環(huán)境信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及方法初探

崔耀平　趙芳　劉素潔

摘 要：環(huán)境信息系統(tǒng)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，其隨著環(huán)境科學(xué)和地理信息科學(xué)的發(fā)展仍在不斷完善。該文針對(duì)當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，從理論入手，剖析期間出現(xiàn)的一些問題；并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的實(shí)例，開展實(shí)踐教學(xué)的方法體系分析；最后從教學(xué)內(nèi)容、形式和考核等幾個(gè)方面提出對(duì)應(yīng)該課程實(shí)踐教學(xué)的方法建議，籍以可以為逐步提升環(huán)境信息系統(tǒng)的教學(xué)水平和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高校；研究生；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）02-0113-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展及其在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，環(huán)境信息系統(tǒng)逐漸發(fā)展并日益成為一門新興的交叉學(xué)科。它以環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用空間方法實(shí)現(xiàn)展示、應(yīng)用和傳播時(shí)空動(dòng)態(tài)的環(huán)境信息而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。環(huán)境信息系統(tǒng)既涵蓋了地理信息科學(xué)和環(huán)境科學(xué)兩個(gè)大的學(xué)科內(nèi)容，又包含了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、遙感技術(shù)、測(cè)繪科學(xué)和軟件工程等[1]。同時(shí)，由于環(huán)境信息系統(tǒng)是在地理信息科學(xué)開展的環(huán)境學(xué)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的，其對(duì)地理信息的學(xué)科框架和核心方法存在一定的依附性，從這個(gè)角度看，環(huán)境信息系統(tǒng)是一門正在發(fā)展和需要不斷完善的學(xué)科。

隨著互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，高校環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生接觸了更多的關(guān)于環(huán)境信息方面的內(nèi)容，理解和認(rèn)識(shí)也在不斷加深。同時(shí)，基于專業(yè)的環(huán)境學(xué)知識(shí)背景，他們對(duì)一些環(huán)境事件也迫切需要更多及時(shí)和可靠的數(shù)據(jù)來分析。這要求我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中更多地考慮到現(xiàn)實(shí)的大環(huán)境，在抓住學(xué)生興趣的同時(shí)，提升大學(xué)生，特別是研究生的自我學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文根據(jù)環(huán)境信息系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合實(shí)例提出了相應(yīng)的對(duì)策建議，以供參考借鑒。

1 實(shí)踐實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 重理論而輕實(shí)踐 環(huán)境信息系統(tǒng)作為一門新學(xué)科，當(dāng)前在高校所面向的開課對(duì)象主要是環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生。由于新設(shè)學(xué)科在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)處于一種嘗試性狀態(tài)，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此現(xiàn)在還處在理論知識(shí)教學(xué)為主、實(shí)踐教學(xué)為輔的狀態(tài)，開設(shè)實(shí)踐課的教學(xué)時(shí)數(shù)往往要低于理論課的教學(xué)時(shí)數(shù)。這其實(shí)也違背了環(huán)境信息系統(tǒng)作為一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科的基本特色。

1.2 缺乏教學(xué)平臺(tái) 環(huán)境信息系統(tǒng)承接著地理信息系統(tǒng)在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的需求，嚴(yán)重依賴于地理信息科學(xué)實(shí)踐教學(xué)軟件，缺乏自己獨(dú)立的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。當(dāng)前借助與地理信息系統(tǒng)的分析軟件平臺(tái)雖然可以解決大部分的核心空間問題，但從深度結(jié)合環(huán)境學(xué)來說，該平臺(tái)尚且無法達(dá)到預(yù)期的實(shí)踐教學(xué)效果。

1.3 內(nèi)容分散，沒有成行的大綱和體系 當(dāng)前環(huán)境信息系統(tǒng)的教材缺乏，且有些版本老舊，與當(dāng)前社會(huì)需求不符。劉耀林、孫水裕等編著的環(huán)境信息系統(tǒng)教材側(cè)重于對(duì)空間信息的基礎(chǔ)理論和算法的介紹；王橋等編著的環(huán)境地理信息系統(tǒng)教材側(cè)重于結(jié)合著遙感手段對(duì)環(huán)境問題進(jìn)行時(shí)空監(jiān)測(cè)和分析。當(dāng)前的教材可以為我們提供豐富的參考素材，但是如何真正結(jié)合環(huán)境學(xué)問題，從實(shí)踐角度設(shè)置環(huán)境信息的采集、監(jiān)測(cè)、分析等學(xué)科大綱和教學(xué)體系仍需要深入的思考和實(shí)踐。尤其是當(dāng)前環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，大氣、水體、土壤污染問題全方位顯現(xiàn)出來，因此對(duì)應(yīng)解決實(shí)際問題的實(shí)踐教學(xué)大綱和方法體系顯得更為迫切。

1.4 學(xué)科間結(jié)合度不高，缺乏融合 環(huán)境問題往往牽涉到多個(gè)學(xué)科，既有微觀層面的化學(xué)、微生物等，也需要宏觀上大尺度的地理學(xué)和生態(tài)學(xué)等。而我們?cè)诰唧w的教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)：應(yīng)對(duì)環(huán)境問題，環(huán)境信息系統(tǒng)可以作為多學(xué)科的整合器或“大腦”的角色存在，但是現(xiàn)實(shí)中往往需要其他學(xué)科的知識(shí)背景深入?yún)⑴c，而這一點(diǎn)，當(dāng)前僅可以做到用環(huán)境案例來演示環(huán)境信息系統(tǒng)，還未能實(shí)現(xiàn)多學(xué)科間的有效互動(dòng)和融合。

2 環(huán)境信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的方法體系

2.1 實(shí)踐教學(xué)的課題實(shí)例 針對(duì)學(xué)生們普遍較為感興趣的時(shí)事熱點(diǎn)問題，我們選取雄安新區(qū)和白洋淀的時(shí)空變化為例加以探討。首先，組織學(xué)生討論，明確要提取的環(huán)境信息：1980年以來的城市化、水體及降水動(dòng)態(tài)；其次，分組搜集、下載和整理數(shù)據(jù)：Landsat衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)（圖1）；再次，由于數(shù)據(jù)量大，需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作運(yùn)用所學(xué)的信息提取和分析方法完成長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析；最后，作為課堂實(shí)踐進(jìn)行考核。

由上例可知，環(huán)境信息系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的方法涉及面較廣：有新穎的實(shí)踐內(nèi)容，也有靈活的實(shí)踐形式，也體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神。因此，針對(duì)學(xué)科的現(xiàn)狀和問題，依據(jù)符合創(chuàng)新應(yīng)用性人才培育目標(biāo)、理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則[2，3]，本文嘗試從教學(xué)內(nèi)容、形式和考核等來初步構(gòu)建一個(gè)新的方法體系。

2.2 實(shí)踐教學(xué)的方法體系

2.2.1 完善的教學(xué)內(nèi)容 圍繞環(huán)境科學(xué)問題和環(huán)境信息系統(tǒng)，參考現(xiàn)有教材資源，編制大綱，并增設(shè)遙感的知識(shí)內(nèi)容。遙感數(shù)據(jù)作為一種免費(fèi)和實(shí)時(shí)的大數(shù)據(jù)資源，已被應(yīng)用到環(huán)境問題的諸多方面，但同時(shí)，環(huán)境學(xué)專業(yè)的學(xué)生一直沒有開設(shè)相關(guān)課程，而這正是他們理解和應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)分析環(huán)境問題時(shí)亟待擬補(bǔ)的[4]。

2.2.2 多元化的實(shí)踐形式 重視課堂外的實(shí)踐，在實(shí)踐中體會(huì)環(huán)境信息系統(tǒng)的具體應(yīng)用。建立環(huán)境信息系統(tǒng)課堂內(nèi)外的實(shí)習(xí)點(diǎn)是提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的得力舉措。讓學(xué)生們走出課堂，到野外和工礦企業(yè)中去，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境問題的敏感性，也利于培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)的環(huán)境信息系統(tǒng)知識(shí)來有效搜集、分析、監(jiān)測(cè)和評(píng)估環(huán)境事件，真正達(dá)到學(xué)以致用的培養(yǎng)目標(biāo)。除此之外，可以考慮名師講座、創(chuàng)新競(jìng)賽、學(xué)術(shù)論文撰寫等多種實(shí)踐教學(xué)形式，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，提升自己的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

2.2.3 構(gòu)建合理公平的考核體系 構(gòu)建一個(gè)合理公平的考核體系是評(píng)價(jià)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的重中之重。首先，以任課老師為主，借鑒CDIO工程教育模式（Conceive構(gòu)思，Design設(shè)計(jì)，Implement實(shí)現(xiàn)，Operate操作）開展實(shí)踐教學(xué)和考核[5]；其次，健全實(shí)踐教學(xué)的綜合保障體系，學(xué)生分?jǐn)?shù)不僅僅體現(xiàn)在畢業(yè)的上機(jī)考試上，在培養(yǎng)過程中對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的參與度和認(rèn)知度也加以量化評(píng)判；最后，團(tuán)隊(duì)合作也考慮納入考核體系。

3 結(jié)語

環(huán)境信息系統(tǒng)是一門快速發(fā)展的新學(xué)科，實(shí)用性很強(qiáng)，實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)非常重要。本文在總結(jié)和剖析了實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀和問題之后，嘗試構(gòu)建了一個(gè)具有一定普適性的實(shí)踐教學(xué)方法框架。相信隨著該框架的不斷擴(kuò)展和完善，可以逐步提升環(huán)境信息系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)層次，并助力培育符合社會(huì)需求的復(fù)合應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：張宏民）