面向新農科的“四位一體”地理信息系統(tǒng)原理課程內容重構與實踐

摘 要：針對地理信息系統(tǒng)（GIS）原理課程思政“三農”情懷融入不夠、理論體系與農業(yè)科學理論知識交叉不緊密、實訓內容與農業(yè)科學人才需求不匹配的問題，以四川農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)為例重構課程內容，以立德樹人為引領，以思政案例庫構建學科融合的“GIS+農業(yè)”思政知識體系；以“農業(yè)空間數(shù)據(jù)分析”為主線，關注農業(yè)空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析與展示，構建GIS基礎知識體系；以新農科要求為導向，拓展農業(yè)大數(shù)據(jù)分析等前沿內容，構建“GIS+農業(yè)”前沿知識體系；以農業(yè)現(xiàn)代化為目標，緊扣智慧農業(yè)等社會需求，構建“GIS+農業(yè)”應用知識體系。思政、基礎、前沿和應用“四位一體”課程知識體系的實踐取得良好的教學成效，可為新農科背景下一流專業(yè)的課程建設提供參考和借鑒。

關鍵詞：新農科；地理信息系統(tǒng)；課程內容；四位一體；知識體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）34-0109-06

Abstract： Targeting the problems including insufficient integration of "Three Rural Feelings"， not tight cross-fusion between the course content and the theore997ab15e8c2d3cb941dfeca300f9ad77tical knowledge of agricultural science， and the mismatch between the practical training and the agricultural science talent demand in the course of Principle of Geographic Information Systems（GIS）， and taking the major of agricultural resources and environment in Sichuan Agricultural University as an example， this paper reconstructs the curriculum content of Principle of GIS. Depending on the guidance of moral cultivation，"GIS-Agricultural" ideological and political knowledge system has been established on the ideological and political case database. Taking "agricultural spatial data analysis" as the main line， we established GIS basic knowledge system which focuses on collecting， processing， analyzing， and visualization of agricultura spatial data. Orienting by new agricultural science， the paper constructs "GIS-agricultural" frontier knowledge system including agricultural big data analysis， etc. Taking agricultural modernization as the goal， it builds "GIS-agricultural" applied knowledge system based on social needs such as smart agriculture. The practice of "four-in-one" curriculum knowledge system of ideology and politics， basic， frontier and application has achieved good teaching results， which can provide reference for the curriculum construction of first-class majors under the background of new agricultural science..

Keywords： new agricultural science; geographic information systems; curriculum content; quaternity; knowledge system

“安吉共識”“北大倉行動”和“北京指南”奏響了新農科建設的“三部曲”，提出了為適應我國農業(yè)農村現(xiàn)代化深入發(fā)展需要的農科教育改革未來方向，要求打破學科之間的壁壘，創(chuàng)多元融合協(xié)同發(fā)展之路，用生物技術、信息技術、工程技術等現(xiàn)代科學技術改造現(xiàn)有涉農專業(yè)，更好地服務于國家糧食安全、農業(yè)農村發(fā)展和生態(tài)文明建設[1]。作為農業(yè)信息技術組成部分之一，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）因其可以服務于現(xiàn)代農業(yè)大數(shù)據(jù)的產生、儲存，以及分析和管理等各方面[2]，已成為新農科背景下農學類較多專業(yè)如智慧農業(yè)、農業(yè)資源與環(huán)境和土地科學與技術等必修課。

地理信息系統(tǒng)原理在課程建設和發(fā)展方面已作了大量卓有成效的工作，如張書亮等[3]、徐敬海等[4]、陳學兄[5]總結了線上線下混合式GIS原理課程的建設經驗與舉措；趙春燕等[6]設計了課程的研討式教學內容和教學方式；史守正等[7]進行了課程思政的探索與實踐。但已有的工作多數(shù)針對地理科學類和測繪學類專業(yè)，對于自然保護與環(huán)境生態(tài)類、植物生產類等農學類專業(yè)GIS原理教學的研究涉及較少。在新時代國家農業(yè)農村現(xiàn)代化和新農科建設要求下，農學類專業(yè)的GIS原理課程不僅要培育學生的GIS知識和技能，更加需要學生具備愛農知農為農的“三農”情懷，且能科學運用GIS技術解決農業(yè)領域的實際問題[8-9]。本文總結了四川農業(yè)大學國家一流本科專業(yè)建設點農業(yè)資源與環(huán)境GIS原理（以下簡稱“我校”）課程在新時代新農科導向下的課程內容重構方面的思路、舉措及成效，以期為同類課程的改革與建設提供借鑒。

一 課程定位和課程建設存在的問題

（一） 課程定位

地理信息系統(tǒng)原理課程是四川農業(yè)大學國家一流本科專業(yè)建設點農業(yè)資源與環(huán)境的專業(yè)必修課，40個學時，其中理論教學24學時，實踐教學16學時，開設于大二上學期。課程以理論講授和課堂實踐為主，教學目的是使學生掌握GIS的基本概念、基本理論、實際應用和前沿進展，旨在為新時代現(xiàn)代化農業(yè)的建設和發(fā)展培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實踐能力和自主學習探究能力的一流人才。作為農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)培養(yǎng)計劃中唯一的一門信息技術類課程，通過本課程的學習，學生不僅可以掌握GIS知識和技術，而且更重要的是可以培養(yǎng)學生的農業(yè)科學研究空間思維，為后續(xù)如環(huán)境監(jiān)測與質量評價土壤地理學、土壤資料調查與評價等課程打下必要的空間建構基礎。

（二） 課程建設存在的問題

在深入探析當前GIS原理課程內容建設的基礎上，結合農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)特點，分析現(xiàn)有GIS原理課程存在的問題。

1 課程思政個性不足，“三農”情懷融入不夠

高校立身之本在于立德樹人，課程思政是落實高校立德樹人、鑄魂育人的中心環(huán)節(jié)之一。盡管已有對于GIS原理課程思政的探索與研究，但對照教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》所提出的結合專業(yè)特點分類推進課程思政建設、將課程思政融入課堂教學建設全過程[10]，現(xiàn)有GIS原理課程思政多是探討工匠精神、北斗精神和團隊合作精神等的融入[7，11]，顯得共性有余，個性不足，且少有針對農學類專業(yè)的GIS原理課程思政研究。在當下全面推進鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明建設、保障糧食安全的戰(zhàn)略需求下，GIS原理課程思政需緊密聯(lián)系與農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)相關聯(lián)的鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明糧食安全等關鍵詞，以達到“潤物細無聲”的思政教學效果。

2 GIS理論體系與農業(yè)科學理論知識交叉不緊密

本文對比羅列了GIS原理課程主要采用國內教材的基本信息（表1）。這六本教材的編者來自武漢大學、北京大學、南京大學、南京師范大學、中山大學和中國地質大學（武漢）。這些高等院校是目前我國地理信息科學專業(yè)本科生培養(yǎng)的中堅力量（以上高等院校的地理信息科學專業(yè)均入選國家一流本科建設點）。因此，表1所列出的教材可認為代表了地理信息科學專業(yè)GIS原理課程教材的整體情況。在對所列教材具體章節(jié)內容進行分析后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有GIS原理教材均包括以下必修內容，GIS基本概念、地理數(shù)學基礎、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)組織與管理、空間分析與可視化表達。課程的教學難點為空間數(shù)據(jù)模型、兩種常用空間數(shù)據(jù)結構、空間分析的原理。現(xiàn)有教材普遍以空間數(shù)據(jù)為主線的方式進行章節(jié)編排，章節(jié)知識點之間彼此串聯(lián)而成，清晰明了，但現(xiàn)有教材與農業(yè)科學理論知識交叉不緊密，影響了農學類專業(yè)學生對課程學習的興趣。此外，現(xiàn)有教材內容中較少涉及國家糧食安全、鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明建設等“三農”知識，不利于培養(yǎng)懂農業(yè)、愛農村、愛農民的卓越農林人才。

3 現(xiàn)有GIS實訓內容與農業(yè)GIS人才需求不匹配

新農科建設背景下，農業(yè)信息化建設已成為支撐現(xiàn)代農業(yè)穩(wěn)定長足發(fā)展的關鍵，傳統(tǒng)的農業(yè)資源與環(huán)境管理技術與方法已滿足不了多元化的信息收集、儲存、處理和分析，作為一種地理空間數(shù)據(jù)獲取、組織、分析和展示技術，GIS可以服務于現(xiàn)代農業(yè)大數(shù)據(jù)的產生、儲存以及分析和管理等各方面，在推動精準農業(yè)、新農村建設和國家糧食安全戰(zhàn)略等方面發(fā)揮著重要作用。隨著GIS技術在農業(yè)資源與環(huán)境領域的廣泛應用，對既熟知農業(yè)科學領域知識又具備一定GIS知識和軟件操作技能的人才需求也在不斷增長，而現(xiàn)有GIS原理課程主要面向的是理工科類專業(yè)，通用GIS實驗教材較多針對國土規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、風景園林等專業(yè)領域，不能滿足社會對農業(yè)科學專業(yè)人才的特殊需求。因此，對農林院校GIS原理課程的教學內容進行重構就顯得更加迫切和重要。

二 課程內容重構

基于GIS原理課程存在的主要問題，我們將教學內容進行重新組織構建。在教學設計中，為達到知識構建、能力培養(yǎng)和價值塑造的課程目標，以“GIS+農業(yè)”為導向，構建“四位一體”課程內容（圖1）。具體來說，以立德樹人為引領，以思政案例庫構建學科融合的“GIS+農業(yè)”思政知識體系。以“農業(yè)空間數(shù)據(jù)分析”為主線，關注農業(yè)空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析與展示，構建GIS基礎知識體系。以新農科要求為導向，拓展農業(yè)大數(shù)據(jù)分析等前沿內容，構建“GIS+農業(yè)”前沿知識體系，建成包含我校最新學術成果的前沿文獻庫。以農業(yè)現(xiàn)代化為目標，緊扣智慧農業(yè)等社會需求，構建“GIS+農業(yè)”應用知識體系。

圖1 地理信息系統(tǒng)原理教學內容體系概念圖

（一） 以立德樹人為引領，構建學科融合的“GIS+農業(yè)”思政知識體系

立德樹人是高校的根本使命，而課程思政建設是使命達成的有效途徑[10]。課程思政建設不是“附加題”，而是“必選題”，直接關系到當代高等教育服務國家發(fā)展需求的最終效果。四川農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的學生畢業(yè)后從事的崗位較多與農業(yè)、農村和農民有關。因此，在GIS原理課堂和實踐教學中除培養(yǎng)學生的愛國情懷、科研實干和工匠精神外，還充分融入糧食安全、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設等熱點問題，讓學生意識到“三農”問題的重要性和緊迫性，培養(yǎng)學生的“三農”情懷和“愛農知農為農”素養(yǎng)，增強學生服務“三農”和農業(yè)農村現(xiàn)代化的使命感和責任感（表2）。如通過第二次、第三次全國土壤普查，土壤資源調查樣點布設和農田土壤養(yǎng)分數(shù)字制圖等案例的介紹和實踐技能的錘煉，培養(yǎng)學生的“三農”情懷、專業(yè)自信和使命擔當；通過農用地土壤環(huán)境質量類別劃分的實驗，培養(yǎng)耕地質量安全和綠色生態(tài)發(fā)展意識，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明與可持續(xù)發(fā)展理念；通過耕地破碎化空間格局分析的實驗，切實讓學生體會到耕地是糧食生產的命根子，是中華民族永續(xù)發(fā)展的根基，是全面推進鄉(xiāng)村振興的基礎，激發(fā)其愛國情操和“三農”意識。GIS原理課程實現(xiàn)了思政元素的“基因式”融入，做到了教學內容有“思政味道”，立德樹人“潤物細無聲”，使得思政教育看得見、摸得著、記得住。

（二） 以“農業(yè)空間數(shù)據(jù)分析”為主線，構建GIS基礎知識體系

作為《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》中規(guī)定的地理科學類、測繪類和地質學類等專業(yè)的核心課程[12]，GIS原理課程以培養(yǎng)學生掌握GIS基本理論和實踐技能、具備初步的GIS空間認知和創(chuàng)新思維能力為目標，知識講授內容包括GIS的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)組織與管理、數(shù)據(jù)采集與處理、空間分析與可視化表達等內容[3]。四川農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)GIS原理課程講授遵循以“基本理論方法－空間數(shù)據(jù)采集與處理—空間數(shù)據(jù)組織與管理—空間分析—可視化表達”為主線的方式進行（表3），從而構建學生的GIS基礎知識體系。

（三） 以新農科要求為導向，構建“GIS+農業(yè)”前沿知識體系

GIS是改變世界的十大地理學思想之一，被稱為地理學的第三語言[13]。地理學、地圖學、系統(tǒng)工程、計算機科學技術、數(shù)據(jù)科學和人工智能技術等的最新成果在思維和實踐上不斷為GIS注入新的活力。因此，課程團隊教師一方面要及時把握學科發(fā)展的前沿動態(tài)，將最新的理論和知識成果引入課堂，如在緒論中介紹GIS的應用和發(fā)展時引入王家耀院士《關于地理信息系統(tǒng)未來發(fā)展的思考》，在空間分析中引入《中國高精度數(shù)字土壤構建與應用》《空間統(tǒng)計學賦能生態(tài)環(huán)境研究》《地理相似性：地理學第三定律》等最新科研成果，保持課程內容的高階性。另一方面，遵從科研反哺教學，及時將農用地目標智能檢測、全國土壤普查、農用地土壤環(huán)境質量類別劃分、數(shù)字土壤制圖等農業(yè)資源與環(huán)境方面的科研成果以案例或課外閱讀的形式轉化為教學內容（表4），使課程教學與專業(yè)發(fā)展保持步調一致，保持創(chuàng)新性，拓寬學生的視野，激發(fā)學生的學習興趣，幫助學生形成適應時代發(fā)展需求的知識結構和方法能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學思維能力。

（四） 以農業(yè)現(xiàn)代化為目標，構建“GIS+農業(yè)”應用知識體系

課程學習的目的是解決實際問題，因此需結合實際生產生活和專業(yè)項目需求設計實踐教學中的案例。實踐教學一方面強調基礎GIS能力的構建，另一方面聚焦農業(yè)科學的熱點問題和前沿技術，保持課程挑戰(zhàn)度（表5）。在每個應用專題中，帶領學生進行數(shù)據(jù)收集、方案構建、分析與制圖的全套實踐流程，要求學生獨立自主地消化與吸收相關理論知識，熟練掌握空間數(shù)據(jù)采集與處理、組織與管理、分析與制圖的綜合能力，形成了土壤普查數(shù)據(jù)庫、土壤調查樣點分布圖、土壤污染物分布圖和土壤養(yǎng)分分布圖等成果，這些成果增強了學生對于GIS原理課程的興趣，提升了專業(yè)自信，培養(yǎng)了空間思維及數(shù)據(jù)獲取和分析能力。

三 課程內容重構的教學效果與評價

在最近3期（2022年9月—2023年7月）課程結束后，通過四川農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的學生評價、同行專家評價、參與賽事評價和教師評價等多個維度對GIS原理課程內容重構的效果進行評價。

（一） 學生評價

根據(jù)四川農業(yè)大學教務處評教系統(tǒng)中學生對GIS原理課程滿意度的評價結果，學生普遍喜愛GIS原理課程，對教師授課滿意度均為100%。課程調查問卷結果表明，學生認為GIS課程激發(fā)了其服務農業(yè)農村現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村全面振興的熱情，提升了服務“三農”的使命感和責任感。大多數(shù)同學認為GIS原理和土壤學、土壤地理學、土壤環(huán)境學等知識的融合，激發(fā)了他們的學習興趣，樹立了專業(yè)自信和職業(yè)自豪感，增強了職業(yè)競爭力，教學班的平均成績從教學內容重構前的79.26分提高到重構后的82.13分。

（二） 同行專家評價

根據(jù)同行教師和四川農業(yè)大學教學督導聽課的結果，認為GIS原理課程內容思政教學目標明確、思政元素選取恰當且與農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)知識結合度高、德育滲透效果好。課程知識點的講授聯(lián)系專業(yè)實際，將GIS在農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)方面應用的最新動態(tài)與研究成果融入到課堂教學，與時俱進，培養(yǎng)學生的空間思維、創(chuàng)新意識和科學思維能力。

（三） 參與賽事評價

課程教師積極參與國家級、省級和校級的各項思政教學培訓、“金課”建設培訓及教學比賽，期望能更多地學習好的經驗做法，啟發(fā)思路，同時通過教學比賽，發(fā)現(xiàn)自身不足，針對性提升自身的教學水平。目前課程團隊5名教師中參加全國高校青年教師GIS教學研修班6人次，1人在“全國高校GIS青年教師講課競賽”中榮獲二等獎，獲校級本科課堂教學質量特等獎1人，一等獎2人，二等獎2人。

（四） 教師評價

教師在上課過程中通過觀察學生的學習情況對教學內容重構的效果進行評價。經觀察發(fā)現(xiàn)，學生的學習狀態(tài)相比教學內容重構前是有較大改善的，學生對課程學習的興趣也更加濃厚，而且學生在課堂上參與度更高，尤其是實踐教學中，學生會主動采用不同空間分析方法的組合來完成實驗項目要求，他們獨立完成實驗和空間分析能力相比之前有很大提升。

四 結束語

新農科是應對中國農業(yè)全面升級、解決中國農業(yè)問題的迫切需要。高等農林教育是我國高等教育的重要組成，是農業(yè)科技第一生產力和人才第一資源的重要結合點，提高農林本科教育教學質量是我國高等教育需要探索的重要課題。當前，GIS原理課程思政“三農”情懷融入不夠、理論體系與農業(yè)科學理論知識交叉不緊密、實訓內容與農業(yè)科學人才需求不匹配。四川農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)GIS原理課程內容重構著重針對這些突出的問題，首先，充分挖掘農業(yè)科學中的思政教育資源和德育元素，有機融入課堂和實踐教學，切實發(fā)揮課程思政的育人功能，培養(yǎng)了學生的“三農”情懷和“愛農知農為農”素養(yǎng)，增強了學生服務“三農”和農業(yè)農村現(xiàn)代化的使命感和責任感。其次，知識傳授緊跟專業(yè)研究前沿，拓寬了學生的視野，激發(fā)了學生的興趣，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和科研素養(yǎng)。最后，通過實踐教學一方面強調基礎GIS能力的構建，另一方面聚焦農業(yè)科學的熱點問題和前沿技術，提升了學生綜合實踐能力。

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DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.34.026

基金項目：四川省高等教育人才培養(yǎng)質量和教學改革項目“服務鄉(xiāng)村振興，涉農高校‘知農愛農’農大思政育人的改革與創(chuàng)新”（JG2023-42）、“政產學研用多元融合的農業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)實踐教學改革與創(chuàng)新”（JG2021-461）、“研教學賽深度融合的農林院校地理信息科學類本科人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提升”（JG2021-500）；四川農業(yè)大學教學改革研究項目“面向行業(yè)未來發(fā)展的農業(yè)資源與環(huán)境本科人才培養(yǎng)模式構建與實踐”（X202337）

第一作者簡介：李婷（1982-），女，漢族，四川廣元人，博士，副教授，系副主任。研究方向為土壤退化修復與作物品質提升。