基于專業(yè)融合的“以賽促學(xué)”式GIS課程實驗教學(xué)改革

摘要：地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門偏重于技術(shù)和實踐的課程，作為一門生態(tài)學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生必須掌握的基礎(chǔ)知識和重要技術(shù)手段，是開展宏觀生態(tài)學(xué)科學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。對于學(xué)生嫻熟掌握GIS技能操作，形成GIS技術(shù)系統(tǒng)知識體系，解決具體生態(tài)學(xué)專業(yè)問題至關(guān)重要。本文針對生態(tài)學(xué)專業(yè)以往GIS課程實驗教學(xué)中存在的問題，提出了一種基于專業(yè)高度融合的“以賽促學(xué)”式教學(xué)方法，結(jié)合教學(xué)科研實踐中提煉的4個重點案例，使學(xué)生在練習(xí)了GIS軟件技能基本操作后，能綜合運用GIS技術(shù)和工具，結(jié)合專業(yè)所學(xué)理論和知識解決具體專業(yè)性問題，并極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，對培養(yǎng)生態(tài)學(xué)及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的GIS應(yīng)用性、復(fù)合型高水平人才具有很好的推動和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：GIS；實驗教學(xué)；生態(tài)學(xué)；以賽促學(xué)

中圖分類號：G642.0，S891+.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）25-0142-03

地理信息系統(tǒng)（簡稱“GIS”）被認為是21世紀重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是開展宏觀生態(tài)學(xué)科學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)[1，2]。近年來，隨著空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，GIS原理和技術(shù)在生態(tài)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛和不斷深入。作為一門生態(tài)學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生必須掌握的基礎(chǔ)知識和重要技術(shù)手段，2016版生態(tài)學(xué)專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，已將GIS課程性質(zhì)由專業(yè)選修課上升為專業(yè)核心課程。一般認為，高校生態(tài)學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程，其主要目的是使學(xué)生通過對GIS相關(guān)理論、技術(shù)和方法的學(xué)習(xí)和實踐，掌握一種解決生態(tài)專業(yè)領(lǐng)域科學(xué)問題的新技術(shù)和新方法，以提高學(xué)生未來從事宏觀生態(tài)相關(guān)科學(xué)研究和服務(wù)社會的綜合能力，培養(yǎng)生態(tài)學(xué)專業(yè)的GIS應(yīng)用型、復(fù)合型高水平人才[3]。眾多學(xué)者對生態(tài)學(xué)專業(yè)GIS課程教學(xué)的方法、模式和內(nèi)容等方面進行了大量的探索和改革，取得了較好的教學(xué)效果[4-7]。但如何將GIS理論和技術(shù)與具體的專業(yè)相結(jié)合，提升學(xué)生GIS綜合應(yīng)用技能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)GIS的興趣和熱情，提升GIS課程實驗教學(xué)的質(zhì)量水平，一直是一線教師積極探索和嘗試的命題。筆者在貴州大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)本科生GIS課程教學(xué)的實驗實踐中，通過對實驗教學(xué)的不斷改革和摸索，探索出一條基于專業(yè)高度融合的“以賽促學(xué)”式教學(xué)方法，將筆者長期教學(xué)科研中總結(jié)、收集的適于GIS軟件和技術(shù)解決的生態(tài)學(xué)問題進行梳理提煉，通過在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)組建GIS訓(xùn)練小組，拓展課外學(xué)時，融合宏觀生態(tài)學(xué)具體科學(xué)問題，結(jié)合全國大學(xué)生GIS技能各項大賽，使學(xué)生在“明確的目標(biāo)指引、具體的內(nèi)容引導(dǎo)、激烈的組間競爭”氛圍下，夯實GIS技能操作基礎(chǔ)，嫻熟GIS軟件技術(shù)運用，系統(tǒng)調(diào)用GIS軟件各種工具，形成體系性的GIS知識架構(gòu)，逐步理解GIS技術(shù)和軟件在生態(tài)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

一、實驗教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

1.實驗項目與具體專業(yè)脫節(jié)，無法促進學(xué)生的GIS綜合應(yīng)用技能。多年來，貴州大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)本科生GIS課程在實驗項目設(shè)置方面，多關(guān)注GIS專業(yè)軟件的基礎(chǔ)技能操作，包括數(shù)字化、空間屬性數(shù)據(jù)庫建立、疊加分析、統(tǒng)計分析、數(shù)字地形分析等。而對于不同的GIS工具和方法，如何融合在一起，解決具體的專業(yè)問題基本沒有涉及，導(dǎo)致學(xué)生只能掌握GIS技術(shù)的技能片段，學(xué)生在練習(xí)和掌握了GIS軟件技能的基本實驗后，對于如何運用GIS理論和技術(shù)解決具體的生態(tài)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)問題，依然無從下手，無法構(gòu)建基于GIS技術(shù)和思維的生態(tài)學(xué)問題解決思路和知識體系。

2.實驗內(nèi)容的目的性不明確，難以激發(fā)學(xué)生的GIS技術(shù)學(xué)習(xí)熱情。由于實驗項目的設(shè)置與具體專業(yè)脫節(jié)，加之生態(tài)學(xué)專業(yè)本科生的計算機技術(shù)和GIS技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)知識儲備不足，對本就晦澀難懂的技術(shù)性技能型實驗項目興趣不濃，如實驗內(nèi)容的目的性不強，學(xué)生對學(xué)了某項工具或技術(shù)后有什么用，能做什么，毫無概念，必然會很難調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，進而導(dǎo)致學(xué)生在修習(xí)了GIS課程之后，既對GIS技術(shù)如何運用不了解，又對GIS技術(shù)的重要性認識不足。

二、教學(xué)方法介紹

GIS是一門偏重于技術(shù)和實踐的學(xué)科[8]。因此，對于GIS課程實驗教學(xué)而言，核心在于技術(shù)操作、技能訓(xùn)練和實踐能力提升，關(guān)鍵在于學(xué)生在了解和掌握了GIS軟件的基本操作后，如何將多種操作工具和方法，成體系地融入具體應(yīng)用中，解決實際問題。因此，筆者在GIS實驗教學(xué)實踐中，以ArcGIS系列軟件為主要平臺，將實驗教學(xué)內(nèi)容劃分為兩大模塊，第一模塊主要訓(xùn)練學(xué)生對GIS軟件的基本操作技能，包括圖像校正、裁剪、拼接，空間屬性數(shù)據(jù)庫建立，矢量/柵格數(shù)據(jù)疊加分析，數(shù)字地形分析，插值分析，網(wǎng)絡(luò)分析等基礎(chǔ)實驗項目；第二模塊主要訓(xùn)練學(xué)生運用GIS軟件和技術(shù)解決生態(tài)學(xué)具體科學(xué)問題的技能提升。在基礎(chǔ)實驗?zāi)K的基礎(chǔ)上，增列了4個與生態(tài)學(xué)息息相關(guān)的具體案例（表1），采用自由分組、競賽比拼的方式，將所學(xué)的GIS基礎(chǔ)操作技能和方法，結(jié)合生態(tài)學(xué)專業(yè)理論，綜合調(diào)用各項工具，實現(xiàn)GIS技術(shù)在生態(tài)學(xué)專業(yè)的深入融合，提高學(xué)生綜合運用GIS解決具體專業(yè)問題的能力。

三、典型案例示例

以景觀生態(tài)風(fēng)險評價為例，當(dāng)前基于景觀格局的生態(tài)風(fēng)險評價是區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險評價的熱點方向之一，其總體思路是以景觀類型空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法，通過景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢度和景觀脆弱度四個景觀格局指數(shù)，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型，實現(xiàn)對區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險時空分布特征的評價，進而運用空間自相關(guān)分析等地統(tǒng)計學(xué)方法，揭示景觀生態(tài)風(fēng)險的時空異質(zhì)性特征。該案例涉及景觀生態(tài)學(xué)的專業(yè)理論知識體系，并充分調(diào)用了GIS相關(guān)的多種工具和功能（如：裁剪、拼接、柵格運算、插值分析、重分類、鄰域統(tǒng)計、地統(tǒng)計分析等），是對GIS實踐技能的專業(yè)性高度融合。對生態(tài)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，既體現(xiàn)了明確的生態(tài)學(xué)科學(xué)問題和實踐需求，又涉及了GIS軟件的綜合技能提升。首先要求學(xué)生基于ArcGIS軟件的桌面版平臺，實現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險小區(qū)劃分、景觀格局指數(shù)計算、景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型構(gòu)建與地圖制圖等操作，進而，運用ArcGIS model builder構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險評價工具模型，通過該案例，一次性可以講解6個以上典型的GIS軟件工具的用法，并且通過model builder模塊，對景觀生態(tài)風(fēng)險評價的基本流程和思路進行全面的梳理，最終通過地圖制圖、展示和結(jié)果分析，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的GIS技能，深刻理解GIS在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用。該案例的學(xué)習(xí)小組所得到的成果作品，在2018年Esri杯全國大學(xué)生GIS軟件開發(fā)競賽中首次參賽便榮獲地理設(shè)計組三等獎的成績，這充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)GIS的熱情和興趣，具有良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)語

筆者在對生態(tài)學(xué)專業(yè)GIS課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀梳理和深入了解的基礎(chǔ)上，探索出深度融合生態(tài)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域科學(xué)問題的“以賽促學(xué)”式GIS課程實驗教學(xué)方法，并實踐于貴州大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)本科教學(xué)中。實踐證明該教學(xué)模式可以很好地幫助學(xué)生理解GIS軟件在生態(tài)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，促使學(xué)生形成GIS技能操作的知識體系構(gòu)建，解決了學(xué)生在以往教學(xué)實驗中僅知道知識片段，不能解決具體專業(yè)問題，不知GIS在專業(yè)中的應(yīng)用過程和方式等問題。同時，在以賽促學(xué)的氛圍下，充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)GIS的熱情和興趣，對于GIS課程作為生態(tài)學(xué)專業(yè)核心課程重要作用的發(fā)揮具有良好的效果。

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