農業院校學生地理空間思維能力培養初探

李軍利

(安徽農業大學資源與環境學院，安徽 合肥 230036）

農業院校學生地理空間思維能力培養初探

李軍利

(安徽農業大學資源與環境學院，安徽 合肥 230036）

針對地理信息學科相對薄弱的農業院校，提出通過學科競賽、科學研究與課程分組實踐來提升學生的地理空間思維能力。首先，以安徽省大學生GIS技能比賽為例，分析了不同比賽類別對學生地理空間思維能力訓練的不同要求。其次，強調科學研究是地理信息創新型人才培養的一個新載體，與課堂教學形成優勢互補。最后，結合《專題地圖編制》教學，剖析了專題地圖編制課堂教學中存在的問題，通過課程分組實踐取得了較好的教學效果。該方法有效促進了理論教學與實踐操作相結合，突出了學生創新實踐能力的培養。

地理空間思維；學科競賽；科學研究；課程分組實踐

1 引言

思維是人類一直所特有的意識，人們利用思維來認識世界和改造世界[1]。地理空間思維能力是在人們認知地理現象及空間關系判斷過程中，建構起來的一種地理空間意識，主要包括空間認知、關系判定和知識推理等思維過程。在泛在信息時代，人們日常生活的行為、位置等每一點變化都可成為被記錄和分析的數據，隨時隨地分享帶有地理位置的文本、音頻與視頻等信息已成為一種生活新常態。從點、線、面、體的抽象空間表達到條件、位置、模式、模擬、趨勢等空間應用分析，無不體現一種空間思維，在某種程度上又突出地表現為空間知識、方法和工具的綜合應用[2]。這種空間思維過程涵蓋了從地理信息獲取，再到空間分析、空間建模和空間優化等理論方法應用，最終達到認識和改造地理空間世界的知識、智慧和能力的全過程[3]。

地理空間信息是國家重要的基礎性、戰略性資源，地理信息資源的開發和利用關乎國計民生的各個方面，2014年1月，國務院辦公廳發布了《國務院辦公廳關于促進地理信息產業發展的意見》(國辦發[2014]2號），將地理信息產業定為戰略性新興產業。當前國家各行業部門正在實施“互聯網+”戰略，在以全球定位導航系統、遙感技術和地理信息技術為代表的現代測繪手段正以前所未有的速度高速發展，需要不斷提高或更新從業者的空間思維，迫切需要加強現在的地理信息科學相關專業學生 (未來地理信息產業從業者）的地理空間思維訓練與引導。農業院校的地理信息科學專業，相對比測繪見長的理工院校、地理學見長的師范類院校，傳統地理學、測繪類與信息類課程學分有不少壓縮，對學生地理空間思維能力培養與訓練存在不足。研究者們認為，目前多數高校人才培養模式，很難規避理論教學過于抽象，實踐教學形式相對單一，驗證性試驗過多，學生機械性與流程化的操作多了，容易形成慣性思維，其實在一定程度上限制了學生的創新實踐能力[2]，從而削弱學生的學習興趣，上述現象在農科類地理信息科學專業也普通存在。在教育教學過程中，學者們認為專業類的學科競賽會在一定程度上彌補上述不足，通過比賽激發學生學習興趣[4-5]。此外，學生通過參與科研實踐與課程分組實踐，提升創新實踐能力，也會產生積極的教學效果[4-5]。因此，在地理信息學科相對薄弱的農業院校，重視學科競賽、科研實踐與課程分組實踐在專業建設與人才培養過程中的積極作用，從而提升學生地理空間思維能力培養則顯得尤為重要。

2 學科競賽與地理空間思維能力訓練

目前已有很多學者指出學科比賽對課程教學會產生積極作用，如祝昌宇等通過組織學生參加ACM競賽[4]，譚征等分析了軟件比賽對程序設計教學質量的改進作用[5]。姚琳等提出程序設計比賽對程序設計類過程的影響[6]，因此，將學科競賽融入專業課程教學過程中，對提升學生地理空間思維能力具有重要意義。

當前國內有不同類別的大學生GIS比賽，其中有重要的三個典型比賽。全國性GIS技能水平比賽，由中地數碼集團與中國測繪地理信息學會等共同主辦。“SuperMap杯”全國高校GIS大賽是以中國地理學會與北京超圖軟件股份有限公司聯合舉辦。ESRI杯中國大學生GIS大賽，是由ESRI中國信息技術有限公司在中國測繪地理信息學會支持指導下舉辦的在校大學生課外活動中一項具有示范性、引導性和廣泛性的競賽活動，每年舉辦一屆，是在測繪地理信息領域最為著名的比賽之一。上述幾類比賽，作為行業協會牽頭的比賽，在提升學生創新實踐方面發揮了重要作用。

安徽省大學生GIS技能大賽，由安徽省地理信息系統工作委員會、安徽省地理信息中心、安徽省科協共同承辦，已成功舉辦6屆，在安徽省高校間影響廣泛。以下以2015年的安徽省大學生GIS技能大賽為例，解讀每一類別比賽對學生地理空間思維能力訓練。該比賽共分6個類別，包括A組 (在線制圖組）、B組 (地理設計組）、C組(Web應用設計組）、D組(ENVI/IDL開發組）、E組(三維建模與設計組）和F組(現場操作組）。根據競賽細則，該系列分組比賽基本覆蓋了地理空間思維訓練的多個方面。在線制圖比賽，強調地圖圖面空間配置協調，整體風格統一，突出體現主題選擇、表達手段和應用上的創新；地理設計組強調用GIS解決各類問題，突出空間處理與分析思路及過程，特別是空間分析功能及應用深度。Web應用設計組強調新媒體語境下，強調WebGIS應用或移動GIS應用開發，2015年的一、二等獎獲獎作品就有地理大數據挖掘，團購網站推薦等空間位置服務等。ENVI/IDL開發組強調應用IDL技術開發遙感應用，其本身就是一個空間化的應用。三維建模與設計組則強調建筑、城市規劃、道路規劃、園藝規劃、虛擬城市等三維建模應用。現場操作組強調學生動手能力，解決實際問題。通過對參賽學生的參賽訪談，學生普遍反映通過比賽歷練，將所學知識串聯，自主選題，激發了學習興趣。通過GIS技術解決實際應用問題是一種很好的地理空間思維與訓練，其參賽效果相比日常教學是顯著的。

3 科研實踐提升學生地理空間思維能力

科研實踐是地理信息創新型人才培養的一個新載體，與課堂教學優勢互補，屬于實踐教學的范疇。科研實踐活動可嘗試把某些科學研究內容作為課程教學的一部分，通過實踐活動與課程的有效銜接，吸納和固定一定數量的學生參與科研實踐。在課程教學中，鼓勵學生參與科研課題研究，并將其階段性成果納入同期部分課程考核，會產生較好地教學效果。同時，也可以篩選出專業性特點突出，科研能力強的團隊以項目形式升級創新創業。從而使科研實踐活動融入教學活動當中，串聯起各個知識點，促進科學研究與專業課程教學的深度耦合。

對于農業院校地理信息科學專業，實踐教學師資與實踐內容相比別的學校可能相對缺乏，鼓勵并培養學生參加教師的科研課題研究可大大彌補帶上述不足。科研實踐活動，要求學生從選題、到設計，再到實施的全過程、系統化完成既定實踐內容。在日常課題研究當中，指導教師要引導學生開展與專業課程教學相關的科研實踐活動，使科研實踐活動貼近專業發展方向。而在參加課題研究過程當中，學生通過特定研究時段，集中完成科研的項目內容，將理論知識的學習和科研實踐二者深度融合，不僅鍛煉了學生專業技術技能，而且提高了學生的地理空間思維能力，在某種程度上也促進了學生就業競爭力，促進了專業教學。另一方面，通過科研實踐的示范、輻射作用，增強專業的影響力，也有利于豐富校園文化，創建良好的學風。

在GIS創新實踐過程中，學生的興趣引導非常重要。筆者在教學科研實踐中，發現有一組學生對氣象災害感興趣，要選擇一組與此相關的案例，但又缺少實驗數據。為此，尋求到一個國家自然科學基金項目的相關教師指導，24小時獲取合肥市空氣質量監測點數據。在科研課題組的指導下，該組學生初步開發了合肥市空氣質量監測點實時爬取系統，如圖1，該系統通過軟件系統自動獲取網站實時監測到的AQI、空氣質量狀況、首要污染物、PM2.5濃度、PM10濃度等數據，數據獲取之后自動按照格式寫入空間數據庫；在功能方面，實現了一鍵數據獲取入庫，設置一定時間間隔讓程序自動每隔一段時間爬取數據(適用于獲取網站在夜間更新的數據）。學生在此科研實踐過程當中，基本掌握通過程序開發，自動獲取并解析地理空間數據，GIS開發潛能得到極大的發揮，同時，科研課題也在一定程度上完成了一些階段性成果。

4 課程分組實踐促進地理空間思維模式培養

地理空間思維培養的一個重要層次就是通過空間分析與空間優化，最終影響地理空間的決策規劃。毫無疑問，地圖是形象化的展示手段。目前多數高校的地理信息科學(GIS）、測繪工程、遙感科學與技術等專業均開設 《專題地圖編制》課程。根據各個學校學科背景的不同，選擇制圖的工具有所差異。但基本上都會借助當前主流GIS軟件，在實踐環節開展專題地圖編制教學，其教學內容所涉及的知識點與教學內容是相似的。專題地圖不僅可以反映自然與人文現象的現狀分布，也可以表示現象的動態變化和發展規律[7-8]，與此相應的專題內容表示方法的選擇，專題制圖要素的不同類型數據處理，專題地圖設計等內容均需要通過實踐解決實際問題。

但是由于《專題地圖編制》課程涉及內容廣泛，專業制圖方法多樣，部分理論學生理解還很抽象，在保持與激發學生興趣方面還存一些問題。一方面，驗證性試驗過多，實踐教學形式相對單一。在傳統的《專題地圖編制》課程教學中，很多實驗都是驗證性實驗，比如視覺變量部分，學生一般都是依據教師提供的實驗指導一步一步更改點、線與面的符號化表達，流程結束實驗也就完畢，其實驗結果也相對固化，實驗內容與形式也相對單一，學生機械性的操作多了，容易形成慣性思維，其實在一定程度上限制了學生的創新實踐能力[4-6]。另一方面，理論教學過于抽象，理論與實踐脫節。《專題地圖編制》教學過程當中涉及的制圖方法多樣，如定點符號法、線狀符號法、質底法、等值線法、定位圖表法、范圍法、點數法、統計圖法和運動線法等10種專題地圖的表達方法，學生學習起來，最明顯的是方法容易混淆，例如符號法和定位圖表法，符號法和分區統計圖表法，線狀符號法與運動線法，范圍法與質底法，點數法與分級統計圖法，分區統計圖表法與分級統計圖表法[8]。盡管在教學過程當中，強調專題表示方法的選擇取決于現象和物體的空間分布特征，以及地圖用途的要求，如果不能從實踐的角度加深對此類方法的理解，從學生的角度來說還是過于抽象，理論與實踐依然是相脫節的。

針對教學過程中出現的上述問題，筆者嘗試將班級學生分成不同小組，自由選題完成地圖制作，并定期以PPT匯報制圖進展，鼓勵同學以小組為單位完成實踐內容。在教學過程當中，講解專題地圖內容的分布特征及其表示方法這一章節，學生對于10種制圖方法理解容易混淆。讓每一小組去完成一個專題制圖方法則相對容易，再通過分組交流，會進一步加深對各種制圖方法的理解。有一小組同學，在實驗作品基礎上培育出2015年安徽省大學生GIS技能大賽在線制圖比賽作品，即“畢業后，我們去哪里攢首付”，獲在線制圖組二等獎。該作品一個重要特點，就是應用了兩種制圖方法，即符號法與定位圖表法，得益于前期分組實踐對制圖方法的掌握。選擇符號法對中國各線城市進行地圖表達，從一線到三線城市分別用不同大小和顏色進行區分，表達其定性與定量特征；應用定位圖表法對各線城市應屆畢業生的起薪和該地區房價首付，計算出應屆畢業生攢夠首付需要的年限，設計美觀的定位圖表，用不同顏色但同類型的統計圖表對上述城市指標進行地圖渲染。制圖過程每一環節，小組成員全程自主參與，從地圖作品數據采集、設計制作到加工處理的各個環節，不斷追求地圖作品的科學性與藝術性相創新性結合。小組同學通過充分討論，反復修改，直至作品達到小組成員都滿意的制圖效果。學生在作品制作過程當中也加深了對專業知識的理解，更重要的是學生在分組實踐任務實施的各個階段，對本課程保持持續的學習興趣，上述教學方法的嘗試起到了較好的教學效果。

5 結語

在地理信息學科相對薄弱的農業院校，針對學生地理空間思維能力培養與訓練存在的不足，提出學科競賽、科研實踐與課程分組實踐等三種方法，以促進地理空間思維能力的培養。以安徽省大學生GIS比賽為例，分析了不同比賽類別對學生地理空間思維能力訓練的不同要求。在此基礎上，強調科學研究是創新型人才培養的一個新載體，與課堂教學形成互補，將學生參與科學研究活動融入教學活動當中，促進科學研究與專業課程教學的深度耦合。再以《專題地圖編制》專業課程教學為案例，從《專題地圖編制》課堂教學中存在的問題著手，強調通過分組創新實踐，激發學生的學習興趣。傳統教學當中存在驗證性實踐多，學生機械性操作多，容易產生慣性思維等不足，而通過自主選題完成實踐任務的各個環節，深刻理解專題制圖的所涉及的各個知識點，從選題到最終提交地圖作品，對學生能力的培養是一個綜合性、系統性訓練。上述實踐活動一定程度上激發了學生的學習興趣，取得了較好的教學效果。

[1]中共中央馬克思恩格斯列寧斯大林著作編譯局.馬克思恩格斯選集（第四卷）[M].北京∶人民出版社，1995，219.

[2]Goodchild M.F.&Janelle D.G.Toward Critical Spatial Thinking in the Social Sciences and Humanities[J].GeoJoural，2010，（1）∶3-13.

[3]張曉祥.大數據時代的空間分析[J].武漢大學學報信息科學版，2014，（6）：655-659.

[4]祝昌宇，陳廣貴.從ACM競賽談計算機實驗教學改革[J].實驗科學與技術，2011，（5）∶300-302.

[5]譚征，孫紅霞.以軟件大賽為契機提升程序設計教學質量[J].青島遠洋船員學院學報，2009，（4）∶72-74.

[6]姚琳，汪紅兵，張敏，等.程序設計比賽對程序設計語言教學的啟發[J].計算機教育，2015，（2）∶103-105.

[7]張佐邦.《專題地圖》課程教學與思考[J].西南農業大學學報（社會科學版），2009，（4）∶178-180.

[8]黃仁濤，龐小平，馬晨燕.專題地圖編制[M].武漢∶武漢大學出版社，2003.

責任編輯：陳 鳳

G64

A

1672-2868（2015）06-0161-04

2015-10-13

國家自然科學基金(項目編號：41571400）；安徽農業大學2015年度教學研究項目；安徽農業大學引進與穩定人才項目(項目編號：yj2014-24）

李軍利(1976-），男，安徽無為人。安徽農業大學資源與環境學院，講師，博士。研究方向：數字制圖與GIS應用開發教學。