015年的安徽省大学生GIS技能大赛为例，解读每一类别比赛对学生地理空间思维能力训练。该比赛共分6个类别，包括A组 (在线制图组）、B组 (地理设计组）、C组(Web应用设计组）、D组(ENVI/IDL开发组）、E组(三维建模与设计组）和F组(现场操作组）。根据竞赛细则，该系列分组比赛基本覆盖了地理空间思维训练的多个方面。在线制图比赛，强调地图图面空间配置协调，整体风格统一，突出体现主题选择、表达手段和应用上的创新；地理设计组强调用GIS解决各类问题，突出空间处理与分析思路及过程，特别是空间分析功能及应用深度。Web应用设计组强调新媒体语境下，强调WebGIS应用或移动GIS应用开发，2015年的一、二等奖获奖作品就有地理大数据挖掘，团购网站推荐等空间位置服务等。ENVI/IDL开发组强调应用IDL技术开发遥感应用，其本身就是一个空间化的应用。三维建模与设计组则强调建筑、城市规划、道路规划、园艺规划、虚拟城市等三维建模应用。现场操作组强调学生动手能力，解决实际问题。通过对参赛学生的参赛访谈，学生普遍反映通过比赛历练，将所学知识串联，自主选题，激发了学习兴趣。通过GIS技术解决实际应用问题是一种很好的地理空间思维与训练，其参赛效果相比日常教学是显著的。

3 科研实践提升学生地理空间思维能力

科研实践是地理信息创新型人才培养的一个新载体，与课堂教学优势互补，属于实践教学的范畴。科研实践活动可尝试把某些科学研究内容作为课程教学的一部分，通过实践活动与课程的有效衔接，吸纳和固定一定数量的学生参与科研实践。在课程教学中，鼓励学生参与科研课题研究，并将其阶段性成果纳入同期部分课程考核，会产生较好地教学效果。同时，也可以筛选出专业性特点突出，科研能力强的团队以项目形式升级创新创业。从而使科研实践活动融入教学活动当中，串联起各个知识点，促进科学研究与专业课程教学的深度耦合。

对于农业院校地理信息科学专业，实践教学师资与实践内容相比别的学校可能相对缺乏，鼓励并培养学生参加教师的科研课题研究可大大弥补带上述不足。科研实践活动，要求学生从选题、到设计，再到实施的全过程、系统化完成既定实践内容。在日常课题研究当中，指导教师要引导学生开展与专业课程教学相关的科研实践活动，使科研实践活动贴近专业发展方向。而在参加课题研究过程当中，学生通过特定研究时段，集中完成科研的项目内容，将理论知识的学习和科研实践二者深度融合，不仅锻炼了学生专业技术技能，而且提高了学生的地理空间思维能力，在某种程度上也促进了学生就业竞争力，促进了专业教学。另一方面，通过科研实践的示范、辐射作用，增强专业的影响力，也有利于丰富校园文化，创建良好的学风。

在GIS创新实践过程中，学生的兴趣引导非常重要。笔者在教学科研实践中，发现有一组学生对气象灾害感兴趣，要选择一组与此相关的案例，但又缺少实验数据。为此，寻求到一个国家自然科学基金项目的相关教师指导，24小时获取合肥市空气质量监测点数据。在科研课题组的指导下，该组学生初步开发了合肥市空气质量监测点实时爬取系统，如图1，该系统通过软件系统自动获取网站实时监测到的AQI、空气质量状况、首要污染物、PM2.5浓度、PM10浓度等数据，数据获取之后自动按照格式写入空间数据库；在功能方面，实现了一键数据获取入库，设置一定时间间隔让程序自动每隔一段时间爬取数据(适用于获取网站在夜间更新的数据）。学生在此科研实践过程当中，基本掌握通过程序开发，自动获取并解析地理空间数据，GIS开发潜能得到极大的发挥，同时，科研课题也在一定程度上完成了一些阶段性成果。

4 课程分组实践促进地理空间思维模式培养

地理空间思维培养的一个重要层次就是通过空间分析与空间优化，最终影响地理空间的决策规划。毫无疑问，地图是形象化的展示手段。目前多数高校的地理信息科学(GIS）、测绘工程、遥感科学与技术等专业均开设 《专题地图编制》课程。根据各个学校学科背景的不同，选择制图的工具有所差异。但基本上都会借助当前主流GIS软件，在实践环节开展专题地图编制教学，其教学内容所涉及的知识点与教学内容是相似的。专题地图不仅可以反映自然与人文现象的现状分布，也可以表示现象的动态变化和发展规律[7-8]，与此相应的专题内容表示方法的选择，专题制图要素的不同类型数据处理，专题地图设计等内容均需要通过实践解决实际问题。

但是由于《专题地图编制》课程涉及内容广泛，专业制图方法多样，部分理论学生理解还很抽象，在保持与激发学生兴趣方面还存一些问题。一方面，验证性试验过多，实践教学形式相对单一。在传统的《专题地图编制》课程教学中，很多实验都是验证性实验，比如视觉变量部分，学生一般都是依据教师提供的实验指导一步一步更改点、线与面的符号化表达，流程结束实验也就完毕，其实验结果也相对固化，实验内容与形式也相对单一，学生机械性的操作多了，容易形成惯性思维，其实在一定程度上限制了学生的创新实践能力[4-6]。另一方面，理论教学过于抽象，理论与实践脱节。《专题地图编制》教学过程当中涉及的制图方法多样，如定点符号法、线状符号法、质底法、等值线法、定位图表法、范围法、点数法、统计图法和运动线法等10种专题地图的表达方法，学生学习起来，最明显的是方法容易混淆，例如符号法和定位图表法，符号法和分区统计图表法，线状符号法与运动线法，范围法与质底法，点数法与分级统计图法，分区统计图表法与分级统计图表法[8]。尽管在教学过程当中，强调专题表示方法的选择取决于现象和物体的空间分布特征，以及地图用途的要求，如果不能从实践的角度加深对此类方法的理解，从学生的角度来说还是过于抽象，理论与实践依然是相脱节的。

针对教学过程中出现的上述问题，笔者尝试将班级学生分成不同小组，自由选题完成地图制作，并定期以PPT汇报制图进展，鼓励同学以小组为单位完成实践内容。在教学过程当中，讲解专题地图内容的分布特征及其表示方法这一章节，学生对于10种制图方法理解容易混淆。让每一小组去完成一个专题制图方法则相对容易，再通过分组交流，会进一步加深对各种制图方法的理解。有一小组同学，在实验作品基础上培育出2015年安徽省大学生GIS技能大赛在线制图比赛作品，即“毕业后，我们去哪里攒首付”，获在线制图组二等奖。该作品一个重要特点，就是应用了两种制图方法，即符号法与定位图表法，得益于前期分组实践对制图方法的掌握。选择符号法对中国各线城市进行地图表达，从一线到三线城市分别用不同大小和颜色进行区分，表达其定性与定量特征；应用定位图表法对各线城市应届毕业生的起薪和该地区房价首付，计算出应届毕业生攒够首付需要的年限，设计美观的定位图表，用不同颜色但同类型的统计图表对上述城市指标进行地图渲染。制图过程每一环节，小组成员全程自主参与，从地图作品数据采集、设计制作到加工处理的各个环节，不断追求地图作品的科学性与艺术性相创新性结合。小组同学通过充分讨论，反复修改，直至作品达到小组成员都满意的制图效果。学生在作品制作过程当中也加深了对专业知识的理解，更重要的是学生在分组实践任务实施的各个阶段，对本课程保持持续的学习兴趣，上述教学方法的尝试起到了较好的教学效果。

5 结语

在地理信息学科相对薄弱的农业院校，针对学生地理空间思维能力培养与训练存在的不足，提出学科竞赛、科研实践与课程分组实践等三种方法，以促进地理空间思维能力的培养。以安徽省大学生GIS比赛为例，分析了不同比赛类别对学生地理空间思维能力训练的不同要求。在此基础上，强调科学研究是创新型人才培养的一个新载体，与课堂教学形成互补，将学生参与科学研究活动融入教学活动当中，促进科学研究与专业课程教学的深度耦合。再以《专题地图编制》专业课程教学为案例，从《专题地图编制》课堂教学中存在的问题着手，强调通过分组创新实践，激发学生的学习兴趣。传统教学当中存在验证性实践多，学生机械性操作多，容易产生惯性思维等不足，而通过自主选题完成实践任务的各个环节，深刻理解专题制图的所涉及的各个知识点，从选题到最终提交地图作品，对学生能力的培养是一个综合性、系统性训练。上述实践活动一定程度上激发了学生的学习兴趣，取得了较好的教学效果。

[1]中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局.马克思恩格斯选集（第四卷）[M].北京∶人民出版社，1995，219.

[2]Goodchild M.F.&Janelle D.G.Toward Critical Spatial Thinking in the Social Sciences and Humanities[J].GeoJoural，2010，（1）∶3-13.

[3]张晓祥.大数据时代的空间分析[J].武汉大学学报信息科学版，2014，（6）：655-659.

[4]祝昌宇，陈广贵.从ACM竞赛谈计算机实验教学改革[J].实验科学与技术，2011，（5）∶300-302.

[5]谭征，孙红霞.以软件大赛为契机提升程序设计教学质量[J].青岛远洋船员学院学报，2009，（4）∶72-74.

[6]姚琳，汪红兵，张敏，等.程序设计比赛对程序设计语言教学的启发[J].计算机教育，2015，（2）∶103-105.

[7]张佐邦.《专题地图》课程教学与思考[J].西南农业大学学报（社会科学版），2009，（4）∶178-180.

[8]黄仁涛，庞小平，马晨燕.专题地图编制[M].武汉∶武汉大学出版社，2003.

责任编辑：陈 凤

G64

A

1672-2868（2015）06-0161-04

2015-10-13

国家自然科学基金(项目编号：41571400）；安徽农业大学2015年度教学研究项目；安徽农业大学引进与稳定人才项目(项目编号：yj2014-24）

李军利(1976-），男，安徽无为人。安徽农业大学资源与环境学院，讲师，博士。研究方向：数字制图与GIS应用开发教学。