項目式教學法在風景園林專業GIS課程中的應用與實踐

摘" 要：隨著我國地理行業的持續發展，社會迫切需要應用型GIS人才。國內諸多高校逐漸意識到將GIS應用于風景園林專業會對課程教學具有重要的作用。通過分析現階段GIS引入教學實踐的現狀，文章提出基于項目式的新方法，助推GIS與風景園林的融合應用，教師在教學過程中篩選與工程項目相關的專題，引導學生在“練中學、做中學”。研究旨在提高學生分析和解決空間問題的能力，提升其專業技術，使其未來可以更好地投身于相關崗位。

關鍵詞：項目式教學法;風景園林;GIS

中圖分類號：G641" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）23-0083-04

GIS（Geographic Information System，地理信息系統）也被稱為“地理信息科學”或“地理信息服務”。是一門融合計算機科學、測繪遙感學、地理學、環境科學等多類不同學科的綜合類學科，[1]在諸多領域得到廣泛應用，其作為一種基于計算機的工具，可儲存、分析和處理空間信息。因其數據存在功能強大，并且能夠快速對數據進行分析與處理，近年來廣泛應用于風景園林規劃實踐，包括基礎分析如地形地勢分析、視線視域分析，復雜分析如景觀格局分析、可達性分析、植物配置分析，以及景觀三維模型構建等。利用GIS可以更快地完成園林規劃設計，并且提供更有效的決策。

一、GIS課程在風景園林專業中的開設情況

（一）國內外高校開設GIS課程的現狀

國內外許多高校的城鄉規劃學和風景園林專業皆納入了GIS課程的教學內容。據統計，美國開設風景園林專業的五十所高校中，50%已經開設了GIS課程，包括哈佛大學、賓夕法尼亞大學、佐治亞大學等。[2]此外，一些知名的建筑類院校，比如伊利諾伊大學等也認可了GIS的重要性，將其與CAD并列為主要應用軟件。[3]從國內來看，大部分院校也陸續認識到風景園林和GIS的融合，對于提高該專業的教學成果具有重要作用，紛紛開設GIS課程。[4]

目前，我國包含風景園林專業的本科類院校共計114所，前二十的院校中75%已經開設GIS課程，且該類院校多為理工或者綜合類。相比較而言，農林院校重視相對不足，開設GIS的院校較少，[5]雖然國內院校逐漸意識到GIS課程的重要性，但關于GIS在風景園林學科課程改革的相關文獻較少。

（二）金陵科技學院園藝園林學院GIS課程的開設現狀

金陵科技學院園藝園林學院，主要開設農類專業，該專業遵循以需求為導向的原則，重視學生創新力與實踐能力的教育，旨在培養具備扎實風景園林基礎知識、熟練掌握基本技能，能夠在城鄉風景園林建設過程中從事風景園林規劃設計、工程施工管理、園林植物等工作的新型應用型人才。該專業采用大類招生分類培養制度，前兩年學生將學習公共課程和專業基礎課程，第三年開始根據學生的學業特長進行教學。主要課程包括園林設計基礎、規劃與設計、建筑設計、園林工程、工程項目管理、工程招投標及預決算、園林樹木學、花卉學、植物設計與應用、計算機輔助風景園林設計等。[6]

二、項目式教學法概述與教學體系設計

（一）項目式教學方法內涵

項目式教學法重視學生的主體地位，是以項目為核心的一種新型教學方法，該方法核心理念在于將學生變成知識和技能的建構者，而不再只是被動地將知識灌輸給學生。這種教育方法重新定義了教師的角色，使其不再局限于傳授者，而是以引導者的身份，在學生構建知識和技能體系的過程中發揮作用。在項目式教學法中，教師可以選擇與特定工程項目相關的專題，引導學生在實際項目的情境中進行學習。學生通過實際操作和參與項目來理解教師設計的專題，使其更深入地理解和掌握相關知識和技能。項目式教學方法能夠激發學生的學習興趣，提高學生的參與度，培養學生解決問題和團隊合作的能力。通過實際項目的經驗，學生可以更好地將理論知識應用到實踐中，從而更加深刻地理解和掌握所學內容。[7]

（二）教學體系設計

風景園林專業的學生在GIS課程中面臨多樣且繁雜的知識點，而且由于專業特點，GIS基礎是學生的弱項，因此，教師在進行教學體系設計時首先需要考慮該專業的特點，以便更好地貼合專業實際，并提供更深刻的操作記憶點。以下是改革式設計的建議：1. 課程設置：（1）延長實驗課時。設置理論課時為8課時，實驗課時為24課時。在理論課時中，加入案例分析，將GIS理論知識與實際案例相結合，幫助學生更好地理解理論。實驗課時應重點強化實際操作，讓學生在掌握GIS的基本操作基礎上，學習更為復雜的操作功能，通過該過程提高學生自主設計能力和解決問題能力;（2）多種軟件配合。考慮GIS課程教學特點及學生知識基礎，在GIS軟件教學中以ArcGIS10.8為主要教學軟件，以ENVI5.3、GeoScene為輔助教學軟件;（3）推后開設時間。在大三下半學期，學生已經掌握了風景園林專業的相關理論知識，此時開設GIS課程，有助于學生更快地理解GIS相關知識并將其與此前所學理論進行結合。2. 教學方法，分為基礎操作、復雜操作與小組協作三個階段。第一個階段跟隨教材與老師操作學習，后面兩個階段以實際工程為例，小組自選題目分析。3. 教學管理，課程設計應充分考慮學生的實際工作需求，注重校內理論知識與實際工作的融合，使學生能夠將GIS技能無縫應用于實際項目中。促進園林系與景觀公司合作，提供實際項目供學生小組選擇并實操分析。4. 教材選用，通過對國內建筑類、農林類高校相關專業選用教材的比較、分析，經過篩選選擇以下四本參考書目：（1）“地理信息系統實習教程（第三版）”（有實例數據）（2）“ArcGIS地理信息系統空間分析實用教程（第三版）”（有實例數據）（3）“風景園林GIS教程”（4）“城市規劃GIS技術應用指南”。5. 評價標準，將學生的小組成績與其平時成績結合在一起進行考核。學生在完成基本操作后，教師為其布置一些復雜的課下作業，設為平時成績;期末考核結合小組作業分析報告評分。[8]

三、項目式教學法在風景園林學科GIS課程中的實踐

（一）基礎操作功能

在基礎操作學習階段，教師主要講授GIS的基礎工具，介紹每個工具在使用方法。在課程初期階段，教師根據教材與學生基礎，在有限的課時內選取有實際意義的基礎操作功能案例，包括：1. 地形地貌分析。在風景園林規劃的前期調研中，可以利用GIS的空間分析功能對地塊進行坡度及坡向等分析，并以此作為期末考核小組作業用地適宜性評價的參考依據。坡度是指地表的傾斜度，通常以水平面和地表之間的夾角的正切值來表示。坡度分析可以幫助學生了解地形的陡峭程度，對地質、水文和土地利用等領域具有重要意義。坡向是指地表的朝向或方向，表示地形面朝向的角度。坡向分析可以使學生了解地形的方向性特征。高程分析涉及地形的高程信息，包括平均高程和相對高程，如果使用數字高程模型（DEM）以格網模型的形式構建，在計算格網單元的平均高程時，需要先取得格網內的4個頂點的高程，再計算出其平均值。高程分析有助于學生了解地形的起伏和高低差異，對于地形建模、洪水分析和地質研究等領域非常重要。在初步操作教學中，以某濕地為例，利用案例數據中的CAD地形圖，對該濕地進行地形地貌分析。在ArcGIS軟件中，提取高程信息并轉換數據格式，生成數字地面模型（DEM），以便分析地形地貌。在出圖圖紙中，經常利用坡向分析圖來呈現地面坡度的朝向，采用不同的色彩來實現這一功能，從而能夠分析地形的通風和采光情況等。同樣，通過高程分析圖的制作過程，可以顯示地塊的地勢高低以及排水方向，從而初步判斷出適宜建設的區域。

2. 核密度分析是地理信息學中常用的方法，用于衡量地理要素的表面密度。它通過計算數據的分布來量化數據的聚集程度。通過采用特定的距離衰減函數揭示空間區域中的熱點分布情況，以及這些分布的變化特征，更深入地了解數據的分布模式，從而更好地支持空間決策和規劃。在教學中，利用某城市多個濕地公園的CAD文件作為案例數據，在ArcGIS中將濕地公園面轉換為點，并利用點密度功能生成核密度圖，不同密度結果用不同顏色表示。通過分析結果，可以判斷該城市濕地公園的空間分布情況。[9]

（二）復雜操作功能

基于實際工程項目問題，將復雜功能簡化。教師提供實際工程數據并明確問題需求、提供問題分析思路，要求學生獨立解決問題。教師不再進行演示操作，而是在學生遇到問題時進行答疑解惑。以基地植被分析為例，基于衛星不同波段的探測數據，可以生成特定的植被指數，通過分析其中指標，可以看出植物的生長情況和覆蓋情況。在對植物多樣性進行研究分析的過程中，常常采用歸一化植被指數（NDVI），NDVI的計算方式為：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），也可以對兩個波段的反射率之差進行計算。通常情況下，NDVI介于-1～1之間，負值代表地表被覆蓋，反射可見光較高;0表示有巖土或裸土等，數值越接近于1表示有更多的植被覆蓋，且隨著植被覆蓋度增加而增大。在教學中，以溫州三垟城市濕地公園為例，引導學生制圖并分析濕地的植被覆蓋率及其氣候特征。引導學生提取遙感圖像中的水體圖像，并計算其NDVI值，了解濕地演變規律。山水格局與空間環境分析：此部分學生可擬定多個課題進行分析，比如基地植被（植被種類分析）、人文資源（民居風貌分析、歷史建筑分析、民俗文化分析等;根據第一部分學習的基礎操作以及教材中的基礎應用為基礎，學習在ArcGIS中繪制地圖、圖形等形狀，通過圖框、指北針、比例尺等工具，繪制分析圖，并用不同顏色表示，最終形成區域植被類型分布圖、民居分布范圍圖、地塊人文資源分析圖等圖紙。

（三）小組作業（期末考核）

項目式教學旨在轉變傳統教學中教師主導、學生被動接受知識的模式。在GIS軟件應用教學中引入真實的項目案例，可以激發學生的創造力。在課程最后階段的小組項目任務中，學生將自愿組成項目團隊，通常每個團隊由3～4名學生組成，任務是共同解決特定的項目問題，進行與風景園林空間相關的深入分析工作。

1. 場地適宜性評價

濕地開發建設的首要目標是滿足生態保護的要求，建設用地適宜性評價則是以生態安全為前提來評估建設用地的適宜性。團隊需要建立一個整體評價框架，從建設安全因素、社會經濟因素和生態敏感因素三個方面選擇評價指標進行評估。首先，對地塊的自然條件和其附近的社會經濟條件展開調查，選取影響三垟濕地建設用地適宜性的主要因素，遴選出一系列評價因子;隨后，通過反復論證，區分不同城市建設用地影響因子的影響程度，劃分為四個生態等級（不適宜、一般適宜、較適宜、非常適宜），分別用1、3、6、10代表;最后，借助于層次分析法，對各因子和指標的權重進行明確。學生在此過程中，不僅可以掌握風景園林實際項目中用地適宜性各個評價因子的分析方法，也可以鍛練分析問題的邏輯能力。通過多因子評價，在ArcGIS中進行疊加分析，劃分濕地相關地塊的高適宜區、中適宜區、低適宜區，通過分析，學生可以了解區域內適宜建設開發區域、以生態自然保護為主導區域以及禁止開發建設活動區域的地塊特點。

2. 景觀格局多樣化

小組作業提供景觀多樣化指數分析專題，學生可根據興趣自行選擇。此專題將景觀生態學學科理論與調研實踐相結合，基于ArcGIS與ENVI軟件進行景觀分類，分析濕地景觀斑塊的景觀格局多樣化水平。在進行景觀格局分析前，要先確定景觀斑塊作為最基本單元;在分析過程中，采用土地分類體系法，對景觀斑塊進行分類，結合人類活動對土地的影響程度，利用溫州遙感影像圖，借助ArcGIS和ENVI，對類型進行重新分類。主要分為農用地、林地、建設用地、水域、未建設用地等多類用地類型，并在ArcGIS軟件支持下建立景觀斑塊數據庫。在對景觀格局進行研究的過程中，將產生對其進行描述的指數，小組專題作業參考已有的研究成果，并結合溫州市三垟濕地的實際情況，在前文所建立的景觀斑塊柵格數據基礎上，通過Fragstats3.4從斑塊的特征屬性、斑塊多樣化水平以及聚集度和連接度三個方面具有代表性的多個指標進行定量分析。

通過分析面積指數、分形指數可了解地塊的種植條件及農業水平、開發程度以及空間形狀、破碎度，人為干擾影響等;通過分析分離度與連接度指數和綜合度指數了解不同用地類型形態與聚集度、景觀破碎度、景觀連接性等;通過香農指數了解景觀類型的異質性與豐富程度，以及優勢景觀類型等。

四、結語

如今，GIS迎來快速發展時期，社會型GIS人才的需求呈現強烈的增長趨勢。為解決風景園林專業教學中與GIS相關的實際問題，提出項目式教學方法的構想。這一方法從實踐出發，旨在提升學生實際操作能力，由簡單到復雜進行引導，并以實際項目需求為輔助。該方法的特點是由簡單到復雜地引導學生解決實際問題，并以實際項目需求為輔助，具有很強的實踐性，在風景園林專業取得了顯著的教學效果。風景園林專業兼具應用性與藝術性雙重特點，該教學方法通過大量實踐操作能夠提升學生的職業技能，也能與行業需求高度契合。

參考文獻：

[1] 黃杏元，馬勁松. 地理信息系統概論[M]. 北京：高等教育出版社，2008：61-65.

[2] 潘世兵，韓旸. 例談GIS軟件在地理野外實踐中的應用——以贛榆區等高線制作為例[J]. 地理教學，2018（02）：51-54

[3] 史曉亮. 遙感科學與技術專業GIS軟件應用實習探討[J]. 地理空間信息，2016，14（08）：98-99+6.

[4] 戴菲，姜佳怡，楊波. GIS在國外風景園林領域研究前沿[J]. 中國園林，2017（08）：52-58.

[5] 劉頌. 風景園林專業中的GIS課程教學研究[C]//中國風景園林學會全國風景園林教育研討會. 中國風景園林教育學術年會論文集. 同濟大學建筑與城市規劃學院，2007：4.

[6] 汪洋，趙萬民. 高校城市規劃專業GIS應用需求與課程設計[J]. 規劃師，2013（02）：106-109.

[7] 陳秉釗，王士蘭，肖大威. 美國城市規劃專業教育考察與感想[J]. 城市規劃匯刊，2003（06）：23-28

[8] 章晶晶，盧山. 風景園林專業GIS課程教學體系設置革新研究[J]. 華中建筑，2012（05）：181-182

[9] 李培根，許曉東，陳國松. 我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析[J]. 高等工程教育研究，2012（03）：1-6.

（責任編輯：敖利）