生态学专业《地理信息系统》课程改革探讨

王志杰 苏嫄

摘要：地理信息系统（GIS）是解决宏观生态学科学问题的基础和关键技术。针对生态学专业对《地理信息系统》课程质量的现实需求，以贵州大学生态学专业为对象，在深入剖析《地理信息系统》课程传统教学模式存在的问题的基础上，对《地理信息系统》课程教学体系、教学板块、教学内容、教学方法和考核方式等进行了探讨，提出了相应的教学改革措施，为培养学生熟练应用地理信息系统解决生态学具体问题的技能及发挥《地理信息系统》课程在生态学专业教学培养中的重要作用提供了理论参考。

关键词：GIS；生态学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）18-0111-03

GIS被认为是21世纪重要的支柱产业之一[1，2]。目前，我国开设生态学专业的高校基本都开设了《地理信息系统》（GIS）课程，部分高校已将该课程性质修订为专业必修课，明确突出了GIS理论和技术在生态学中的重要地位。大量的从事生态学专业GIS课程教学的学者，从GIS在生态学中的应用方面开展了深入的研究和探索，同时从各自学校和专业的特色入手，进行了GIS课程改革，并取得了良好的效果[3-5]。然而，生态学专业《地理信息系统》课程该如何与具体专业问题和专业技能相融合，使学生通过该课程的修习，能真正掌握地理信息系统的理论、方法和技术在生态学行业中的应用，从而更好地适应生态领域具体科学问题和社会实践的需求，依然没有形成具有普遍共识的指导规范。本文以贵州大学生态学专业为对象，通过对以往传统的生态学专业《地理信息系统》课程教学存在的问题和不足的梳理，围绕贵州大学生态学的专业特色和培养目标，探索生态学专业《地理信息系统》课程体系设置和教学内容设计，以期形成具有区域和生态学特色的《地理信息系统》课程教学理论体系和模式，提高学生基于GIS和遥感解决生态相关科学研究和生产实践任务的技能，为高校生态学专业培养应用型、复合型高水平人才积累一条科学、有效的途径。

一、课程教学现状与存在的问题

1.《地理信息系统》课程目前采取的教学模式。贵州大学非GIS专业的《地理信息系统》课程的教学模式大都沿用国内其他高校GIS专业的教学方式，教材多选用《地理信息系统教程》（汤国安主编）、《地理信息系统原理和方法》（边馥苓等编著）和《地理信息系統——原理、方法和应用》（邬伦等编著）作为参考教材。教学方式以理论授课为主，且极少关注GIS理论与生态学具体科学问题的交叉和引申。实践教学采用演示性知识点片段练习为主。教学理论注重GIS的基础理论知识点和空间分析技术的理论基础，以课堂授课（PPT教学）为主。软件操作实验以“课堂演示+学生模仿练习”为主。

2.目前教学存在的主要问题。（1）课堂教学“重理论、轻实践”。以往生态学专业《地理信息系统》课程的课堂教学内容重点放在理论知识的讲授方面，大量的课时设置在GIS基础理论方面，这些理论对于非GIS专业学生而言，因在教学培养计划中缺乏数据结构、数据库原理与技术等先修课程的铺垫，学生在理解和掌握这些GIS专业理论方面显得晦涩难懂，以至于教学效果并不理想。同时，课堂教学中涉及GIS的理论知识点，基本不考虑GIS与生态学的交叉和融合，也极少引入GIS与生态学交叉科学数据采集与分析的课堂练习和实践，学生在修习了该课程后，无法真正领悟GIS理论基础在解决生态学相关科学问题的作用和地位。（2）课程实践“多被动训练，少主动探索”。因该课程的实践、实验学时设置少，因此在课程实践中，多采用示范性和演示性实验，实践实验题目基本为矢量数据的采集、栅格数据的基本分析、地图制图等几个简单的实验，教学模式多为教师演示，学生模仿，学生在实验课程学习后，仅了解GIS软件最基本的一两个或数个技术操作，且没有足够的思考空间和主动探索的机会，实验结果的优劣无专业的评价标准。（3）软件操作“多知识片段，少体系构建”。GIS本身是一门应用性极强、对软件操作水平要求极高的工具和分析手段，其不同于其他信息系统的关键和核心是其强大的空间分析功能。随着GIS科学和相关专业软件的不断发展和升级，现阶段GIS软件涉及到生态学相关的功能和工具也有数十种（个），且各空间分析功能和分析工具之间的耦合关系和逻辑关系已相当严密。但由于课程实践的内容设置简单，学生在进行GIS软件操作中，仅了解和认知寥寥几个操作，各操作之间的关联性没有专门的专题或案例实践深入的思考和锻炼，当面对具体的生态学问题时，学生依然无从下手。

二、课程改革的体系设计

1.课程改革理念。通过对该课程教学过程的全面改革与探索性尝试，切实增强学生对GIS理论知识的理解和掌握，提高学生基于GIS理论与技术进行生态学相关科学研究和社会实践的技能水平，使学生达到“熟知GIS基础理论知识和技术方法，熟练GIS相关专业软件的操作，熟悉基于GIS技术进行生态学科研和社会实践的过程”的基本要求，培养在“大数据、大扶贫、大生态”和“生态文明建设”的历史使命和时代需求中能独当一面的高水平复合型、应用型专门人才。

2.课程体系构建。生态学专业《地理信息系统》课程改革拟从教学板块、教学内容、教学方法和考核办法等四个方面进行（图1），以通过理论学习和实验实践训练，使学生在掌握GIS相关基础理论和技术方法的基础上，能娴熟地进行宏观生态学的基础科学研究，夯实基于GIS技术进行生态学社会实践的技能。具体而言：教学板块沿用以往教学模式中的理论教学和实践教学两个方面，加强实践教学的内容和深度，增加学生的课外拓展学时；教学内容设计中弱化与生态学专业应用需求相关性小的内容，增加遥感基础理论和遥感数字图像处理的基本内容，增加GIS和遥感理论与技术在生态学相关科学研究和社会实践中亟需的内容；教学实施过程和教学方法中增加专题案例的理论与实践学时量，增加学生小组讨论与协作的专题模拟练习与课堂讲解，从“教师主讲、学生被动接受”的模式转变为“授课教师引导、学生参与课堂”的教学模式；考核方式在继承原有期末笔试考试的基础上，增加随堂小测验的成绩比重（占20%），增加一对一上机操作考试（占40%）的内容。此外，结合现阶段生态学的主要热点，围绕GIS专业软件和遥感数字图像处理基本技能的掌握，使学生能够娴熟地运用GIS理论、技术和方法，解决具体的生态学科学和实践问题。在实验项目设计中融入生态学元素和主要内容，实验教学内容体系的设计为GIS专业软件应用和遥感专业软件应用的两个模块，各模块中紧密融入生态学元素的“2+1”体系结构，实验项目设置为基础型、基础应用型和综合应用型三个层次。

三、课程改革具体内容设计与预期目标

1.课程内容设计围绕生态学专业培养目标。围绕贵州大学生态学专业本科培养方案和培养目标，在课程体系设置中，发展GIS在生态学基本理论和基础知识与生态调查、生态环境评价的基础作用，提升学生在生态学科研、技术开发及管理中应用GIS的技能水平。课题内容设计围绕GIS和生态学基础理论相结合、GIS空间管理与生态管理与决策相结合、GIS空间分析和生态调查与生态评价、管理技能需求相结合的“三位一体”框架，在GIS课程理论授课与实践训练的每一个环节，将GIS的理论、技术知识点和生态学相关的理论、技术方法紧密结合，设计适合生态学专业的授课内容与实验内容，切实将GIS作为一门技术和工具与生态学专业紧密链接，使生态学专业的学生通过修习该课程能有一技傍身。

2.理论教学突出生态学专业的特点与需求。通过对课程体系的改革，针对当前宏观生态学科学研究、生态管理与决策需求，在理论教学的内容方面，除了GIS基础理论的讲授外，重点甄选与生态学科密切相关的知识点作为核心讲授内容，在数百种GIS空间分析理论与技术功能中，抽取具有科学逻辑体系的关键知识点，弱化非生态类专业相关的理论与技术，力争在每一堂理论教学中，使学生掌握一两项GIS生态理论知识。同时，鉴于遥感（RS）作为GIS空间分析的主要数据源及其在生态学研究中的重要作用，在理论教学中，增加生态遥感的基础理论和遥感数字图像处理的内容，使学生全面掌握生态遥感与GIS的理论知识结构与研究思路。

3.教学内容增设专题案例教学。针对以往教学内容设置中仅讲授与GIS相关的理论知识，不涉及GIS与生态学相关科学问题交叉和生态遥感相关内容的特点，在教学内容的表达上，基于生态学专业科学研究与社会需求，将教学内容分解为GIS和生态遥感基础理论、GIS&RS;与生态学交叉理论与技术、生态遥感与GIS专题三个层次，增加与基于GIS和遥感的生态学相关科学问题密切相关的内容，引入相关专题案例，涉及到GIS的部分，通过对专题案例的深入挖掘，剖析相关的GIS技术过程与功能，使学生在深刻理解生态学科学问题及其相关基础理论知识的前提下，领悟GIS在解决生态学问题中的作用和地位，掌握利用GIS解决具体实际问题的逻辑流程与技术关键，为实践教学和训练夯实基础。

4.教学方法强化“启发式+协作式”自主学习模式。针对以往教学过程中理论授课以教师“满堂灌”为主，实验实践环节以“教师演示，学生模仿”的形式为主的弊端，在教学方法上，理论教学由授课教师在讲解了基本概念、原理、方法的基础上，通过知识点设问和启发的方式，引导学生主动参与课堂思考与分组讨论。实践教学由授课教师在讲解软件的基本操作后，通过设计与生态学紧密结合的题目，促使学生以个人和分组协作的形式完成指定的专题内容，并由授课教师进行答疑、点评，锻炼和培养学生自主探索和自主学习的态度与行为习惯。

四、结语

GIS和遥感是解决宏观生态学问题的基础和关键技术[6]。高校生态学专业开设《地理信息系统》课程，其主要目的是使学生通过GIS相关理论、技术和方法的学习和实践，掌握一种解决生态专业领域科学问题的新技术和新方法，以提高学生未来从事宏观生态相关科学研究和服务社会的综合能力，培养生态学专业的GIS应用型、复合型高水平人才[7]。本文通过对生态学专业《地理信息系统》课程传统教学模式的深入剖析，结合当前生态学行业领域对GIS理论和技术的迫切需求，设计以糅合生态学元素和遥感数字图像处理教学内容的《地理信息系统》课程教学体系，从教学内容、教学方法、考核方式以及技能应用等多方位探索《地理信息系统》课程在生态学专业的深入融合，使学生在修习了该门课程后，能真正在掌握了GIS基本理论和技术的基础上，领会GIS技术在生态学中应用的科学性、技术性和实践性。

参考文献：

[1]王迪，田旭飞，曲波.GIS在生态学中的应用研究进展[J].生态科学，2015，34（3）：162-169.

[2]王净，江刚武.GIS在数字地球时代的新发展[J].地理空间信息，2005，3（4）：43-44.

[3]韩丽荣.刍议地理信息系统课程中实践教学的重要意义——以呼伦贝尔学院为例[J].中国教育学刊，2015，（S2）：300-301.

[4]董建军.基于ArcGIS的地理信息系统实验教学改革探讨[J].教育教学论坛，2015，（12）：253-254.

[5]周冬梅，张军.生态学视域下地理信息科学专业课程群建设实证研究[J].河北农业大学学报（农林教育版），2016，18（6）：85-89.

[6]肖篤宁.宏观生态学研究的特点与方法[J].应用生态学报，1994，5（1）：95-102.

[7]唐代生，魏丹.非GIS专业的GIS教学探索与实践——以中南林业科技大学生态学专业为例[A].中国地理信息系统协会.2009`中国地理信息产业论坛暨第二届教育论坛就业洽谈会论文集[C].中国地理信息系统协会，2009：674-680.