環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)改革與探索

摘要：“環(huán)境地理信息系統(tǒng)”課程是環(huán)境專業(yè)的選修課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境應(yīng)急預(yù)案等領(lǐng)域的研究。根據(jù)環(huán)境專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，從教材建設(shè)、教學(xué)資源整合、課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合、改革考核方式等方面入手，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，著重探討如何讓環(huán)境專業(yè)學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)較快較好地掌握GIS理論與技術(shù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境地理信息系統(tǒng)；教學(xué)改革；環(huán)境專業(yè)

作者簡(jiǎn)介：呂慧華（1982-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，講師；周峰（1985-），男，河南南陽(yáng)人，鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，講師。（江蘇#8194;鹽城#8194;224051）

基金項(xiàng)目：本文系鹽城工學(xué)院2013年度校級(jí)教改研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：77）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0127-02

環(huán)境地理信息系統(tǒng)屬于地理信息系統(tǒng)（GIS）在環(huán)境領(lǐng)域的研究分支，是利用GIS 技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行管理與研究的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它以環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)為研究對(duì)象，以環(huán)境學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)為基礎(chǔ)，與遙感、測(cè)量、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘等緊密相連，廣泛應(yīng)用于環(huán)境資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、環(huán)境規(guī)劃等領(lǐng)域的研究。[1-4]

環(huán)境地理信息系統(tǒng)作為解決眾多實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的重要技術(shù)手段，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性以及跨學(xué)科特點(diǎn)。與GIS專業(yè)學(xué)生相比，環(huán)境專業(yè)學(xué)生在計(jì)算機(jī)、地圖學(xué)、地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)等方面知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整，若系統(tǒng)深入學(xué)習(xí)，將面臨很大的困難。[5，6]因此，環(huán)境專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)GIS課程時(shí)，其教材、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及考核方式等都應(yīng)具有一定的特殊性。本文根據(jù)環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程特點(diǎn)以及環(huán)境專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)要求，結(jié)合筆者近幾年教學(xué)實(shí)踐，著重探討如何讓環(huán)境專業(yè)學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)較快較好地掌握GIS理論與技術(shù)。

一、環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程簡(jiǎn)介

環(huán)境地理信息系統(tǒng)是環(huán)境專業(yè)的選修課。該課程主要利用學(xué)生所學(xué)的環(huán)境學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和GIS技術(shù)對(duì)環(huán)境地理信息系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，拓展學(xué)生的應(yīng)用技能。其教學(xué)目標(biāo)主要為：第一，使學(xué)生熟悉GIS的基本概念；了解空間數(shù)據(jù)組織和管理的常用方法；掌握空間數(shù)據(jù)采集和輸入；數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的基本方法和內(nèi)容。第二，掌握GIS空間分析的基本方法與特點(diǎn)，具備應(yīng)用GIS解決環(huán)境領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力。第三，了解環(huán)境信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，并能利用所學(xué)理論進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

GIS技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，GIS在環(huán)境數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用。例如在編制環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)中，可以運(yùn)用GIS進(jìn)行環(huán)境地理空間數(shù)據(jù)組織和管理，并且運(yùn)用專題制圖功能分析環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變化趨勢(shì)。[7]第二，GIS在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。例如將GIS與大氣污染擴(kuò)散模型相結(jié)合，可以預(yù)測(cè)在給定氣象條件下污染物的空間分布，再將污染物空間分布與人口密度進(jìn)行空間疊加分析，從而確定受大氣污染影響的人口數(shù)目。第三，GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用。例如在污染源分析和水源保護(hù)區(qū)劃分中，可利用GIS緩沖區(qū)功能，將緩沖區(qū)與其他信息作疊置分析，以確定受污染源影響或影響水源保護(hù)的區(qū)域。第四，GIS在環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用。例如在突發(fā)性水污染事故中，可以運(yùn)用GIS的空間數(shù)據(jù)集成和網(wǎng)絡(luò)分析功能與水質(zhì)模擬技術(shù)相結(jié)合，對(duì)突發(fā)性水污染事故造成的污染情況進(jìn)行模擬，以便能及時(shí)確定受影響的范圍和對(duì)象。

二、教材建設(shè)和教學(xué)資源整合

1.教材的建設(shè)

教材是一門課程的基礎(chǔ)。環(huán)境地理信息系統(tǒng)由于涉及的相關(guān)學(xué)科眾多，目前還很少有針對(duì)環(huán)境專業(yè)的地理信息系統(tǒng)權(quán)威教材，因此編制環(huán)境地理信息系統(tǒng)教材對(duì)于保證課程質(zhì)量具有重要的作用。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程教材在內(nèi)容上可以分為兩大部分：第一部分為GIS基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，主要內(nèi)容為地理信息系統(tǒng)主要原理和技術(shù)步驟；第二部分為專題案例，分別講述地理信息系統(tǒng)在環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用案例。將教材分成上述兩個(gè)部分，可以實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

2.教學(xué)資源整合

GIS教學(xué)資源特別豐富，要注意充分開(kāi)發(fā)和利用。第一，開(kāi)設(shè)教學(xué)網(wǎng)站，把多媒體課件、講課錄像、案例等資料放到網(wǎng)絡(luò)上，使學(xué)生能夠隨時(shí)下載或在線學(xué)習(xí)。第二，建立教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，匯總國(guó)內(nèi)外比較好的地理信息系統(tǒng)學(xué)習(xí)資料，對(duì)Internet上的一些專業(yè)的GIS網(wǎng)站、論壇建立超鏈接，方便學(xué)生對(duì)這些網(wǎng)上資源進(jìn)行訪問(wèn)，從而能獲取更多的GIS信息，拓寬知識(shí)面。第三，積極與相關(guān)學(xué)科的教學(xué)及科研人員廣泛聯(lián)系，密切合作，實(shí)現(xiàn)資源共享，形成強(qiáng)大的課程推動(dòng)力和濃郁的課程文化氛圍。第四，教師要引導(dǎo)學(xué)生在GIS課程學(xué)習(xí)過(guò)程中始終處于主動(dòng)地位，讓學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，掌握有關(guān)技術(shù)運(yùn)用。

三、課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合

1.教學(xué)時(shí)間要安排恰當(dāng)

第一，開(kāi)課時(shí)間的安排：由于該門課程要求學(xué)生具有較高的計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力，同時(shí)要對(duì)環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程專業(yè)知識(shí)有一定的積累，因此這門課的開(kāi)課時(shí)間最好設(shè)置在四年級(jí)第一學(xué)期，這樣可以取得較好的教學(xué)效果。

第二，理論課與實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)比例：建議學(xué)時(shí)數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的40學(xué)時(shí)，其中理論課安排24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課安排16學(xué)時(shí)，理論課和實(shí)驗(yàn)課要交叉進(jìn)行。

2.教學(xué)引導(dǎo)要靈活多樣

案例驅(qū)動(dòng)是應(yīng)用型環(huán)境信息系統(tǒng)課程教學(xué)、引導(dǎo)的好方法。它是一種以項(xiàng)目為核心的教與學(xué)的方法，將教學(xué)過(guò)程與具體的案例充分融為一體，圍繞具體的案例構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，組織實(shí)施教學(xué)。例如在鹽都縣環(huán)境功能區(qū)劃圖項(xiàng)目中，使用GIS軟件的進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、緩沖區(qū)分析、疊置分析、制圖等，每一個(gè)功能對(duì)應(yīng)實(shí)踐教學(xué)體系的一項(xiàng)內(nèi)容，由學(xué)生獨(dú)立完成。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，甚至把零散知識(shí)點(diǎn)有機(jī)串聯(lián)起來(lái)，形成自己獨(dú)有的知識(shí)體系。

3.實(shí)驗(yàn)課程要分級(jí)

表1#8194;環(huán)境地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程安排一覽表

實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)名稱具體內(nèi)容學(xué)時(shí)分配

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)ArcGIS的基本操作熟悉軟件基本操作界面；空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立2

影像配準(zhǔn)及矢量化影像配準(zhǔn)；定義投影；掃描矢量化；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2

拓?fù)錂z查拓?fù)涞膭?chuàng)建、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤修改和編輯等1

地理查詢地理查詢；SQL查詢；查詢函數(shù)的應(yīng)用1

矢量數(shù)據(jù)的空間分析疊置分析；緩沖區(qū)分析；網(wǎng)絡(luò)分析；空間統(tǒng)計(jì)分析2

柵格數(shù)據(jù)的空間分析重分類；柵格計(jì)算；坡度提取2

綜合性實(shí)驗(yàn)ArcMap制圖－地圖版面設(shè)計(jì)版面設(shè)計(jì)；地圖標(biāo)注；地圖整飾；地圖輸出2

環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖區(qū)域環(huán)境底圖的制作，環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的標(biāo)注2

環(huán)境生態(tài)功能區(qū)劃分布圖根據(jù)環(huán)境要素、環(huán)境敏感性等，對(duì)區(qū)域進(jìn)行生態(tài)功能分區(qū)2

環(huán)境地理信息系統(tǒng)實(shí)踐中很重要的內(nèi)容就是軟件的應(yīng)用，因此要想系統(tǒng)掌握應(yīng)用技能，就需要把實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層設(shè)置，如設(shè)置基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是軟件基本界面和操作，學(xué)生需要了解該軟件界面，掌握基本功能；綜合性實(shí)驗(yàn)采用學(xué)生熟悉的專業(yè)課相關(guān)的案例，使得學(xué)生能夠掌握使用軟件工具解決專業(yè)問(wèn)題的能力。

四、改革考核方式

GIS是一門理論性與應(yīng)用性并重的課程，它的考核內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、基本技能、應(yīng)用能力等。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)靈活多樣的課后作業(yè)，改革傳統(tǒng)的課程考核方式。第一，建立網(wǎng)絡(luò)GIS教學(xué)和問(wèn)答系統(tǒng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)GIS互動(dòng)教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的不同個(gè)性特點(diǎn)和需求對(duì)學(xué)生進(jìn)行在線輔導(dǎo)，幫助解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)GIS的興趣和動(dòng)手建模能力。第二，設(shè)計(jì)靈活多樣的課后作業(yè)。通過(guò)布置學(xué)生論文，讓學(xué)生自主查詢網(wǎng)絡(luò)資料，并根據(jù)自身情況明確學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容，開(kāi)闊學(xué)生視野，提高自學(xué)能力。第三，建立課程興趣小組。對(duì)于知識(shí)掌握較好，應(yīng)用能力強(qiáng)的學(xué)生，可以將其組成若干學(xué)習(xí)小組，參與到教師的科研項(xiàng)目中，進(jìn)一步提高其學(xué)習(xí)應(yīng)用能力。第四，采取多樣化的考核方式。除日?？荚囃猓蛇x擇實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)報(bào)告等進(jìn)行綜合考查，試題可以采用非唯一性答案并與專業(yè)實(shí)際緊密聯(lián)系，由此發(fā)散學(xué)生的思維，培養(yǎng)其創(chuàng)造力。

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（責(zé)任編輯：王意琴）