環(huán)境科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)中GIS課程案例教學(xué)改革研究

陳勉為 馮 丹 陳偉紅

伊犁師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院污染物化學(xué)與環(huán)境治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 伊寧 835000

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，以下簡(jiǎn)稱為GIS），作為一門綜合性科學(xué)，結(jié)合了地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感、大數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)科學(xué)［1］，目前，已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其優(yōu)勢(shì)在于將地圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化表達(dá)，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)分析，已被證明是應(yīng)用地球科學(xué)的基礎(chǔ)，已成為地質(zhì)學(xué)、環(huán)境、土地規(guī)劃等方面的有力工具。隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，在十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議上正式發(fā)布《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，其中第十一篇以“推動(dòng)綠色發(fā)展 促進(jìn)人與自然和諧共生”為主題，再次強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山的理念［2］。環(huán)境科學(xué)專業(yè)作為一門交叉型學(xué)科，將GIS課程添加到環(huán)境科學(xué)專業(yè)教學(xué)具有重要意義，環(huán)境科學(xué)與GIS在研究方法和研究對(duì)象上具有一定的相似性，GIS的開發(fā)和利用已經(jīng)能夠完美貼合環(huán)境保護(hù)相關(guān)應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃等方面。

案例教學(xué)是將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，優(yōu)勢(shì)在于及時(shí)將理論知識(shí)融入實(shí)踐中，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的記憶［3］。對(duì)于GIS課程，目前，全國(guó)開設(shè)相關(guān)課程的專業(yè)非常多，而對(duì)于非地理學(xué)專業(yè)的學(xué)生，地理學(xué)知識(shí)體系不夠完善，導(dǎo)致環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS上存在困難，在一定程度導(dǎo)致對(duì)理論知識(shí)感到厭煩，缺乏主觀能動(dòng)性，逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣。將案例教學(xué)模式引入到GIS課程中，以環(huán)境科學(xué)專題案例為教學(xué)重點(diǎn)，在理論結(jié)合實(shí)踐的同時(shí)，讓學(xué)生對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)操，能夠極大提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生記憶能力。高校作為培養(yǎng)高素質(zhì)人才的搖籃，在人才培養(yǎng)上應(yīng)做到與時(shí)俱進(jìn)，積極響應(yīng)黨中央、國(guó)務(wù)院引導(dǎo)地方本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的號(hào)召，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，因此，開展環(huán)境科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)中GIS課程案例教學(xué)改革已經(jīng)成為首要任務(wù)。

一、環(huán)境科學(xué)專業(yè)中GIS課程教學(xué)存在的問題

（一）教學(xué)中理論與實(shí)踐側(cè)重點(diǎn)的問題

GIS技能的培養(yǎng)可以分為三個(gè)方向：基本應(yīng)用、綜合分析、開發(fā)管理?；緫?yīng)用側(cè)重將GIS作為一種工具，熟練使用軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析和制圖；綜合分析、開發(fā)管理則是針對(duì)地理、測(cè)繪等專業(yè)所掌握的技能［4］。因此，對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程在定位上應(yīng)屬于基本應(yīng)用，立足于環(huán)境科學(xué)專業(yè)辦學(xué)理念，緊靠應(yīng)用型人才培養(yǎng)的相關(guān)要求，強(qiáng)調(diào)GIS的實(shí)用性，解決專業(yè)相關(guān)的實(shí)際問題，提升學(xué)生實(shí)操能力。

（二）教學(xué)中案例選擇上偏離專業(yè)的問題

在以往的教學(xué)中，教授GIS課程的教師大部分為地理學(xué)專業(yè)，在教學(xué)過(guò)程中案例選擇上會(huì)偏離環(huán)境科學(xué)專業(yè)，在人才培養(yǎng)上并沒有做到因材施教，且當(dāng)下并沒有針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)所著的GIS書籍，往往選擇的都是過(guò)于專業(yè)的教材，教材中的案例分析并不能體現(xiàn)環(huán)境科學(xué)專業(yè)所學(xué)習(xí)的專業(yè)課內(nèi)容，不能解決與環(huán)境相關(guān)的實(shí)際問題，無(wú)法提高學(xué)生解決問題的能力，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)的缺失。

（三）課后作業(yè)及考核形式過(guò)于單一的問題

目前，高校針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程主要為選修課，在期末考核時(shí)主要是針對(duì)平時(shí)考勤和知識(shí)點(diǎn)的考核，過(guò)于單一。環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程的目的是為了學(xué)生能夠熟練使用軟件，而不是停留在簡(jiǎn)單書本上的知識(shí)點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的專題制圖和計(jì)算機(jī)操作實(shí)用技能。

（四）教師教學(xué)方法太過(guò)落后

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的思想也在逐漸進(jìn)步，以往傳統(tǒng)的環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS課程教學(xué)方式已沒有辦法較好的適應(yīng)現(xiàn)在學(xué)生的思維方式，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS案例課程方式開展教學(xué)。但是，有些教師因?yàn)殚L(zhǎng)期受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，會(huì)以自身為主體，實(shí)行“滿堂灌、一言堂”等落后的教學(xué)方式，課堂上只是依據(jù)自身的速度做課堂安排，互動(dòng)環(huán)節(jié)少，不注重學(xué)生對(duì)GIS課程案例興趣的激發(fā)以及培養(yǎng)。此外，還有部分教師在教學(xué)方法上雖然采取了多媒體輔助教學(xué)，但授課過(guò)程中也面臨諸多問題，對(duì)于一個(gè)圖例的推導(dǎo)以及案例的講解還不夠詳細(xì)，學(xué)生對(duì)于這些知識(shí)掌握不深入，更無(wú)法熟練應(yīng)用GIS技術(shù)。GIS課程案例教學(xué)與具體實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)，通過(guò)GIS實(shí)踐操作，可以使學(xué)生能夠利用最簡(jiǎn)捷的思維活動(dòng)建立概念以及掌握規(guī)律。但是，當(dāng)前學(xué)校采取的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)還較為薄弱，GIS課程實(shí)驗(yàn)條件特別落后，這些均不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

（五）教師后續(xù)職業(yè)培訓(xùn)滯后的問題

GIS屬于交叉型學(xué)科，對(duì)任課教師的綜合素質(zhì)要求較高，在結(jié)合環(huán)境科學(xué)專業(yè)授課的同時(shí)緊隨時(shí)代發(fā)展，結(jié)合國(guó)家相關(guān)政策不斷學(xué)習(xí)，滿足相關(guān)教學(xué)要求。因此，教師需要不斷進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的技能培訓(xùn)，更利于教學(xué)穩(wěn)定開展，真正做到與時(shí)俱進(jìn)。

二、環(huán)境科學(xué)專業(yè)中GIS課程教學(xué)改革主要內(nèi)容

（一）抓準(zhǔn)教學(xué)中的側(cè)重點(diǎn)

教學(xué)側(cè)重點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是側(cè)重GIS教學(xué)中實(shí)踐為主；二是側(cè)重GIS教學(xué)中環(huán)境科學(xué)專業(yè)課為主。GIS屬于操作類課程，單純的理論知識(shí)并不會(huì)提升操作能力。因此，實(shí)踐教學(xué)在環(huán)境科學(xué)專業(yè)中GIS學(xué)習(xí)應(yīng)處于主導(dǎo)地位，建議理論與實(shí)踐課時(shí)占比為1∶2的關(guān)系，在課堂上由老師操作演示，學(xué)生在機(jī)房中跟隨教師一同操作，課堂上隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)教學(xué)，將理論與實(shí)踐做到有機(jī)結(jié)合。任課教師的選擇上盡量選擇具有環(huán)境科學(xué)專業(yè)相關(guān)背景的教師，對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)GIS，目的是掌握一種實(shí)用工具，針對(duì)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專題進(jìn)行講授，如在做環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，單一的理論數(shù)據(jù)并不能直觀表現(xiàn)地區(qū)污染物空間分布特點(diǎn)，結(jié)合軟件中空間插值方法作圖能夠直接對(duì)當(dāng)前地區(qū)污染物的空間分布進(jìn)行分析，甚至做到預(yù)測(cè)。以上兩點(diǎn)是對(duì)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)的改革內(nèi)容，做到因材施教，著重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力。

（二）改用案例教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)主要是將書本上的知識(shí)點(diǎn)提煉到PPT中進(jìn)行講授，這種教學(xué)方式更適合理論課程，對(duì)于GIS這種實(shí)操性較強(qiáng)的課程，案例教學(xué)更合適。案例教學(xué)屬于應(yīng)用型環(huán)境科學(xué)專業(yè)課程中教學(xué)以及引導(dǎo)方面的一類非常有效的方法。該類方法是一種以具體的項(xiàng)目課題案例為核心的教學(xué)方式，把教學(xué)過(guò)程各具體的案例進(jìn)行有機(jī)融合，依據(jù)實(shí)際的課題案例建立更加清晰的教學(xué)內(nèi)容體系來(lái)進(jìn)行GIS課程教學(xué)。通過(guò)引入環(huán)境科學(xué)專業(yè)課題相關(guān)的鮮明案例，讓學(xué)生通過(guò)案例進(jìn)行具體分析和討論，并做到舉一反三。如在講授水環(huán)境容量評(píng)價(jià)專題時(shí)，我們可以以某地為例，使用軟件分別進(jìn)行水系分析、分水嶺及水資源量分析、水環(huán)境容量計(jì)算、水環(huán)境容量分析，為學(xué)生講授每一步的目的及意義，加深對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解，同時(shí)做到舉一反三，對(duì)于其他地區(qū)的水環(huán)境容量分析時(shí)依舊遵循此步驟在軟件中進(jìn)行操作。在其他專題中依舊可以采用案例教學(xué)模式，做到實(shí)操的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。將案例教學(xué)模式引入到環(huán)境科學(xué)專業(yè)中，GIS課程是對(duì)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)十分有利的教學(xué)模式。

（三）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師要想較好地激發(fā)環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生對(duì)GIS課程的學(xué)習(xí)興趣以及強(qiáng)烈的求知欲，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)GIS課程的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生明白本節(jié)課學(xué)什么、怎么學(xué)、達(dá)到怎樣的學(xué)習(xí)效果。在制定學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，就需要摒棄以往對(duì)GIS課程教學(xué)目標(biāo)的模糊描述，而是樹立“一切為了學(xué)生發(fā)展”的新理念，制定出符合學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生明白GIS課程所要達(dá)成的知識(shí)高度，從而做到心中有數(shù)，以達(dá)到事半功倍的效果。與此同時(shí)，教師應(yīng)注重與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)習(xí)現(xiàn)代化新知識(shí)，盡可能豐富自身專業(yè)知識(shí)，以教科書為基礎(chǔ)，適當(dāng)擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的知識(shí)水平，讓學(xué)生掌握更多更新的GIS知識(shí)，使學(xué)生體會(huì)到GIS技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)GIS課程增加興趣，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立性的形成，并鍛煉學(xué)生們的實(shí)際操作技能。

（四）課程考核多元化

對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生來(lái)講，考核的多樣化機(jī)制的建立顯得十分重要。對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)來(lái)說(shuō)，GIS課程為選修課程，但選修課程并不代表重要性低于必修課程，當(dāng)下對(duì)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為重點(diǎn)，因此學(xué)習(xí)GIS的目的是更應(yīng)側(cè)重于對(duì)于軟件能夠熟練地操作，并應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。GIS作為一門兼具理論性以及應(yīng)用性知識(shí)的學(xué)科，它的考核內(nèi)容不單單涉及基礎(chǔ)理論，而且還需要考慮基本技能以及應(yīng)用能力等內(nèi)容。所以，在GIS課程教學(xué)改革過(guò)程中，需要針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的具體特征，布置多樣、靈活的課后作業(yè)，對(duì)過(guò)去的課程考核方式進(jìn)行不斷改革調(diào)整。第一，應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)GIS課程教學(xué)以及問答系統(tǒng)。依托網(wǎng)絡(luò)媒介進(jìn)行GIS課程互動(dòng)教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的不同特點(diǎn)以及具體需求對(duì)學(xué)生實(shí)行在線輔導(dǎo)和答疑，助力學(xué)生及時(shí)對(duì)GIS課程案例學(xué)習(xí)過(guò)程中面臨的問題進(jìn)行有效解決，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)GIS課程的濃厚興趣以及自己動(dòng)手建模的實(shí)踐能力。第二，科學(xué)設(shè)計(jì)GIS課程的課后作業(yè)。可以布置學(xué)生寫與課程相關(guān)的論文，讓學(xué)生自主通過(guò)圖書館和網(wǎng)絡(luò)媒介查詢相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資料，同時(shí)結(jié)合個(gè)人的具體情況對(duì)學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真梳理和明確，促使學(xué)生拓寬自身的視野，不斷提升GIS課程的自學(xué)能力。第三，可在學(xué)校建立GIS課程興趣小組。對(duì)于GIS課程知識(shí)掌握程度較高、應(yīng)用能力非常強(qiáng)的學(xué)生，可組建多個(gè)學(xué)習(xí)小組，共同加入教師的科技課題中，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用水平。第四，要采取多種考核方式。除了日常檢查外，還可通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)報(bào)告等綜合性考核。試題可選用非唯一答案，且與專業(yè)實(shí)踐密切相關(guān)，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維以及創(chuàng)新能力。對(duì)于期末成績(jī)的考核應(yīng)考慮多方面，進(jìn)行整體考量。多元化考核應(yīng)包括日常出勤、上課表現(xiàn)、上機(jī)表現(xiàn)、作業(yè)完成情況以及期末上機(jī)作圖考試，其中日常出勤、上課表現(xiàn)、上機(jī)表現(xiàn)各占10%，作業(yè)完成情況占20%，期末上機(jī)考試占50%，采用多元化考核的方式更有利于對(duì)學(xué)生掌握GIS課程綜合能力的應(yīng)用。

（五）編寫合適的教材或指導(dǎo)用書

目前，我國(guó)高校對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生選擇GIS教材一般都過(guò)于專業(yè)，無(wú)法做到與本專業(yè)相匹配，在編寫教材時(shí)應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合環(huán)境科學(xué)專業(yè)相關(guān)知識(shí)，與環(huán)境科學(xué)融為一體，真正做到環(huán)境科學(xué)與GIS的融合。就目前來(lái)看，編寫教材不是一朝一夕的工作，在理論授課階段依舊選用專業(yè)用書，在上機(jī)階段我們可根據(jù)當(dāng)下環(huán)境科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃自行編寫學(xué)生上機(jī)指導(dǎo)用書，豐富教材內(nèi)容，做到因材施教，進(jìn)一步提高環(huán)境科學(xué)專業(yè)對(duì)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

（六）巧用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提升教學(xué)質(zhì)量

隨著互聯(lián)網(wǎng)、自媒體的高速發(fā)展，使當(dāng)今社會(huì)成為一個(gè)信息對(duì)稱的時(shí)代，我們所學(xué)知識(shí)在互聯(lián)網(wǎng)上均有相關(guān)檢索，如中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）國(guó)家精品課程平臺(tái)、B站等免費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，都可以成為教師及同學(xué)課后提升自我的工具，同時(shí)教師也可以通過(guò)微信公眾號(hào)平臺(tái)發(fā)布課程要點(diǎn)和布置作業(yè)，尤其是對(duì)于GIS課程，課上時(shí)間畢竟有限，課下學(xué)生操作遇到困難時(shí)，如果每位同學(xué)都單獨(dú)向任課教師請(qǐng)教問題，任課教師既不能及時(shí)回復(fù)還會(huì)耽誤備課及科研時(shí)間。因此，任課教師可以將知識(shí)要點(diǎn)及軟件操作步驟發(fā)布至微信公眾號(hào)平臺(tái)，供學(xué)生課后反復(fù)研讀，提升課后學(xué)習(xí)質(zhì)效。

三、結(jié)語(yǔ)

目前，針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程的案例教學(xué)改革已迫在眉睫，尤其是對(duì)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，一定要做到因材施教。首先，在教學(xué)重點(diǎn)上要做到兩個(gè)側(cè)重。一是側(cè)重GIS教學(xué)中實(shí)踐為主；二是側(cè)重GIS教學(xué)中環(huán)境科學(xué)專業(yè)課為主。其次，引入環(huán)境科學(xué)專業(yè)相關(guān)專題的鮮明案例，以案例講解知識(shí)要點(diǎn)和軟件操作，做到舉一反三。再次，對(duì)學(xué)生的考核上做到多元化，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生課上及課后知識(shí)要點(diǎn)掌握情況；對(duì)于資深教師可編寫適用于環(huán)境科學(xué)專業(yè)的GIS用書，青年教師可根據(jù)學(xué)生情況編寫相應(yīng)的上機(jī)指導(dǎo)用書，同時(shí)巧用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，緊隨國(guó)家相關(guān)政策及新時(shí)代發(fā)展，真正做到為國(guó)家培養(yǎng)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用型人才。