基于專業(yè)融合的“以賽促學”式GIS課程實驗教學改革

摘要：地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門偏重于技術和實踐的課程，作為一門生態(tài)學相關專業(yè)本科生必須掌握的基礎知識和重要技術手段，是開展宏觀生態(tài)學科學研究的基礎和關鍵技術。對于學生嫻熟掌握GIS技能操作，形成GIS技術系統(tǒng)知識體系，解決具體生態(tài)學專業(yè)問題至關重要。本文針對生態(tài)學專業(yè)以往GIS課程實驗教學中存在的問題，提出了一種基于專業(yè)高度融合的“以賽促學”式教學方法，結合教學科研實踐中提煉的4個重點案例，使學生在練習了GIS軟件技能基本操作后，能綜合運用GIS技術和工具，結合專業(yè)所學理論和知識解決具體專業(yè)性問題，并極大地激發(fā)學生的學習興趣和熱情，對培養(yǎng)生態(tài)學及相關專業(yè)領域的GIS應用性、復合型高水平人才具有很好的推動和借鑒意義。

關鍵詞：GIS；實驗教學；生態(tài)學；以賽促學

中圖分類號：G642.0，S891+.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）25-0142-03

地理信息系統(tǒng)（簡稱“GIS”）被認為是21世紀重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是開展宏觀生態(tài)學科學研究的基礎和關鍵技術[1，2]。近年來，隨著空間信息技術的快速發(fā)展，GIS原理和技術在生態(tài)學專業(yè)領域的應用也日益廣泛和不斷深入。作為一門生態(tài)學相關專業(yè)本科生必須掌握的基礎知識和重要技術手段，2016版生態(tài)學專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，已將GIS課程性質(zhì)由專業(yè)選修課上升為專業(yè)核心課程。一般認為，高校生態(tài)學專業(yè)開設GIS課程，其主要目的是使學生通過對GIS相關理論、技術和方法的學習和實踐，掌握一種解決生態(tài)專業(yè)領域科學問題的新技術和新方法，以提高學生未來從事宏觀生態(tài)相關科學研究和服務社會的綜合能力，培養(yǎng)生態(tài)學專業(yè)的GIS應用型、復合型高水平人才[3]。眾多學者對生態(tài)學專業(yè)GIS課程教學的方法、模式和內(nèi)容等方面進行了大量的探索和改革，取得了較好的教學效果[4-7]。但如何將GIS理論和技術與具體的專業(yè)相結合，提升學生GIS綜合應用技能，激發(fā)學生學習GIS的興趣和熱情，提升GIS課程實驗教學的質(zhì)量水平，一直是一線教師積極探索和嘗試的命題。筆者在貴州大學生態(tài)學專業(yè)本科生GIS課程教學的實驗實踐中，通過對實驗教學的不斷改革和摸索，探索出一條基于專業(yè)高度融合的“以賽促學”式教學方法，將筆者長期教學科研中總結、收集的適于GIS軟件和技術解決的生態(tài)學問題進行梳理提煉，通過在實驗教學環(huán)節(jié)組建GIS訓練小組，拓展課外學時，融合宏觀生態(tài)學具體科學問題，結合全國大學生GIS技能各項大賽，使學生在“明確的目標指引、具體的內(nèi)容引導、激烈的組間競爭”氛圍下，夯實GIS技能操作基礎，嫻熟GIS軟件技術運用，系統(tǒng)調(diào)用GIS軟件各種工具，形成體系性的GIS知識架構，逐步理解GIS技術和軟件在生態(tài)學專業(yè)領域的應用。

一、實驗教學現(xiàn)狀與存在的問題

1.實驗項目與具體專業(yè)脫節(jié)，無法促進學生的GIS綜合應用技能。多年來，貴州大學生態(tài)學專業(yè)本科生GIS課程在實驗項目設置方面，多關注GIS專業(yè)軟件的基礎技能操作，包括數(shù)字化、空間屬性數(shù)據(jù)庫建立、疊加分析、統(tǒng)計分析、數(shù)字地形分析等。而對于不同的GIS工具和方法，如何融合在一起，解決具體的專業(yè)問題基本沒有涉及，導致學生只能掌握GIS技術的技能片段，學生在練習和掌握了GIS軟件技能的基本實驗后，對于如何運用GIS理論和技術解決具體的生態(tài)學相關領域科學問題，依然無從下手，無法構建基于GIS技術和思維的生態(tài)學問題解決思路和知識體系。

2.實驗內(nèi)容的目的性不明確，難以激發(fā)學生的GIS技術學習熱情。由于實驗項目的設置與具體專業(yè)脫節(jié)，加之生態(tài)學專業(yè)本科生的計算機技術和GIS技術相關基礎知識儲備不足，對本就晦澀難懂的技術性技能型實驗項目興趣不濃，如實驗內(nèi)容的目的性不強，學生對學了某項工具或技術后有什么用，能做什么，毫無概念，必然會很難調(diào)動學生的主觀能動性，進而導致學生在修習了GIS課程之后，既對GIS技術如何運用不了解，又對GIS技術的重要性認識不足。

二、教學方法介紹

GIS是一門偏重于技術和實踐的學科[8]。因此，對于GIS課程實驗教學而言，核心在于技術操作、技能訓練和實踐能力提升，關鍵在于學生在了解和掌握了GIS軟件的基本操作后，如何將多種操作工具和方法，成體系地融入具體應用中，解決實際問題。因此，筆者在GIS實驗教學實踐中，以ArcGIS系列軟件為主要平臺，將實驗教學內(nèi)容劃分為兩大模塊，第一模塊主要訓練學生對GIS軟件的基本操作技能，包括圖像校正、裁剪、拼接，空間屬性數(shù)據(jù)庫建立，矢量/柵格數(shù)據(jù)疊加分析，數(shù)字地形分析，插值分析，網(wǎng)絡分析等基礎實驗項目；第二模塊主要訓練學生運用GIS軟件和技術解決生態(tài)學具體科學問題的技能提升。在基礎實驗模塊的基礎上，增列了4個與生態(tài)學息息相關的具體案例（表1），采用自由分組、競賽比拼的方式，將所學的GIS基礎操作技能和方法，結合生態(tài)學專業(yè)理論，綜合調(diào)用各項工具，實現(xiàn)GIS技術在生態(tài)學專業(yè)的深入融合，提高學生綜合運用GIS解決具體專業(yè)問題的能力。

三、典型案例示例

以景觀生態(tài)風險評價為例，當前基于景觀格局的生態(tài)風險評價是區(qū)域景觀生態(tài)風險評價的熱點方向之一，其總體思路是以景觀類型空間數(shù)據(jù)為基礎，運用景觀生態(tài)學的原理和方法，通過景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢度和景觀脆弱度四個景觀格局指數(shù)，構建景觀生態(tài)風險評價模型，實現(xiàn)對區(qū)域景觀生態(tài)風險時空分布特征的評價，進而運用空間自相關分析等地統(tǒng)計學方法，揭示景觀生態(tài)風險的時空異質(zhì)性特征。該案例涉及景觀生態(tài)學的專業(yè)理論知識體系，并充分調(diào)用了GIS相關的多種工具和功能（如：裁剪、拼接、柵格運算、插值分析、重分類、鄰域統(tǒng)計、地統(tǒng)計分析等），是對GIS實踐技能的專業(yè)性高度融合。對生態(tài)學專業(yè)學生而言，既體現(xiàn)了明確的生態(tài)學科學問題和實踐需求，又涉及了GIS軟件的綜合技能提升。首先要求學生基于ArcGIS軟件的桌面版平臺，實現(xiàn)生態(tài)風險小區(qū)劃分、景觀格局指數(shù)計算、景觀生態(tài)風險評價模型構建與地圖制圖等操作，進而，運用ArcGIS model builder構建景觀生態(tài)風險評價工具模型，通過該案例，一次性可以講解6個以上典型的GIS軟件工具的用法，并且通過model builder模塊，對景觀生態(tài)風險評價的基本流程和思路進行全面的梳理，最終通過地圖制圖、展示和結果分析，系統(tǒng)訓練學生的GIS技能，深刻理解GIS在生態(tài)學中的應用。該案例的學習小組所得到的成果作品，在2018年Esri杯全國大學生GIS軟件開發(fā)競賽中首次參賽便榮獲地理設計組三等獎的成績，這充分調(diào)動了學生學習GIS的熱情和興趣，具有良好的教學效果。

四、結語

筆者在對生態(tài)學專業(yè)GIS課程實驗教學現(xiàn)狀梳理和深入了解的基礎上，探索出深度融合生態(tài)學專業(yè)領域科學問題的“以賽促學”式GIS課程實驗教學方法，并實踐于貴州大學生態(tài)學專業(yè)本科教學中。實踐證明該教學模式可以很好地幫助學生理解GIS軟件在生態(tài)學專業(yè)領域的應用，促使學生形成GIS技能操作的知識體系構建，解決了學生在以往教學實驗中僅知道知識片段，不能解決具體專業(yè)問題，不知GIS在專業(yè)中的應用過程和方式等問題。同時，在以賽促學的氛圍下，充分激發(fā)了學生學習GIS的熱情和興趣，對于GIS課程作為生態(tài)學專業(yè)核心課程重要作用的發(fā)揮具有良好的效果。

參考文獻：

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