環境信息系統實踐教學現狀及方法初探

崔耀平　趙芳　劉素潔

摘 要：環境信息系統是一門實踐性非常強的學科，其隨著環境科學和地理信息科學的發展仍在不斷完善。該文針對當前實踐教學環節的現狀，從理論入手，剖析期間出現的一些問題；并在此基礎上，結合具體的實例，開展實踐教學的方法體系分析；最后從教學內容、形式和考核等幾個方面提出對應該課程實踐教學的方法建議，籍以可以為逐步提升環境信息系統的教學水平和學生培養質量提供借鑒。

關鍵詞：高校；研究生；教學改革；實踐教學

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）02-0113-02

進入21世紀以來，隨著地理信息科學的發展及其在環境領域中的應用，環境信息系統逐漸發展并日益成為一門新興的交叉學科。它以環境數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對環境信息進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用空間方法實現展示、應用和傳播時空動態的環境信息而建立起來的計算機技術系統。環境信息系統既涵蓋了地理信息科學和環境科學兩個大的學科內容，又包含了計算機圖形學、遙感技術、測繪科學和軟件工程等[1]。同時，由于環境信息系統是在地理信息科學開展的環境學應用過程中產生的，其對地理信息的學科框架和核心方法存在一定的依附性，從這個角度看，環境信息系統是一門正在發展和需要不斷完善的學科。

隨著互聯網及大數據計算技術的不斷發展與應用，高校環境科學專業的學生接觸了更多的關于環境信息方面的內容，理解和認識也在不斷加深。同時，基于專業的環境學知識背景，他們對一些環境事件也迫切需要更多及時和可靠的數據來分析。這要求我們在教學實踐環節中更多地考慮到現實的大環境，在抓住學生興趣的同時，提升大學生，特別是研究生的自我學習和創新實踐能力。本文根據環境信息系統的特點，針對當前實踐教學中存在的問題，結合實例提出了相應的對策建議，以供參考借鑒。

1 實踐實踐教學現狀及存在問題

1.1 重理論而輕實踐 環境信息系統作為一門新學科，當前在高校所面向的開課對象主要是環境科學、環境工程及相關專業的本科生和研究生。由于新設學科在實踐教學環節處于一種嘗試性狀態，沒有成熟的經驗可以借鑒，因此現在還處在理論知識教學為主、實踐教學為輔的狀態，開設實踐課的教學時數往往要低于理論課的教學時數。這其實也違背了環境信息系統作為一門實踐性非常強的學科的基本特色。

1.2 缺乏教學平臺 環境信息系統承接著地理信息系統在環境領域應用的需求，嚴重依賴于地理信息科學實踐教學軟件，缺乏自己獨立的教學實踐平臺。當前借助與地理信息系統的分析軟件平臺雖然可以解決大部分的核心空間問題，但從深度結合環境學來說，該平臺尚且無法達到預期的實踐教學效果。

1.3 內容分散，沒有成行的大綱和體系 當前環境信息系統的教材缺乏，且有些版本老舊，與當前社會需求不符。劉耀林、孫水裕等編著的環境信息系統教材側重于對空間信息的基礎理論和算法的介紹；王橋等編著的環境地理信息系統教材側重于結合著遙感手段對環境問題進行時空監測和分析。當前的教材可以為我們提供豐富的參考素材，但是如何真正結合環境學問題，從實踐角度設置環境信息的采集、監測、分析等學科大綱和教學體系仍需要深入的思考和實踐。尤其是當前環境問題日益嚴峻，大氣、水體、土壤污染問題全方位顯現出來，因此對應解決實際問題的實踐教學大綱和方法體系顯得更為迫切。

1.4 學科間結合度不高，缺乏融合 環境問題往往牽涉到多個學科，既有微觀層面的化學、微生物等，也需要宏觀上大尺度的地理學和生態學等。而我們在具體的教學實踐過程中發現：應對環境問題，環境信息系統可以作為多學科的整合器或“大腦”的角色存在，但是現實中往往需要其他學科的知識背景深入參與，而這一點，當前僅可以做到用環境案例來演示環境信息系統，還未能實現多學科間的有效互動和融合。

2 環境信息系統實踐教學的方法體系

2.1 實踐教學的課題實例 針對學生們普遍較為感興趣的時事熱點問題，我們選取雄安新區和白洋淀的時空變化為例加以探討。首先，組織學生討論，明確要提取的環境信息：1980年以來的城市化、水體及降水動態；其次，分組搜集、下載和整理數據：Landsat衛星影像數據和氣象站點數據（圖1）；再次，由于數據量大，需要團隊協作運用所學的信息提取和分析方法完成長時間數據的動態分析；最后，作為課堂實踐進行考核。

由上例可知，環境信息系統實踐教學的方法涉及面較廣：有新穎的實踐內容，也有靈活的實踐形式，也體現了團隊的協作精神。因此，針對學科的現狀和問題，依據符合創新應用性人才培育目標、理論與實踐相結合的原則[2，3]，本文嘗試從教學內容、形式和考核等來初步構建一個新的方法體系。

2.2 實踐教學的方法體系

2.2.1 完善的教學內容 圍繞環境科學問題和環境信息系統，參考現有教材資源，編制大綱，并增設遙感的知識內容。遙感數據作為一種免費和實時的大數據資源，已被應用到環境問題的諸多方面，但同時，環境學專業的學生一直沒有開設相關課程，而這正是他們理解和應用遙感數據分析環境問題時亟待擬補的[4]。

2.2.2 多元化的實踐形式 重視課堂外的實踐，在實踐中體會環境信息系統的具體應用。建立環境信息系統課堂內外的實習點是提升實踐教學質量的得力舉措。讓學生們走出課堂，到野外和工礦企業中去，有助于增強學生對現實環境問題的敏感性，也利于培養學生用專業的環境信息系統知識來有效搜集、分析、監測和評估環境事件，真正達到學以致用的培養目標。除此之外，可以考慮名師講座、創新競賽、學術論文撰寫等多種實踐教學形式，鼓勵學生積極參與，提升自己的創新思維和實踐能力。

2.2.3 構建合理公平的考核體系 構建一個合理公平的考核體系是評價實踐教學質量的重中之重。首先，以任課老師為主，借鑒CDIO工程教育模式（Conceive構思，Design設計，Implement實現，Operate操作）開展實踐教學和考核[5]；其次，健全實踐教學的綜合保障體系，學生分數不僅僅體現在畢業的上機考試上，在培養過程中對實踐活動的參與度和認知度也加以量化評判；最后，團隊合作也考慮納入考核體系。

3 結語

環境信息系統是一門快速發展的新學科，實用性很強，實踐教學活動非常重要。本文在總結和剖析了實踐教學的現狀和問題之后，嘗試構建了一個具有一定普適性的實踐教學方法框架。相信隨著該框架的不斷擴展和完善，可以逐步提升環境信息系統的實踐教學層次，并助力培育符合社會需求的復合應用型人才。

參考文獻

[1]崔耀平，秦耀辰，閆衛陽，等.嵌入CDIO和MOOC的“環境信息系統”教學模式[J].計算機時代，2015，5：69-71.

[2]鄭瑞倫，廖曉川，唐靖云，等.民辦高校創新創業教育課程體系的構建與實踐[J].西南師范大學學報（自然科學版），2012，37（9）：142-147.

[3]祝詩平，黃華，張建軍，等.構建分層次按需求的實驗實踐教學與人才培養模式的探索[J].西南師范大學學報：自然科學版， 2012，37（6）：249-253.

[4]姚申君，吳建平，易敏，等.GIS在環境影響評價中的應用[J].環境科學導報，2007，26（6）：77-80.

[5]邵蘭潔，馬睿，魯小利，等.軟件開發類課程群CDIO模式教學改革研究與實踐[J].計算機時代，2014，12：64-66.

（責編：張宏民）