新時期高校生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容改革探索

摘 "要：遙感和地理信息技術是生態學領域重要的基礎和關鍵技術。針對生態文明建設新時期高校生態學專業遙感與地理信息系統課程建設和改革的迫切需求，以貴州大學生態學專業為對象，在深入分析遙感與地理信息系統課程傳統教學內容設置和新時期課程內容優化需求的基礎上，對遙感與地理信息系統課程教學內容體系進行全面改革探索，通過遙感和地理信息系統兩部分內容為一體化融合，全課程、全過程增加生態學專業要素和應用內容，全方位案例式、沉浸式挖掘課程思政教學內容，系統化多維度、進階式課程實踐項目優化，解構重塑遙感與地理信息系統課程教學內容體系，為切實提升課程教學質量和學生培養質量，培養“通專兼備、知行合一，厚基礎、強技能”的新時期高質量生態學創新型卓越專業人才提供理論參考。

關鍵詞：遙感與地理信息系統；生態學專業；教學內容；課程思政；課程質量

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）08-0071-06

Abstract： Remote sensing and geographic information technology is important foundational and key technologies in the field of ecology. In response to the urgent need for the construction and reform of thecourse of \"Remote Sensing and Geographic Information Systems\" in ecology majors during the new era of ecological civilization construction， this study takes the ecology major of Guizhou University as an example. Based on an in-depth analysis of the traditional curriculum content setting of thecourse of Remote Sensing and Geographic Information Systems and the optimization needs of the curriculum content in the new era， a comprehensive reform exploration of the teaching content system of thecourse of Remote Sensing and Geographic Information Systems has been conducted， integrating the two parts of remote sensing and geographic information systems into a unified whole. The ecological professional elements and application content have been added in the entire course， the ideological and political education content of the course has been fully explored in a case-based and immersive manner， and the course practical projects have been optimized in a systematic， multidimensional， and progressive manner. The teaching content system of thecourse of Remote Sensing and Geographic Information Systems has been deconstructed and reshaped， providing a theoretical reference for effectively improving the teaching quality of the course and the quality of student training， and cultivating high-quality ecological innovative and excellent professional talents with the ability of\"versatile and knowledgeable， with a solid foundation and strong skills\" in the new era.

Keywords： Remote Sensing and Geographic Information Systems; ecology major; teaching content; ideological and political education in courses; course quality

隨著全球航空航天事業的飛速發展，以遙感、地理信息系統和空間定位系統為核心的空間信息技術理論和方法不斷革新，并逐漸在各行業領域深入應用，成為21世紀最重要的支柱產業之一[1]。近年來，在生態文明建設的新時期，高質量綠色發展戰略的深入實施，促使社會各行業對生態學專業人才的需求愈加旺盛，迫切需要生態學專業賦能、助力高質量綠色發展的生態學領域創新型專業人才，而高校生態學專業肩負著培養“通專兼備、知行合一”的高質量生態學人才的重任[2-3]。如何培養順應生態文明新時代發展要求，具有扎實理論基礎和精湛技能水平的生態學人才，成為高校生態學專業建設和人才培養的時代命題，生態學專業課程建設與改革作為專業人才培養的重要基石，受到高校一線教師和管理工作者的高度重視[4-5]。

遙感與地理信息系統是高校生態學專業的核心骨干課程，同時也是開展宏觀生態學科學研究和實踐應用的重要基礎和關鍵技術[1]。隨著遙感和地理信息系統理論與技術的不斷迭代，其在中觀生態學和微觀生態學領域的應用日益廣泛，因此，遙感與地理信息系統課程教學內容、方法和教學模式改革，已成為新時期生態學專業課程建設和高質量人才培養的迫切內容，對于提升生態學專業學生的專業綜合能力和創新應用技能水平具有重要意義。近年來，眾多一線教師圍繞該課程的特點和生態學專業人才培養的要求，對生態學專業遙感與地理信息系統課程教學方法、模式和內容等方面進行了大量改革和探索，取得了良好的教學效果[1，6-7]。然而，由于遙感與地理信息系統課程內容龐雜、知識點眾多，對學生的理論水平和實踐技能水平的培養要求高，加之課程思政教育的具體要求，如何在有限的課程學時內，構建邏輯嚴密的課程知識體系，有效融入生態學專業科學研究和生產實踐的需求，有機融合課程思政元素，切實提升課程教學質量，提高學生專業綜合素養，依然是高校生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容改革的重點[8]。

基于此，本文以貴州大學生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容為改革切入點，通過對以往該課程教學內容存在的內容結構松散、專業結合度不高、課程思政融合不足和課程實習實踐環節薄弱等現狀和問題，圍繞生態文明新時期生態學專業人才培養的目標和要求，探索生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容體系改革模式，以期形成“課程思政引領、生態專業牽引、課程理論筑基、課程實踐強技”的四位一體新時期生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容體系，切實增強學生的思想意識價值觀念，提高學生綜合運用空間信息技術解決生態學具體問題的理論和技能水平，提升課程教育教學和育人質量，為高校生態學專業“立德樹人”“通專兼備、知行合一”和“厚基礎、強技能”的高質量創新型卓越人才積累課程建設與改革經驗。

一 "傳統遙感與地理信息系統課程教學內容現狀與存在的問題

（一） "課程教學內容知識點繁雜，課程結構體系松散

遙感與地理信息系統課程內容龐雜，涉及遙感和地理信息系統兩個方向的理論、方法和技術內容，雖然二者之間有緊密聯系，但基礎理論知識各成體系，在傳統課程教學內容體系中，通常使用《遙感導論》（梅安新版）和《地理信息系統》（湯國安版）兩本教材，或《遙感與地理信息科學》（張加龍版）進行課程授課，不同授課教師對遙感和地理信息系統的講授先后順序有別，但基本都以簡單的“兩門”課程內容的拼裝，既沒有充分體現遙感作為最重要的地理信息系統數據源的作用和價值，也沒有將相關知識點進行有效銜接，導致課程結構松散，學生在學習大量的零散知識點后，難以理解二者作為一門專業課程的內在聯系和相互關系。

（二） "課程內容與專業需求脫鉤，教學質量難以保障

生態學專業的遙感與地理信息系統課程作為專業核心主干課程之一，是研究生態學諸多科學問題尤其是宏觀生態學問題的重要基礎和技術手段[1]。由于遙感技術和地理信息系統（或地理信息科學）各自具有獨立的學科體系，高校遙感類或地理信息類專業學生在修習這門課程時，已有非常豐富的計算機基礎、數據庫和數據結構等課程基礎，且該課程以支撐遙感類或地理信息類專業人才培養為目的，在教學內容中涵蓋多學科的知識，涉及生態學的內容有限。對于生態學專業而言，大量知識點和參考案例與生態學關聯不大，導致學生在修習該門課程時，不知所云，不知所用，并且跨專業的案例無法使學生全面理解遙感與地理信息系統理論和技術方法在生態學領域的實際應用，課程教學質量無法有效保障。

（三） "課程思政內容挖掘不深入，課程思政質量低下

課程思政是新時期高校專業課程教學的基本要求[9]。遙感與地理信息系統課程內容涉及我國航空航天事業發展以及空間信息技術在生態文明各行業領域建設的諸多方面，課程本身具有很強的思政屬性，具有大量的思政內容和元素，是開展課程思政建設的優質資源[10]。然而，在傳統的課程內容設置中，極少專門融入課程思政元素，且由于部分理論和技術方法在國外的應用較為廣泛，相關教材中多涉獵國外研究動態和內容，加之教材內容陳舊，未能充分增加國內相關研究動態，導致該課程的課程思政教育多流于形式或以拼裝思政為主，大部分授課內容只停留在思政元素的概念性描述和知識點串聯，沒有深入挖掘課程思政內涵，在“為誰培養人、培養什么人、怎么培養人”的根本問題教育，在該課程教學內容中沒有充分體現，導致課程思政教育質量低下，學生即使掌握了豐富的遙感和地理信息系統專業知識，但其背后的理論、技術和方法在社會主義和生態文明建設中的作用與價值不清楚。

（四） "課程實踐教學內容不系統，學生技能水平不高

“通專兼備、知行合一”是高校人才培養尤其是生態學專業人才培養的重要理念[6-7]，遙感與地理信息系統課程本身需要大量的實習實踐，才能更加完善地掌握和靈活地應用遙感和地理信息系統的理論和技術，對生態學專業學生而言，遙感與地理信息系統課程的學習，更多地是利用遙感和地理信息系統的技術和方法，解決生態學領域的科學和實踐問題，偏重于實踐應用，因此，大量地系統地課程實習實驗教學，是生態學專業遙感與地理信息系統課程教學內容中非常重要的環節。然而，傳統教學過程中，由于非遙感類或地理信息類專業相關專業實驗室機房硬件設施不健全，加之課程學時所限，課內實驗實習教學形同虛設，大都以演示型或講解型實驗為主，學生很少直接動手參與實驗訓練，且實驗項目設置數量少，僅寥寥幾個基礎性實驗，學生在完整學習了該課程的理論知識后，無法利用專業軟件進行系統的數據處理和運算分析，更遑論解決具體的生態學科學問題，導致學生高分低能、技能水平和綜合能力不強的現象普遍。

二 "新時期遙感與地理信息系統課程教學內容改革措施與目標

（一） "課程內容知識點解構重塑，構建“內容整合+邏輯連貫”的課程內容體系新架構

針對遙感與地理信息系統課程傳統教學內容知識點繁雜、重疊和講授拼湊的問題，通過對課程內容知識點的解構，根據遙感和地理信息系統的關系以及各自內容的特點，以地理信息系統內容為主導，將遙感基礎理論和方法知識嵌入地理信息系統相關內容章節，按知識點內在聯系，重塑教學內容體系，進行頂層優化設計，實現兩項內容的有機統一和知識點的完整聯結，切實解決遙感和地理信息系統兩套知識生硬拼裝或知識點重疊講授的問題。按照由淺入深、從基礎到應用、從理論到方法和從單一到綜合的基本原則，將課程內容劃分為遙感與GIS形成和發展、遙感與GIS基本概念、空間信息基礎、空間數據結構、空間數據采集與處理、空間數據庫、空間分析原理與方法以及可視化與制圖輸出8個板塊，各板塊內按課程知識內容劃分為24個小節（每小節2學時，共48個理論授課學時），并將遙感內容知識點全部融入地理信息系統內容（圖1）。具體而言，將原授課內容中關于“遙感科學”部分的7章內容，劃分為遙感技術發展過程、遙感基礎概念、遙感數據預處理、遙感數字圖像分析和遙感專題應用5個知識模塊，刪減與生態學專業關聯不大的部分知識內容，將其他內容分別歸并進原授課內容的“地理信息系統”部分的8章內容，同時，根據課程內容知識點的銜接關系，對重構后的課程內容授課順序進行了微調，將“空間數據庫”章節內容放置在“空間數據采集與處理”章節之后，重構后的8章課程內容關系為三個邏輯層次，即基礎理論模塊（含遙感與地理信息系統的形成和發展、遙感與地理信息系統的基本概念兩個板塊）、基礎數據準備模塊（含空間信息基礎、空間數據結構、空間數據采集與處理和空間數據庫四個板塊）、綜合應用模塊（含空間分析原理與方法、可視化與制圖輸出兩個板塊），其中基礎數據準備模塊銜接基礎理論和綜合應用模塊，從對地球的認識、地球空間信息數字化方法、空間數據采集與處理方法，以及空間數據入庫管理的認知邏輯排序。通過課程內容的解構重塑，使遙感科學和地理信息系統兩門獨立學科的內容知識融合為一個知識體系，極大減少了課程知識點零散和內容重疊講授的問題，有效整合了課程授課內容學時分配，提升了課程知識點的內在邏輯關系與銜接，使學生通過課程學習，徹底解決遙感和地理信息系統“是什么、為什么、怎么用”的基本問題。

（二） "生態學專業需求深度融合，推動“全課程+全過程”生態要素與課程知識點貫通

圍繞生態學專業人才培養要求，結合遙感和地理信息系統技術在生態學領域的應用和生態學需求，在課程知識點講授過程中，除遙感和地理信息系統的基本概念和定義外，其他課程內容均以生態學領域相關應用案例或實例進行課程知識串聯，使學生能充分調動專業先修專業課程知識，深刻理解遙感和地理信息系統在生態學領域的應用范圍和作用，達到生態學專業知識的遷移和融會貫通，切實提高學生的專業綜合能力。具體而言，在遙感與地理信息系統形成和發展板塊中，增加生態遙感和基于遙感與地理信息系統的生態監測、評價、規劃和設計的講授內容，使學生初步知曉遙感和地理信息系統理論與技術在生態學科學研究及生產實踐應用的重要性和廣泛性，增強學生對課程學習的積極性和學習熱情；在空間信息基礎和空間數據結構板塊中，以生態學領域常見常用的生態環境要素（如植被數據、土壤數據、水系數據、氣象數據和遙感反演數據等）前序基礎知識為媒介，講授空間信息描述、柵格數據結構、矢量數據結構等課程理論知識點，使學生將抽象的遙感和地理信息系統理論，通過本專業已有知識積累具象化理解，提高課堂教學質量的同時，提升學生課程學習的興趣和獲得感；在空間數據采集與處理板塊，將生態學領域的生態因子（植被、土壤、地形地貌和氣候氣象等環境因子）調查、監測、采樣與數據處理的原理和方法，與課程知識點融合，從遙感和地理信息系統視角，剖析生態因子采集與處理的方法和流程，并通過相應的課程實驗項目訓練，加深學生對課程理論知識的理解，提高學生的理論和實踐技能水平，使學生知曉遙感和地理信息系統理論知識學為何用、學有所用；在空間分析原理與方法、可視化與制圖板塊，通過遴選典型的生態綜合評價專題（如基于綜合指標因子體系的生態安全格局評價、基于多源空間數據的生態適宜性評價、區域生態環境質量綜合評價），設計系統完整的生態學科學實踐項目，以案例式+項目式+問題式驅動，綜合生態學領域常用的空間分析方法，同步課程綜合型實驗項目訓練，使學生通過具體的生態學科學問題，逐級遞進、循序漸進，系統掌握空間分析原理及其方法和可視化課程知識，能夠解決具體的生態學科學問題，全面實現“通專兼備、知行合一；厚基礎、強技能”的教學理念和人才培養目標。

（三） "全方位挖掘課程思政元素，強化“案例式+沉浸式”課程思政教學內容有機融入

針對以往專業課程思政課堂教學過程中思政元素“生硬拼裝”“為思政而思政”，脫離專業課程內容、流于形式和表面化的問題，以優化重構的課程教學內容體系為基礎，通過對各章節知識點課程思政元素接口的系統梳理，深入挖掘課程專業知識點中蘊涵的思政教育元素，以增強“四個意識”、堅定“四個自信”為準則，以立德樹人、為黨育人、為國育才為根本任務，以中華民族五千年文明史為紐帶，系統融合習近平新時代中國特色社會主義思想、社會主義核心價值觀、中華優秀傳統文化和科學精神等思政教育內容，通過專業知識案例化解構、案例教學思政化滲透、思政元素專業化實踐的“三位一體”思政元素專業融合模式，創設專業教學與思政教學形神兼備、有機結合的遙感與地理信息系統課程思政教學范式。具體而言，在8個課程教學內容板塊中，依據各板塊章節知識點的特點，遴選15個課程思政元素主題（表1）。課程思政元素通過兩種方式有機融入課堂教學：①以課堂導入方式，激發學生課堂學習熱情，傳導課程思政培養目標。例如在遙感的形成與發展章節內容中，以“東方紅一號”衛星與孫家棟的史實為課堂導入案例，通過回顧這段歷史，使學生了解在建國之初，百廢待興，科技落后，又受到西方列強各種封鎖的艱難困境下，在黨和政府的高度重視與大力支持下，以孫家棟為代表的第一代中國航空航天科技工作者，在內憂外困的背景下，攻難克艱，排除萬難，拼搏犧牲，不屈不撓，發射了新中國第一顆人造地球衛星——“東方紅一號”，開啟新中國波瀾壯闊的遙感事業壯麗篇章，鼓舞學生沉浸于愛國、報國的激昂熱情氛圍，感悟科學家求真務實、嚴謹求實、不畏艱辛的偉大精神。在此基礎上，講授中國遙感技術和科學的發展歷史與成就的課程內容。②“思政案例+專業實例”結合，將課程授課內容滲透入課程思政案例，通過沉浸式思政教育，講授課堂教學內容。例如在空間分析原理與方法板塊的柵格數據疊置分析章節，改變傳統課堂以“疊置分析”的課程內容為主，課程思政隱性傳導的模式，將授課內容以“中國退耕還林生態恢復工程30年”為主題，收集退耕還林工程前（1990年）、退耕還林工程初（2000年）和退耕還林工程后（2010年和2020年）三個階段四個時期的典型地區植被覆蓋柵格數據集，通過對四個時期柵格數據的疊置運算分析和空間可視化，在講授疊置分析的原理、方法和軟件操作流程的同時，使學生直觀感知退耕還林工程的顯著成效，堅定社會主義的制度自信和民族精神，以及生態保護的科學精神，將以往的課程思政滲透式隱性教育轉變為“以思政案例為主題、課程內容為橋梁”的顯性思政教育。

（四） "系統化設計課程實驗項目，推動“多維度+進階式”全鏈專業綜合實踐技能提升

針對傳統課程實踐教學中，實驗項目少且不成體系的問題，圍繞遙感和地理信息系統的特點與生態學的需求，緊扣課程理論教學進程，綜合兼顧思政性、專業性和實踐性三個維度，由簡單到復雜、從單一實驗到綜合實驗，逐級遞進，將課程實驗項目劃分基礎型實驗、應用型實驗和綜合型實驗三種類型（圖2），其中基礎型實驗為遙感和地理信息系統專業軟件相關的基本功能或工具的操作，包括ArcGIS和ENVI軟件認知和基本操作、矢量數據采集與編輯、拓撲關系創建與編輯、屬性數據采集與編輯、空間數據庫構建、幾何校正、空間數據裁剪與拼接、空間數據擦除與相交、波段（圖層）運算、空間數據重分類、空間數據格式轉換、面積制表和分區統計13個實驗項目。應用型實驗為遙感和地理信息系統理論與技術在生態學專業領域應用最為廣泛的分析方法和工具，包括數字地形分析、水文分析、插值分析、核密度分析、冷熱點分析、緩沖區分析、分組分析、距離分析、漁網創建、網絡分析、空間自相關分析、空間主成分分析、地圖符號化、遙感圖像解譯和地圖制圖15個實驗項目，并且應用型實驗項目的內容設計中，實驗數據、實驗內容和實驗目的均抽取自生態學科學問題的生產或科研項目，例如插值分析實驗以生態學專業中氣象要素的空間分析為設計內容，使用溫度和降水氣象站點觀測數據（或模擬數據），采用不同的插值分析方法獲取溫度和降水空間分布圖，并比較不同插值分析方法的差異性，使學生在掌握插值分析操作過程的基礎上，深刻理解課程理論內容中點要素數據向柵格面要素數據轉換的知識，并了解氣象學、生態監測與評價、生態規劃等課程中關于空間氣象要素數據的采集與處理過程，達到理論與實踐結合、理論技術向實踐應用遷移的專業性與實踐性培養目標。綜合型實驗為綜合多種遙感和地理信息系統軟件功能與技術方法，完整解決具體復雜的生態學科學問題并具有挑戰度的綜合應用專題實驗項目，包括基于多源空間數據的生態適宜性評價、景觀生態安全格局評價與特征分析、區域生態環境質量與特征分析評價3個實驗項目。

三 "結束語

高校生態學專業遙感與地理信息系統課程是深化生態學其他專業課程理論知識，通過空間信息技術解決生態學科學和實踐問題的理論與實踐密切結合的關鍵技術和基礎。鑒于本課程自身知識內容的復雜性及其與生態學各領域關系的密切性，加之其課程思政元素的多樣性和典型性，生態學專業遙感與地理信息系統課程對于提升學生專業綜合素養、提高學生專業實踐技能水平及塑造學生的思政意識具有重要的意義，是生態學專業培養高水平創新型卓越人才的核心課程。本文通過對生態學專業遙感與地理信息系統課程以往教學內容體系設計的全面剖析，結合當前生態文明新時代對遙感和地理信息系統理論與技術的迫切需求，緊扣新時期課程思政教育的具體要求，將遙感和地理信息系統理論教學知識點解構重塑，構建了二者知識融合、邏輯貫通的教學內容新架構體系，在教學內容中以生態學專業要素為載體，突出遙感和地理信息系統理論、技術和方法在生態學領域的應用范圍和作用，提升學生綜合專業相關課程知識遷移能力和專業素養；深入挖掘課程思政元素，強化“案例式+沉浸式”課程思政教學，寓課程思政教育與專業課程教學于一體，突出隱性課程思政元素的顯性思政教育；緊扣課程理論教學知識，設計了系統化的“多維度、進階式”課程實驗項目。通過該課程教學內容體系的改革與探索，使學生在修習了該門課程后，能夠有效整合生態學專業先修課程內容，夯實學生的空間信息技術理論基礎，提高學生基于空間信息技術解決生態學科學問題的實踐技能水平，提升學生的思政素養，為培養“通專兼備、知行合一；厚基礎、強技能”的新時代生態學高質量專業人才奠定基礎。

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