專業(yè)認(rèn)證背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

曾維軍 李建華 張建生 鄭宏剛 陳運(yùn)春 葛興燕 郭曉飛 廖麗君 張劉東

摘要：RS和GIS課程實(shí)踐中存在將兩門課程孤立對待，忽視兩門課程理論內(nèi)容、實(shí)踐設(shè)計(jì)的承接關(guān)系的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)踐教育效果不理想。針對以上問題，文章在厘清RS與GIS課程邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上，分析RS和GIS專業(yè)認(rèn)證課程目標(biāo)，貫徹工程教育認(rèn)證教育理論，落實(shí)以產(chǎn)出為導(dǎo)向的課程培養(yǎng)、畢業(yè)要求目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)RS與GIS實(shí)踐內(nèi)容，從時(shí)間、內(nèi)容、軟件操作等方面優(yōu)化實(shí)踐組織流程，進(jìn)行RS與GIS實(shí)踐有效融合，構(gòu)建了專業(yè)認(rèn)證背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系，為高等學(xué)校開展RS、GIS實(shí)踐一體化教學(xué)提供了思路與借鑒。

關(guān)鍵詞：RS;GIS;綜合實(shí)踐;體系構(gòu)建;專業(yè)認(rèn)證

中圖分類號(hào)：G642.41? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）12-0277-03

RS、GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)、水利、國土、規(guī)劃等方面應(yīng)用越來越廣泛，高校GIS的教學(xué)問題已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注[1-4]。相關(guān)研究涉及RS、GIS教育的宏觀思考[5，6]、實(shí)踐教學(xué)[7，8]、課程改革[9-11]等內(nèi)容。經(jīng)過對RS、GIS高等教育的相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，以上內(nèi)容大部分將RS、GIS課程單獨(dú)進(jìn)行研究，極少進(jìn)行RS、GIS一體化綜合教學(xué)實(shí)踐，忽視了RS、GIS課程理論、實(shí)踐方面的聯(lián)系。本文構(gòu)建了專業(yè)認(rèn)證背景下RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系，評估了其教學(xué)效果，為高等學(xué)校RS、GIS實(shí)踐一體化教學(xué)提供了借鑒。

一、RS與GIS課程實(shí)踐存在的問題

1.作為工科類專業(yè)，與當(dāng)前在國際上得到普遍認(rèn)可的工程教育認(rèn)證聯(lián)系不緊密，實(shí)踐體系與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求等不匹配，更與用人單位的需求嚴(yán)重脫節(jié)。

2.在各高校教學(xué)安排上，存在將兩門課程孤立對待，忽視了兩門課程理論內(nèi)容上的承接關(guān)系、實(shí)踐操作中的互補(bǔ)關(guān)系、邏輯中的緊密聯(lián)系的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)踐效果不理想。

3.學(xué)生中存在重軟件操作、輕理論教學(xué)的傾向，實(shí)驗(yàn)操作能完成實(shí)驗(yàn)步驟，但對于為什么這么做，存在一知半解的現(xiàn)象，缺少充分挖掘的鉆研精神。

二、RS與GIS專業(yè)認(rèn)證課程目標(biāo)

專業(yè)認(rèn)證高度聚焦培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求的制定，課程內(nèi)容必須明確培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求對學(xué)生能力的支撐程度，因此課程實(shí)踐顯得尤為重要。

RS專業(yè)認(rèn)證課程目標(biāo)：要求學(xué)生系統(tǒng)掌握遙感數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論;掌握遙感數(shù)字圖像的幾何處理、輻射校正、增強(qiáng)處理、計(jì)算機(jī)分類以及分類后評價(jià)等內(nèi)容;掌握基本遙感圖像處理流程，具有遙感圖像分析的基本能力。GIS專業(yè)認(rèn)證課程目標(biāo)：學(xué)生系統(tǒng)掌握GIS的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論;通過實(shí)踐，重點(diǎn)掌握GIS數(shù)據(jù)庫建庫、矢量化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地圖投影、DEM、空間分析等基本能力;培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工程中解決問題的能力。

三、專業(yè)認(rèn)證背景下RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

（一）實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)

目前，大部分高校對RS和GIS的實(shí)踐教學(xué)是獨(dú)立的，割裂了實(shí)踐內(nèi)容和技能培養(yǎng)方面的聯(lián)系，降低了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。為了滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)應(yīng)用需求，有必要將RS和GIS的實(shí)踐內(nèi)容和組織進(jìn)行整體考慮，構(gòu)建RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系。

1.RS實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)。RS實(shí)踐以研究區(qū)高分辨率遙感影像為材料，開展影像預(yù)處理、野外核查、影像監(jiān)督分類、分類評價(jià)、影像后處理等實(shí)踐，其中影像預(yù)處理包括影像裁剪與拼接、影像幾何精糾正、影像增強(qiáng)處理等;野外核查需確定影像存疑區(qū)域、制作野外核查路線圖;影像監(jiān)督分類需制作影像解譯庫、選取訓(xùn)練樣本、執(zhí)行監(jiān)督分類;分類評價(jià)包括分類模板評價(jià)、分類進(jìn)度評價(jià)等;影像后處理包括去除分析、重分類、柵格轉(zhuǎn)矢量等。野外核查對解譯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，對解譯錯(cuò)誤的地方進(jìn)行標(biāo)記，提高了學(xué)生參與實(shí)踐的熱情。

2.GIS實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)。利用影像監(jiān)督分類結(jié)果，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評價(jià)及空間分析。步驟為：第一，對RS綜合實(shí)踐數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、編碼等，分層建立空間數(shù)據(jù)庫，掌握數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識(shí)，匯總各種土地利用類型面積;第二，對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算評價(jià)指數(shù)，對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價(jià);第三，分別計(jì)算滇池湖面500米、2000米、5000米范圍土地利用類型面積，涉及提取面、緩沖分析、相交分析等操作，通過以上實(shí)踐，提高學(xué)生GIS的實(shí)際操作能力。

（二）RS與GIS課程一體化綜合實(shí)踐體系構(gòu)建

RS和GIS實(shí)踐采用學(xué)校附近昆明市北市區(qū)遙感影像圖，分類圖斑屬性錄入數(shù)據(jù)從分析谷歌地圖及實(shí)地調(diào)查資料獲得，昆明市土地利用數(shù)據(jù)利用地理信息系統(tǒng)云上免費(fèi)下載的Landsat8 OLI遙感影像進(jìn)行解譯。

1.RS實(shí)踐組織。RS實(shí)踐教材采用湯國安、楊昕、鄧鳳東等主編，科學(xué)出版社出版的《ERDAS遙感數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教程》，實(shí)踐內(nèi)容是ERDAS遙感影像監(jiān)督分類，實(shí)踐時(shí)間一般安排在第三學(xué)期的第一周，總共24學(xué)時(shí)，一般安排學(xué)生8∶00—12∶25學(xué)習(xí)圖像預(yù)處理、示例操作、影像解譯、野外核查、圖斑糾正、分類評價(jià)等實(shí)踐內(nèi)容，14∶30—15∶30進(jìn)行更進(jìn)一步的操作練習(xí)，鞏固實(shí)踐成果。具體安排為：圖像預(yù)處理3學(xué)時(shí)，書上練習(xí)內(nèi)容及示例操作3學(xué)時(shí)，影像解譯8學(xué)時(shí)，野外核查5學(xué)時(shí)，圖斑糾正3學(xué)時(shí)，分類評價(jià)1學(xué)時(shí)，集中講解、結(jié)果檢查1學(xué)時(shí)。

RS實(shí)踐要注意以下四點(diǎn)：（1）野外核查采用分組的方式進(jìn)行，每組4人;（2）每組在野外核查前一晚，根據(jù)前期解譯存疑區(qū)域，確定野外核查路線及核查重點(diǎn);（3）根據(jù)不同地物類型的光譜、紋理特征，建立解譯數(shù)據(jù)庫;（4）野外核查一定要注意安全。

2.GIS實(shí)踐組織。GIS實(shí)驗(yàn)教材采用《ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程》，湯國安等編寫，科學(xué)出版社出版，實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐研究區(qū)生態(tài)環(huán)境評價(jià)及空間分析，實(shí)踐時(shí)間一般安排在第三學(xué)期的第二周，總共24學(xué)時(shí)。與RS實(shí)踐類似，安排學(xué)生在8∶00—12∶25學(xué)習(xí)實(shí)踐內(nèi)容，14∶30—15∶30進(jìn)行鞏固練習(xí)。具體安排為：柵格轉(zhuǎn)矢量、數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查等2學(xué)時(shí);建立空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)編輯等3學(xué)時(shí);土地利用類型面積匯總、統(tǒng)計(jì)、檢查等3學(xué)時(shí);根據(jù)生態(tài)環(huán)境評價(jià)技術(shù)規(guī)程，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評價(jià)6學(xué)時(shí);練習(xí)書上的空間分析示例3學(xué)時(shí);提取昆明市土地利用圖中滇池湖面數(shù)據(jù)，進(jìn)行緩沖分析、相交分析等操作5學(xué)時(shí);RS和GIS一體化綜合實(shí)踐總結(jié)2學(xué)時(shí)。

3.RS和GIS一體化綜合實(shí)踐的融合。為進(jìn)一步促進(jìn)RS和GIS一體化綜合實(shí)踐的融合，需做到以下三點(diǎn)：（1）第一周周五RS實(shí)踐結(jié)束后，進(jìn)一步布置利用Landsat8 OLI遙感影像進(jìn)行昆明市土地利用類型遙感解譯的作業(yè)，充分利用周末時(shí)間，進(jìn)一步加強(qiáng)練習(xí)，鞏固所學(xué)。（2）加強(qiáng)RS、GIS軟件的互通互聯(lián)。RS、GIS軟件具有許多類似的功能，通過相互交叉使用處理數(shù)據(jù)，對RS、GIS軟件的操作有進(jìn)一步的客觀認(rèn)識(shí)。（3）RS實(shí)踐為GIS實(shí)踐提供基礎(chǔ)處理數(shù)據(jù)，GIS實(shí)踐可以進(jìn)一步驗(yàn)證RS實(shí)踐數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。

四、專業(yè)認(rèn)證背景下RS、GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)效果

RS、GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)全程貫徹了工程教育認(rèn)證的核心理念。（1）以學(xué)生為中心。始終圍繞學(xué)生知識(shí)和能力達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，始終以學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果為唯一標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評價(jià)。（2）產(chǎn)出導(dǎo)向。本次RS、GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)改變了傳統(tǒng)以課程為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，而以學(xué)生的畢業(yè)要求為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。（3）持續(xù)改進(jìn)。對培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)建立評價(jià)的機(jī)制和周期，且評價(jià)結(jié)果必須用于改進(jìn)課堂教學(xué)，如將GIS生態(tài)質(zhì)量評價(jià)的結(jié)果反饋于RS影像監(jiān)督分類，驗(yàn)證分類結(jié)果的正確性。

本次RS、GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)主要效果如下：（1）通過遙感影像解譯，進(jìn)行野外核查，建立解譯數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)一步解譯出昆明市土地利用類型圖，計(jì)算匯總出各種土地利用類型面積數(shù)據(jù)。（2）學(xué)生系統(tǒng)地掌握了RS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、投影變換、影像校正、監(jiān)督分類、野外核查等，GIS數(shù)據(jù)庫建庫、矢量化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、DEM、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、空間分析等知識(shí)要點(diǎn)及操作技能，歷屆學(xué)生大部分能按時(shí)提交設(shè)計(jì)作品，少部分同學(xué)通過申請延長實(shí)踐時(shí)間也能完成實(shí)踐任務(wù)。

五、結(jié)束語

RS、GIS課程實(shí)踐中，存在將兩門課程孤立對待，忽視兩門課程理論內(nèi)容上的承接關(guān)系的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)踐效果不理想。本文針對以上問題，開展了專業(yè)認(rèn)證背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)RS與GIS一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究，在厘清RS與GIS課程邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上，落實(shí)以產(chǎn)出為導(dǎo)向的課程培養(yǎng)、畢業(yè)要求目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)RS與GIS實(shí)踐內(nèi)容，從時(shí)間、內(nèi)容、軟件操作等方面優(yōu)化實(shí)踐組織流程，進(jìn)行RS與GIS實(shí)踐有效融合，與一體化綜合實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建之前相比，學(xué)生的軟件操作能力大幅度提高，按時(shí)保質(zhì)提交作品，成效顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊立偉，鄒濱，龍?jiān)兰t，唐爭氣.GIS專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探討[J].測繪與空間地理信息，2018，41（02）：27-30.

[2]李家存，段福洲，鄧?yán)?RS和GIS專業(yè)地質(zhì)地貌學(xué)教學(xué)改革探索[J].科技資訊，2013，（14）：179+181.

[3]王紅巖，陳愛兵.CDIO模式在地理信息系統(tǒng)教學(xué)中的實(shí)踐與研究[J].教育教學(xué)論壇，201，（22）：193-194.

[4]吳建華，張文朋，袁小芳，韋朋杰.基于迭代與協(xié)同思想的“GIS軟件與應(yīng)用”教學(xué)研究[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（30）：151-155.

[5]王月香.師范院校地理科學(xué)專業(yè)的GIS課程教學(xué)思考[J].測繪與空間地理信息，2017，40（01）：97-98.

[6]鄭春燕，胡華科，鐘廣銳，張鵬飛.論地方院校地理信息系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)[J].教書育人，2013，（30）：42-43.

[7]劉善偉，萬劍華，祝德顯.移動(dòng)GIS技術(shù)輔助下的野外實(shí)踐教學(xué)新模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（12）：186-188+213.

[8]陳川，劉桂萍，蔡宏明，楊焱青，張瑩瑩.地質(zhì)類專業(yè)遙感與地理信息系統(tǒng)一體化綜合實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].中國地質(zhì)教育，2018，27（02）：68-72.

[9]柳錦寶，王增武，喻亮，陳軍，褚永彬.“案例—任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式在GIS開發(fā)類課程中的應(yīng)用探討[J].教育教學(xué)論壇，2017，（05）：140-141.

[10]劉吉?jiǎng)P，張振國，邱銀國，李新偉，李孝良.應(yīng)用型高校GIS專業(yè)《攝影測量學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容模塊化改革與實(shí)踐[J].北京測繪，2017，（06）：161-164.

[11]劉凱，曹晶晶，卓莉，李文楷.遙感與GIS綜合實(shí)踐教學(xué)與科研訓(xùn)練教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2018，（11）：82-84.