談水土保持與荒漠化防治專業GIS課程改革

田鵬

摘要：針對水土保持與荒漠化防治專業就業的現狀分析，通過對GIS課程問題的剖析，對該專業的GIS課程的教學方法和教學手段進行了探討，對水土保持與荒漠化防治專業如何進行地理信息系統課程教學改革提出了幾點建議。

關鍵詞：地理信息系統；水土保持與荒漠化防治專業；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）52-0121-02

黨的十八大報告將生態文明建設提升到更加突出的戰略地位，而水土保持建設是生態文明建設的主體，培養優秀的水土保持與荒漠化防治專業畢業生對國家生態文明建設發揮著重要作用。隨著國家經濟和社會的發展，水土保持與荒漠化防治專業畢業生的就業方向也發生了變化，應將本專業的人才培養與社會需求與當前就業形勢緊密結合，有利于為就業選擇與職業發展打下良好的基礎。本文在總結近五年水土保持專業就業形勢的變化和發展的基礎上，結合西北農林科技大學水土保持與荒漠化專業課程設置的實際情況，對GIS課程設置進行分析，力求通過教學手段的改革，探索出適合水土保持專業掌握GIS技術的新出路。

一、就業現狀分析

近幾年，水土保持與荒漠化防治專業本科畢業生就業去向多元化。以西北農林科技大學為例，2010～2014屆本科畢業生中申請出國的占總數的3%左右，主要去往美國、加拿大和德國等。讀研深造的畢業生占本科生總數的50%左右，應屆畢業生保研率一直保持在15%～18%之間，考研率在30%以上，其中70%的學生選擇水土保持與荒漠化防治專業繼續深造，畢業后能在科研機構、高等院校從事科研或教學等工作[1]。直接參加就業的占畢業生人數的45%左右，多分配在水利、農業、林業、環境保護、鐵道等部門下設的設計院或“水保室”等，從事水土保持與荒漠化防治、生態環境工程建設的規劃、設計、施工及監測等工作[2]。通過對畢業本科生和在讀水保研究生關于水土保持與荒漠化防治專業的課程設置的必要性和合理性的問卷調查活動，表明部分專業課程設置應在教學環節、學時設置等方面予以加強。GIS技術、土壤侵蝕學、水土保持工程學、水土保持農業技術、水土保持規劃學、開發建設項目水土保持、生態學、水文學等19門課程是水土保持與荒漠化防治本科專業的主要課程。社會用人單位選拔人才時主要考慮的是學生掌握的技術實踐類知識的多少，包括水土保持與荒漠化防治理論和技術為主的應用型人才，其中技術主要包括水土保持方案編制、“3S”技術。要求學生具備寬厚的水土保持與荒漠化防治理論等基礎，熟練各種技術、經驗，掌握“3S”技術在水土保持和生態領域的應用技能，“3S”技術即GIS地理信息系統、RS遙感和GPS全球定位系統。

二、GIS課程現狀與存在的問題

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是近年發展起來的集計算機科學、地理學、空間科學和管理為一體的邊緣學科，是以處理空間信息為核心的新興技術。GIS具有強大的空間分析和數理處理功能，在水土保持研究和實踐中的應用非常廣泛和深入，一直是水土保持與荒漠化防治專業教學過程中的一門必修的基礎課。在2008年西北農林科技大學水土保持與荒漠化防治專業的培養方案中，“地理信息系統”課程共開設48學時，其中32個學時為理論教學。而在新的2014年培養方案中，學時由原來的48學時，變為40學時，其中24個學時為理論教學，16個學時為實踐教學，學時的嚴重壓縮。對于水土保持與荒漠化防治專業學生來說，計算機和數字制圖等專業背景較差，因而要深入系統學習“地理信息系統”的原理時難度較大。加之，GIS課程的教學內容龐雜、概念繁多。受教學時間所限，如何在有限的學時內，尤其實踐學時較少的情況下使學生掌握地理信息系統的理論知識與實踐操作，培養具備GIS基礎知識和實際操作能力的水土保持專業人才，是GIS課程教學改革要考慮的問題。

三、“GIS”課程教學的改革

GIS課程內容分為基本理論和實驗操作兩部分。通過基本理論部分的學習，要求學生應掌握GIS概念組成與功能、地理信息系統空間數據庫、空間數據采集處理與分析、GIS空間分析原理與可視化及GIS產品制作與輸出等。實驗操作教學重點應放在GIS在水土保持專業中的應用，盡量選取本專業的案例進行分析講解，并結合水土保持專業領域的實際課題或項目開展上機操作，掌握GIS技術在水土保持領域中的應用技能。

1.優化教學內容。由于受專業背景和學時數限制，導致水土保持專業的學生深入系統學習GIS原理難度很大，因此理論教學內容需要有所側重。理論課程24個學時，具體安排：第一章緒論（2學時），主要介紹GIS的基本概念、組成、歷史、基本功能及發展趨勢等；第二章空間數據結構與數據庫（4學時），主要講授地理空間基礎、地理數據類型、柵格和矢量數據結構特征、及數據庫管理模式；第三章空間數據的采集和質量控制（4學時）；第四章空間數據的處理與分析（4學時），主要教授數字地形模型分析、空間疊加分析、空間鄰近度分析及網絡分析；第五章空間信息的可視化（4學時），主要教授地圖制作與輸出、三維可視化產品生成等；第六章地理信息系統的應用（4學時），主要介紹GIS在生態環境中的應用；第七章地理信息系統開發與評價（2學時），主要介紹GIS開發方法、過程，評價方法和評價指標。

2.改革教學方法。教師在教學過程中，應將教學與水保專業和科研熔為一爐，采用案例教學方法，將實踐過程中的關于GIS在水土保持及水文學中的應用熔入于教學中，邊舉例分析邊總結方法。學生往往能夠從所提供的案例中得到啟發，不同程度地提高學生學習的效率和教師的教學質量。而且，案例教學也從一定程度上避免了傳統教學方式的弊端，使學生由傳統的被動接受教師傳授的知識而轉為注重知識的應用，對于提高學生學習的主動性與積極性意義重大。例如，目前國內外土壤侵蝕動態變化研究大部分是基于GIS和RS技術的土壤侵蝕模型研究。應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），以農業非點源污染為研究目的AGNPS和SWAT模型和基于物理過程的等模型，這些模型與GIS很好地耦合，易于操作。基本方法是應用GIS和RS提取出所需因子，應用于土壤侵蝕模型，再以網格為單元計算土壤侵蝕量，應用GIS空間分析功能計算徑流和泥沙在流域內的入滲、輸移或沉積。最后利用GIS的圖形運算功能，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律。基于GIS的土壤侵蝕模型，可以監測水土流失狀況進行，對水土流失的成因、數量、強度、影響范圍、危害及其防治效果進行動態監測和評估。因此，在第七章地理信息系統的應用一章，應緊密結合專業內容，詳細介紹如何應用GIS耦合土壤侵蝕模型計算一個地區的土壤流失量及動態監測。使學生更有興趣了解GIS和學習使用GIS，使得教學的內容跟上3S技術在生態環境方面應用的需要。總之，在水土保持專業的GIS教學過程中，教師應充分利用多媒體的優勢，轉換教學方式，在GIS課程教學過程中穿插各種教學方法會取得良好的教學效果。

3.整合實驗教學內容。對于水土保持與荒漠化防治專業的學生而言，單單學好理論性知識是完全不夠的，還需要培養學生的實驗操作能力，即對地理信息問題的分析和ArcGIS軟件的操作。因此，通過開設一些應用性的教學實驗課程來培養學生實踐操作能力。在實驗操作中學生可以將抽象的理論知識通過GIS軟件得到解決和實現，會加強其對GIS理論的理解與掌握，并激發對該課程學習的欲望。實驗過程中首先要強調上機學習的目的及操作注意事項。其次，講解并演示實驗步驟，對于重要的功能及應用要多次強調。最后，加強學生上機實驗報告的管理力度，認真修改，發現問題后及時反饋。在上機實驗環節中指導教師要應精心準備實驗數據與資料、精心安排實驗內容和精心指導上機過程中和實驗作業中遇到的問題。

4.改進考核方式。考核既是為了檢驗學生對課程的掌握情況，幫助教師不斷總結教學經驗，改進教學方法與技巧；同時也是為了對學生的學習做出客觀、公正、科學的評價，并引導學生明確學習方向。對于水土保持與荒漠化防治專業學生來說，理解GIS的內涵，了解GIS基本原理和應用GIS軟件進行水土流失的預報和監測是最終目的。考核內容應做到知識與能力并重，微觀與宏觀結合。因此，筆者認為最終的考核方式應該以考查為主，主要考查學生對給定GIS問題的獨立分析和軟件操作能力。考查內容包括：（1）提供相關地圖和GIS網站，讓學生下載自己家鄉的電子地圖作底圖，數字化后完成相應專題地圖；（2）利用GIS軟件進行地圖投影轉換與空間數據配準；（3）利用某個地區或某個流域的高程數據生成DEM進行地形分析。課程最后的成績包括三部分，即平時表現、上機作業成績和考查成績。其中，平時表現包括學生出勤情況、上課表現、上機表現作為，占考核的30%。上機作業占考核的20%，考查內容操作占50%。

GIS是一門實踐操作性強，應用廣泛的專業基礎課程。在有限的教學資源和課時縮短的條件下，要針對水土保持與荒漠化防治專業特點及人才培養目標，采取與專業緊密結合的多樣化教學方式，對教學方法和內容加以改進和優化，尋找出一條適宜水土保持專業GIS課程教學的最佳方式，達到學以致用的教學效果，滿足就業和繼續在相關領域深造的水土保持與荒漠化防治專業高素質人才。

參考文獻：

[1]吳發啟，哈力娜.本科畢業生去向分析的幾點啟示[J].西北農林科技大學學報：社會科學版，2009，9（增刊）：45-47.

[2]宋吉紅，胡畔，李揚.水土保持與荒漠化防治專業的就業分析與職業生涯指導[J].中國林業教育，2013，31（5）：51-54.