談水土保持與荒漠化防治專業(yè)GIS課程改革

田鵬

摘要：針對(duì)水土保持與荒漠化防治專業(yè)就業(yè)的現(xiàn)狀分析，通過(guò)對(duì)GIS課程問(wèn)題的剖析，對(duì)該專業(yè)的GIS課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了探討，對(duì)水土保持與荒漠化防治專業(yè)如何進(jìn)行地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)改革提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；水土保持與荒漠化防治專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）52-0121-02

黨的十八大報(bào)告將生態(tài)文明建設(shè)提升到更加突出的戰(zhàn)略地位，而水土保持建設(shè)是生態(tài)文明建設(shè)的主體，培養(yǎng)優(yōu)秀的水土保持與荒漠化防治專業(yè)畢業(yè)生對(duì)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)發(fā)揮著重要作用。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水土保持與荒漠化防治專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)方向也發(fā)生了變化，應(yīng)將本專業(yè)的人才培養(yǎng)與社會(huì)需求與當(dāng)前就業(yè)形勢(shì)緊密結(jié)合，有利于為就業(yè)選擇與職業(yè)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。本文在總結(jié)近五年水土保持專業(yè)就業(yè)形勢(shì)的變化和發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持與荒漠化專業(yè)課程設(shè)置的實(shí)際情況，對(duì)GIS課程設(shè)置進(jìn)行分析，力求通過(guò)教學(xué)手段的改革，探索出適合水土保持專業(yè)掌握GIS技術(shù)的新出路。

一、就業(yè)現(xiàn)狀分析

近幾年，水土保持與荒漠化防治專業(yè)本科畢業(yè)生就業(yè)去向多元化。以西北農(nóng)林科技大學(xué)為例，2010～2014屆本科畢業(yè)生中申請(qǐng)出國(guó)的占總數(shù)的3%左右，主要去往美國(guó)、加拿大和德國(guó)等。讀研深造的畢業(yè)生占本科生總數(shù)的50%左右，應(yīng)屆畢業(yè)生保研率一直保持在15%～18%之間，考研率在30%以上，其中70%的學(xué)生選擇水土保持與荒漠化防治專業(yè)繼續(xù)深造，畢業(yè)后能在科研機(jī)構(gòu)、高等院校從事科研或教學(xué)等工作[1]。直接參加就業(yè)的占畢業(yè)生人數(shù)的45%左右，多分配在水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境保護(hù)、鐵道等部門下設(shè)的設(shè)計(jì)院或“水保室”等，從事水土保持與荒漠化防治、生態(tài)環(huán)境工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等工作[2]。通過(guò)對(duì)畢業(yè)本科生和在讀水保研究生關(guān)于水土保持與荒漠化防治專業(yè)的課程設(shè)置的必要性和合理性的問(wèn)卷調(diào)查活動(dòng)，表明部分專業(yè)課程設(shè)置應(yīng)在教學(xué)環(huán)節(jié)、學(xué)時(shí)設(shè)置等方面予以加強(qiáng)。GIS技術(shù)、土壤侵蝕學(xué)、水土保持工程學(xué)、水土保持農(nóng)業(yè)技術(shù)、水土保持規(guī)劃學(xué)、開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持、生態(tài)學(xué)、水文學(xué)等19門課程是水土保持與荒漠化防治本科專業(yè)的主要課程。社會(huì)用人單位選拔人才時(shí)主要考慮的是學(xué)生掌握的技術(shù)實(shí)踐類知識(shí)的多少，包括水土保持與荒漠化防治理論和技術(shù)為主的應(yīng)用型人才，其中技術(shù)主要包括水土保持方案編制、“3S”技術(shù)。要求學(xué)生具備寬厚的水土保持與荒漠化防治理論等基礎(chǔ)，熟練各種技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)，掌握“3S”技術(shù)在水土保持和生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用技能，“3S”技術(shù)即GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感和GPS全球定位系統(tǒng)。

二、GIS課程現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是近年發(fā)展起來(lái)的集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、空間科學(xué)和管理為一體的邊緣學(xué)科，是以處理空間信息為核心的新興技術(shù)。GIS具有強(qiáng)大的空間分析和數(shù)理處理功能，在水土保持研究和實(shí)踐中的應(yīng)用非常廣泛和深入，一直是水土保持與荒漠化防治專業(yè)教學(xué)過(guò)程中的一門必修的基礎(chǔ)課。在2008年西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持與荒漠化防治專業(yè)的培養(yǎng)方案中，“地理信息系統(tǒng)”課程共開(kāi)設(shè)48學(xué)時(shí)，其中32個(gè)學(xué)時(shí)為理論教學(xué)。而在新的2014年培養(yǎng)方案中，學(xué)時(shí)由原來(lái)的48學(xué)時(shí)，變?yōu)?0學(xué)時(shí)，其中24個(gè)學(xué)時(shí)為理論教學(xué)，16個(gè)學(xué)時(shí)為實(shí)踐教學(xué)，學(xué)時(shí)的嚴(yán)重壓縮。對(duì)于水土保持與荒漠化防治專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)和數(shù)字制圖等專業(yè)背景較差，因而要深入系統(tǒng)學(xué)習(xí)“地理信息系統(tǒng)”的原理時(shí)難度較大。加之，GIS課程的教學(xué)內(nèi)容龐雜、概念繁多。受教學(xué)時(shí)間所限，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，尤其實(shí)踐學(xué)時(shí)較少的情況下使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作，培養(yǎng)具備GIS基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際操作能力的水土保持專業(yè)人才，是GIS課程教學(xué)改革要考慮的問(wèn)題。

三、“GIS”課程教學(xué)的改革

GIS課程內(nèi)容分為基本理論和實(shí)驗(yàn)操作兩部分。通過(guò)基本理論部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生應(yīng)掌握GIS概念組成與功能、地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)采集處理與分析、GIS空間分析原理與可視化及GIS產(chǎn)品制作與輸出等。實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在GIS在水土保持專業(yè)中的應(yīng)用，盡量選取本專業(yè)的案例進(jìn)行分析講解，并結(jié)合水土保持專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際課題或項(xiàng)目開(kāi)展上機(jī)操作，掌握GIS技術(shù)在水土保持領(lǐng)域中的應(yīng)用技能。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。由于受專業(yè)背景和學(xué)時(shí)數(shù)限制，導(dǎo)致水土保持專業(yè)的學(xué)生深入系統(tǒng)學(xué)習(xí)GIS原理難度很大，因此理論教學(xué)內(nèi)容需要有所側(cè)重。理論課程24個(gè)學(xué)時(shí)，具體安排：第一章緒論（2學(xué)時(shí)），主要介紹GIS的基本概念、組成、歷史、基本功能及發(fā)展趨勢(shì)等；第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)（4學(xué)時(shí)），主要講授地理空間基礎(chǔ)、地理數(shù)據(jù)類型、柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征、及數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式；第三章空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制（4學(xué)時(shí)）；第四章空間數(shù)據(jù)的處理與分析（4學(xué)時(shí)），主要教授數(shù)字地形模型分析、空間疊加分析、空間鄰近度分析及網(wǎng)絡(luò)分析；第五章空間信息的可視化（4學(xué)時(shí)），主要教授地圖制作與輸出、三維可視化產(chǎn)品生成等；第六章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用（4學(xué)時(shí)），主要介紹GIS在生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用；第七章地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)（2學(xué)時(shí)），主要介紹GIS開(kāi)發(fā)方法、過(guò)程，評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.改革教學(xué)方法。教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)將教學(xué)與水保專業(yè)和科研熔為一爐，采用案例教學(xué)方法，將實(shí)踐過(guò)程中的關(guān)于GIS在水土保持及水文學(xué)中的應(yīng)用熔入于教學(xué)中，邊舉例分析邊總結(jié)方法。學(xué)生往往能夠從所提供的案例中得到啟發(fā)，不同程度地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和教師的教學(xué)質(zhì)量。而且，案例教學(xué)也從一定程度上避免了傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端，使學(xué)生由傳統(tǒng)的被動(dòng)接受教師傳授的知識(shí)而轉(zhuǎn)為注重知識(shí)的應(yīng)用，對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性意義重大。例如，目前國(guó)內(nèi)外土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化研究大部分是基于GIS和RS技術(shù)的土壤侵蝕模型研究。應(yīng)用廣泛的侵蝕模型包括土壤通用流失方程（USLE）、修正土壤通用流失方程（RUSLE），以農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染為研究目的AGNPS和SWAT模型和基于物理過(guò)程的等模型，這些模型與GIS很好地耦合，易于操作?；痉椒ㄊ菓?yīng)用GIS和RS提取出所需因子，應(yīng)用于土壤侵蝕模型，再以網(wǎng)格為單元計(jì)算土壤侵蝕量，應(yīng)用GIS空間分析功能計(jì)算徑流和泥沙在流域內(nèi)的入滲、輸移或沉積。最后利用GIS的圖形運(yùn)算功能，可以顯示出不同地貌部位、不同土地利用方式下的徑流和侵蝕的分異規(guī)律?；贕IS的土壤侵蝕模型，可以監(jiān)測(cè)水土流失狀況進(jìn)行，對(duì)水土流失的成因、數(shù)量、強(qiáng)度、影響范圍、危害及其防治效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。因此，在第七章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用一章，應(yīng)緊密結(jié)合專業(yè)內(nèi)容，詳細(xì)介紹如何應(yīng)用GIS耦合土壤侵蝕模型計(jì)算一個(gè)地區(qū)的土壤流失量及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。使學(xué)生更有興趣了解GIS和學(xué)習(xí)使用GIS，使得教學(xué)的內(nèi)容跟上3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境方面應(yīng)用的需要?？傊谒帘３謱I(yè)的GIS教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)充分利用多媒體的優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)換教學(xué)方式，在GIS課程教學(xué)過(guò)程中穿插各種教學(xué)方法會(huì)取得良好的教學(xué)效果。

3.整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于水土保持與荒漠化防治專業(yè)的學(xué)生而言，單單學(xué)好理論性知識(shí)是完全不夠的，還需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，即對(duì)地理信息問(wèn)題的分析和ArcGIS軟件的操作。因此，通過(guò)開(kāi)設(shè)一些應(yīng)用性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力。在實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)生可以將抽象的理論知識(shí)通過(guò)GIS軟件得到解決和實(shí)現(xiàn)，會(huì)加強(qiáng)其對(duì)GIS理論的理解與掌握，并激發(fā)對(duì)該課程學(xué)習(xí)的欲望。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先要強(qiáng)調(diào)上機(jī)學(xué)習(xí)的目的及操作注意事項(xiàng)。其次，講解并演示實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)于重要的功能及應(yīng)用要多次強(qiáng)調(diào)。最后，加強(qiáng)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的管理力度，認(rèn)真修改，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)反饋。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中指導(dǎo)教師要應(yīng)精心準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與資料、精心安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和精心指導(dǎo)上機(jī)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)作業(yè)中遇到的問(wèn)題。

4.改進(jìn)考核方式?？己思仁菫榱藱z驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程的掌握情況，幫助教師不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)方法與技巧；同時(shí)也是為了對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出客觀、公正、科學(xué)的評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)方向。對(duì)于水土保持與荒漠化防治專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解GIS的內(nèi)涵，了解GIS基本原理和應(yīng)用GIS軟件進(jìn)行水土流失的預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)是最終目的?？己藘?nèi)容應(yīng)做到知識(shí)與能力并重，微觀與宏觀結(jié)合。因此，筆者認(rèn)為最終的考核方式應(yīng)該以考查為主，主要考查學(xué)生對(duì)給定GIS問(wèn)題的獨(dú)立分析和軟件操作能力。考查內(nèi)容包括：（1）提供相關(guān)地圖和GIS網(wǎng)站，讓學(xué)生下載自己家鄉(xiāng)的電子地圖作底圖，數(shù)字化后完成相應(yīng)專題地圖；（2）利用GIS軟件進(jìn)行地圖投影轉(zhuǎn)換與空間數(shù)據(jù)配準(zhǔn)；（3）利用某個(gè)地區(qū)或某個(gè)流域的高程數(shù)據(jù)生成DEM進(jìn)行地形分析。課程最后的成績(jī)包括三部分，即平時(shí)表現(xiàn)、上機(jī)作業(yè)成績(jī)和考查成績(jī)。其中，平時(shí)表現(xiàn)包括學(xué)生出勤情況、上課表現(xiàn)、上機(jī)表現(xiàn)作為，占考核的30%。上機(jī)作業(yè)占考核的20%，考查內(nèi)容操作占50%。

GIS是一門實(shí)踐操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛的專業(yè)基礎(chǔ)課程。在有限的教學(xué)資源和課時(shí)縮短的條件下，要針對(duì)水土保持與荒漠化防治專業(yè)特點(diǎn)及人才培養(yǎng)目標(biāo)，采取與專業(yè)緊密結(jié)合的多樣化教學(xué)方式，對(duì)教學(xué)方法和內(nèi)容加以改進(jìn)和優(yōu)化，尋找出一條適宜水土保持專業(yè)GIS課程教學(xué)的最佳方式，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)效果，滿足就業(yè)和繼續(xù)在相關(guān)領(lǐng)域深造的水土保持與荒漠化防治專業(yè)高素質(zhì)人才。

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