專業認證背景下城鄉規劃專業RS與GIS一體化綜合實踐教學體系構建

曾維軍 李建華 張建生 鄭宏剛 陳運春 葛興燕 郭曉飛 廖麗君 張劉東

摘要：RS和GIS課程實踐中存在將兩門課程孤立對待，忽視兩門課程理論內容、實踐設計的承接關系的現象，導致實踐教育效果不理想。針對以上問題，文章在厘清RS與GIS課程邏輯關系基礎上，分析RS和GIS專業認證課程目標，貫徹工程教育認證教育理論，落實以產出為導向的課程培養、畢業要求目標，精心設計RS與GIS實踐內容，從時間、內容、軟件操作等方面優化實踐組織流程，進行RS與GIS實踐有效融合，構建了專業認證背景下城鄉規劃專業RS與GIS一體化綜合實踐教學體系，為高等學校開展RS、GIS實踐一體化教學提供了思路與借鑒。

關鍵詞：RS;GIS;綜合實踐;體系構建;專業認證

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0277-03

RS、GIS技術在農業、水利、國土、規劃等方面應用越來越廣泛，高校GIS的教學問題已引起社會的廣泛關注[1-4]。相關研究涉及RS、GIS教育的宏觀思考[5，6]、實踐教學[7，8]、課程改革[9-11]等內容。經過對RS、GIS高等教育的相關文獻統計分析發現，以上內容大部分將RS、GIS課程單獨進行研究，極少進行RS、GIS一體化綜合教學實踐，忽視了RS、GIS課程理論、實踐方面的聯系。本文構建了專業認證背景下RS與GIS一體化綜合實踐教學體系，評估了其教學效果，為高等學校RS、GIS實踐一體化教學提供了借鑒。

一、RS與GIS課程實踐存在的問題

1.作為工科類專業，與當前在國際上得到普遍認可的工程教育認證聯系不緊密，實踐體系與專業培養目標、畢業要求等不匹配，更與用人單位的需求嚴重脫節。

2.在各高校教學安排上，存在將兩門課程孤立對待，忽視了兩門課程理論內容上的承接關系、實踐操作中的互補關系、邏輯中的緊密聯系的現象，導致實踐效果不理想。

3.學生中存在重軟件操作、輕理論教學的傾向，實驗操作能完成實驗步驟，但對于為什么這么做，存在一知半解的現象，缺少充分挖掘的鉆研精神。

二、RS與GIS專業認證課程目標

專業認證高度聚焦培養目標、畢業要求的制定，課程內容必須明確培養目標、畢業要求對學生能力的支撐程度，因此課程實踐顯得尤為重要。

RS專業認證課程目標：要求學生系統掌握遙感數字圖像處理的基礎知識和基本理論;掌握遙感數字圖像的幾何處理、輻射校正、增強處理、計算機分類以及分類后評價等內容;掌握基本遙感圖像處理流程，具有遙感圖像分析的基本能力。GIS專業認證課程目標：學生系統掌握GIS的基礎知識和基本理論;通過實踐，重點掌握GIS數據庫建庫、矢量化、數據轉換、地圖投影、DEM、空間分析等基本能力;培養學生在實際工程中解決問題的能力。

三、專業認證背景下RS與GIS一體化綜合實踐教學體系構建

（一）實踐內容設計

目前，大部分高校對RS和GIS的實踐教學是獨立的，割裂了實踐內容和技能培養方面的聯系，降低了學生的培養質量。為了滿足城鄉規劃專業應用需求，有必要將RS和GIS的實踐內容和組織進行整體考慮，構建RS與GIS一體化綜合實踐教學體系。

1.RS實踐內容設計。RS實踐以研究區高分辨率遙感影像為材料，開展影像預處理、野外核查、影像監督分類、分類評價、影像后處理等實踐，其中影像預處理包括影像裁剪與拼接、影像幾何精糾正、影像增強處理等;野外核查需確定影像存疑區域、制作野外核查路線圖;影像監督分類需制作影像解譯庫、選取訓練樣本、執行監督分類;分類評價包括分類模板評價、分類進度評價等;影像后處理包括去除分析、重分類、柵格轉矢量等。野外核查對解譯結果進行驗證，對解譯錯誤的地方進行標記，提高了學生參與實踐的熱情。

2.GIS實踐內容設計。利用影像監督分類結果，進行生態環境評價及空間分析。步驟為：第一，對RS綜合實踐數據進行分類、整理、編碼等，分層建立空間數據庫，掌握數據庫相關知識，匯總各種土地利用類型面積;第二，對矢量數據進行統計分析，計算評價指數，對生態環境進行評價;第三，分別計算滇池湖面500米、2000米、5000米范圍土地利用類型面積，涉及提取面、緩沖分析、相交分析等操作，通過以上實踐，提高學生GIS的實際操作能力。

（二）RS與GIS課程一體化綜合實踐體系構建

RS和GIS實踐采用學校附近昆明市北市區遙感影像圖，分類圖斑屬性錄入數據從分析谷歌地圖及實地調查資料獲得，昆明市土地利用數據利用地理信息系統云上免費下載的Landsat8 OLI遙感影像進行解譯。

1.RS實踐組織。RS實踐教材采用湯國安、楊昕、鄧鳳東等主編，科學出版社出版的《ERDAS遙感數字圖像處理實驗教程》，實踐內容是ERDAS遙感影像監督分類，實踐時間一般安排在第三學期的第一周，總共24學時，一般安排學生8∶00—12∶25學習圖像預處理、示例操作、影像解譯、野外核查、圖斑糾正、分類評價等實踐內容，14∶30—15∶30進行更進一步的操作練習，鞏固實踐成果。具體安排為：圖像預處理3學時，書上練習內容及示例操作3學時，影像解譯8學時，野外核查5學時，圖斑糾正3學時，分類評價1學時，集中講解、結果檢查1學時。

RS實踐要注意以下四點：（1）野外核查采用分組的方式進行，每組4人;（2）每組在野外核查前一晚，根據前期解譯存疑區域，確定野外核查路線及核查重點;（3）根據不同地物類型的光譜、紋理特征，建立解譯數據庫;（4）野外核查一定要注意安全。

2.GIS實踐組織。GIS實驗教材采用《ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程》，湯國安等編寫，科學出版社出版，實踐內容進行實踐研究區生態環境評價及空間分析，實踐時間一般安排在第三學期的第二周，總共24學時。與RS實踐類似，安排學生在8∶00—12∶25學習實踐內容，14∶30—15∶30進行鞏固練習。具體安排為：柵格轉矢量、數據拓撲檢查等2學時;建立空間數據庫、屬性數據編輯等3學時;土地利用類型面積匯總、統計、檢查等3學時;根據生態環境評價技術規程，進行生態環境評價6學時;練習書上的空間分析示例3學時;提取昆明市土地利用圖中滇池湖面數據，進行緩沖分析、相交分析等操作5學時;RS和GIS一體化綜合實踐總結2學時。

3.RS和GIS一體化綜合實踐的融合。為進一步促進RS和GIS一體化綜合實踐的融合，需做到以下三點：（1）第一周周五RS實踐結束后，進一步布置利用Landsat8 OLI遙感影像進行昆明市土地利用類型遙感解譯的作業，充分利用周末時間，進一步加強練習，鞏固所學。（2）加強RS、GIS軟件的互通互聯。RS、GIS軟件具有許多類似的功能，通過相互交叉使用處理數據，對RS、GIS軟件的操作有進一步的客觀認識。（3）RS實踐為GIS實踐提供基礎處理數據，GIS實踐可以進一步驗證RS實踐數據處理的準確性。

四、專業認證背景下RS、GIS一體化綜合實踐教學效果

RS、GIS一體化綜合實踐教學活動全程貫徹了工程教育認證的核心理念。（1）以學生為中心。始終圍繞學生知識和能力達到既定標準而進行教學設計，始終以學生學習結果為唯一標準而進行教學質量評價。（2）產出導向。本次RS、GIS一體化綜合實踐教學改變了傳統以課程為中心的教學設計，而以學生的畢業要求為導向進行教學設計。（3）持續改進。對培養目標、畢業要求、教學環節進行評價，同時建立評價的機制和周期，且評價結果必須用于改進課堂教學，如將GIS生態質量評價的結果反饋于RS影像監督分類，驗證分類結果的正確性。

本次RS、GIS一體化綜合實踐教學主要效果如下：（1）通過遙感影像解譯，進行野外核查，建立解譯數據庫，并進一步解譯出昆明市土地利用類型圖，計算匯總出各種土地利用類型面積數據。（2）學生系統地掌握了RS的坐標轉換、投影變換、影像校正、監督分類、野外核查等，GIS數據庫建庫、矢量化、數據轉換、DEM、數據統計與分析、空間分析等知識要點及操作技能，歷屆學生大部分能按時提交設計作品，少部分同學通過申請延長實踐時間也能完成實踐任務。

五、結束語

RS、GIS課程實踐中，存在將兩門課程孤立對待，忽視兩門課程理論內容上的承接關系的現象，導致實踐效果不理想。本文針對以上問題，開展了專業認證背景下城鄉規劃專業RS與GIS一體化綜合實踐教學體系構建研究，在厘清RS與GIS課程邏輯關系基礎上，落實以產出為導向的課程培養、畢業要求目標，精心設計RS與GIS實踐內容，從時間、內容、軟件操作等方面優化實踐組織流程，進行RS與GIS實踐有效融合，與一體化綜合實踐教學體系構建之前相比，學生的軟件操作能力大幅度提高，按時保質提交作品，成效顯著。

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