基于专业融合的“以赛促学”式GIS课程实验教学改革

摘要：地理信息系统（GIS）是一门偏重于技术和实践的课程，作为一门生态学相关专业本科生必须掌握的基础知识和重要技术手段，是开展宏观生态学科学研究的基础和关键技术。对于学生娴熟掌握GIS技能操作，形成GIS技术系统知识体系，解决具体生态学专业问题至關重要。本文针对生态学专业以往GIS课程实验教学中存在的问题，提出了一种基于专业高度融合的“以赛促学”式教学方法，结合教学科研实践中提炼的4个重点案例，使学生在练习了GIS软件技能基本操作后，能综合运用GIS技术和工具，结合专业所学理论和知识解决具体专业性问题，并极大地激发学生的学习兴趣和热情，对培养生态学及相关专业领域的GIS应用性、复合型高水平人才具有很好的推动和借鉴意义。

关键词：GIS；实验教学；生态学；以赛促学

中图分类号：G642.0，S891+.5 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）25-0142-03

地理信息系统（简称“GIS”）被认为是21世纪重要的支柱产业之一，也是开展宏观生态学科学研究的基础和关键技术[1，2]。近年来，随着空间信息技术的快速发展，GIS原理和技术在生态学专业领域的应用也日益广泛和不断深入。作为一门生态学相关专业本科生必须掌握的基础知识和重要技术手段，2016版生态学专业本科生培养方案，已将GIS课程性质由专业选修课上升为专业核心课程。一般认为，高校生态学专业开设GIS课程，其主要目的是使学生通过对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[3]。众多学者对生态学专业GIS课程教学的方法、模式和内容等方面进行了大量的探索和改革，取得了较好的教学效果[4-7]。但如何将GIS理论和技术与具体的专业相结合，提升学生GIS综合应用技能，激发学生学习GIS的兴趣和热情，提升GIS课程实验教学的质量水平，一直是一线教师积极探索和尝试的命题。笔者在贵州大学生态学专业本科生GIS课程教学的实验实践中，通过对实验教学的不断改革和摸索，探索出一条基于专业高度融合的“以赛促学”式教学方法，将笔者长期教学科研中总结、收集的适于GIS软件和技术解决的生态学问题进行梳理提炼，通过在实验教学环节组建GIS训练小组，拓展课外学时，融合宏观生态学具体科学问题，结合全国大学生GIS技能各项大赛，使学生在“明确的目标指引、具体的内容引导、激烈的组间竞争”氛围下，夯实GIS技能操作基础，娴熟GIS软件技术运用，系统调用GIS软件各种工具，形成体系性的GIS知识架构，逐步理解GIS技术和软件在生态学专业领域的应用。

一、实验教学现状与存在的问题

1.实验项目与具体专业脱节，无法促进学生的GIS综合应用技能。多年来，贵州大学生态学专业本科生GIS课程在实验项目设置方面，多关注GIS专业软件的基础技能操作，包括数字化、空间属性数据库建立、叠加分析、统计分析、数字地形分析等。而对于不同的GIS工具和方法，如何融合在一起，解决具体的专业问题基本没有涉及，导致学生只能掌握GIS技术的技能片段，学生在练习和掌握了GIS软件技能的基本实验后，对于如何运用GIS理论和技术解决具体的生态学相关领域科学问题，依然无从下手，无法构建基于GIS技术和思维的生态学问题解决思路和知识体系。

2.实验内容的目的性不明确，难以激发学生的GIS技术学习热情。由于实验项目的设置与具体专业脱节，加之生态学专业本科生的计算机技术和GIS技术相关基础知识储备不足，对本就晦涩难懂的技术性技能型实验项目兴趣不浓，如实验内容的目的性不强，学生对学了某项工具或技术后有什么用，能做什么，毫无概念，必然会很难调动学生的主观能动性，进而导致学生在修习了GIS课程之后，既对GIS技术如何运用不了解，又对GIS技术的重要性认识不足。

二、教学方法介绍

GIS是一门偏重于技术和实践的学科[8]。因此，对于GIS课程实验教学而言，核心在于技术操作、技能训练和实践能力提升，关键在于学生在了解和掌握了GIS软件的基本操作后，如何将多种操作工具和方法，成体系地融入具体应用中，解决实际问题。因此，笔者在GIS实验教学实践中，以ArcGIS系列软件为主要平台，将实验教学内容划分为两大模块，第一模块主要训练学生对GIS软件的基本操作技能，包括图像校正、裁剪、拼接，空间属性数据库建立，矢量/栅格数据叠加分析，数字地形分析，插值分析，网络分析等基础实验项目；第二模块主要训练学生运用GIS软件和技术解决生态学具体科学问题的技能提升。在基础实验模块的基础上，增列了4个与生态学息息相关的具体案例（表1），采用自由分组、竞赛比拼的方式，将所学的GIS基础操作技能和方法，结合生态学专业理论，综合调用各项工具，实现GIS技术在生态学专业的深入融合，提高学生综合运用GIS解决具体专业问题的能力。

三、典型案例示例

以景观生态风险评价为例，当前基于景观格局的生态风险评价是区域景观生态风险评价的热点方向之一，其总体思路是以景观类型空间数据为基础，运用景观生态学的原理和方法，通过景观破碎度、景观分离度、景观优势度和景观脆弱度四个景观格局指数，构建景观生态风险评价模型，实现对区域景观生态风险时空分布特征的评价，进而运用空间自相关分析等地统计学方法，揭示景观生态风险的时空异质性特征。该案例涉及景观生态学的专业理论知识体系，并充分调用了GIS相关的多种工具和功能（如：裁剪、拼接、栅格运算、插值分析、重分类、邻域统计、地统计分析等），是对GIS实践技能的专业性高度融合。对生态学专业学生而言，既体现了明确的生态学科学问题和实践需求，又涉及了GIS软件的综合技能提升。首先要求学生基于ArcGIS软件的桌面版平台，实现生态风险小区划分、景观格局指数计算、景观生态风险评价模型构建与地图制图等操作，进而，运用ArcGIS model builder构建景观生态风险评价工具模型，通过该案例，一次性可以讲解6个以上典型的GIS软件工具的用法，并且通过model builder模块，对景观生态风险评价的基本流程和思路进行全面的梳理，最终通过地图制图、展示和结果分析，系统训练学生的GIS技能，深刻理解GIS在生态学中的应用。该案例的学习小组所得到的成果作品，在2018年Esri杯全国大学生GIS软件开发竞赛中首次参赛便荣获地理设计组三等奖的成绩，这充分调动了学生学习GIS的热情和兴趣，具有良好的教学效果。

四、结语

笔者在对生态学专业GIS课程实验教学现状梳理和深入了解的基础上，探索出深度融合生态学专业领域科学问题的“以赛促学”式GIS课程实验教学方法，并实践于贵州大学生态学专业本科教学中。实践证明该教学模式可以很好地帮助学生理解GIS软件在生态学专业领域的应用，促使学生形成GIS技能操作的知识体系构建，解决了学生在以往教学实验中仅知道知识片段，不能解决具体专业问题，不知GIS在专业中的应用过程和方式等问题。同时，在以赛促学的氛围下，充分激发了学生学习GIS的热情和兴趣，对于GIS课程作为生态学专业核心课程重要作用的发挥具有良好的效果。

参考文献：

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[4]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.

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