農(nóng)業(yè)院校學(xué)生地理空間思維能力培養(yǎng)初探

李軍利

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036）

農(nóng)業(yè)院校學(xué)生地理空間思維能力培養(yǎng)初探

李軍利

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036）

針對地理信息學(xué)科相對薄弱的農(nóng)業(yè)院校，提出通過學(xué)科競賽、科學(xué)研究與課程分組實(shí)踐來提升學(xué)生的地理空間思維能力。首先，以安徽省大學(xué)生GIS技能比賽為例，分析了不同比賽類別對學(xué)生地理空間思維能力訓(xùn)練的不同要求。其次，強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究是地理信息創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個(gè)新載體，與課堂教學(xué)形成優(yōu)勢互補(bǔ)。最后，結(jié)合《專題地圖編制》教學(xué)，剖析了專題地圖編制課堂教學(xué)中存在的問題，通過課程分組實(shí)踐取得了較好的教學(xué)效果。該方法有效促進(jìn)了理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合，突出了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

地理空間思維；學(xué)科競賽；科學(xué)研究；課程分組實(shí)踐

1 引言

思維是人類一直所特有的意識，人們利用思維來認(rèn)識世界和改造世界[1]。地理空間思維能力是在人們認(rèn)知地理現(xiàn)象及空間關(guān)系判斷過程中，建構(gòu)起來的一種地理空間意識，主要包括空間認(rèn)知、關(guān)系判定和知識推理等思維過程。在泛在信息時(shí)代，人們?nèi)粘Ｉ畹男袨椤⑽恢玫让恳稽c(diǎn)變化都可成為被記錄和分析的數(shù)據(jù)，隨時(shí)隨地分享帶有地理位置的文本、音頻與視頻等信息已成為一種生活新常態(tài)。從點(diǎn)、線、面、體的抽象空間表達(dá)到條件、位置、模式、模擬、趨勢等空間應(yīng)用分析，無不體現(xiàn)一種空間思維，在某種程度上又突出地表現(xiàn)為空間知識、方法和工具的綜合應(yīng)用[2]。這種空間思維過程涵蓋了從地理信息獲取，再到空間分析、空間建模和空間優(yōu)化等理論方法應(yīng)用，最終達(dá)到認(rèn)識和改造地理空間世界的知識、智慧和能力的全過程[3]。

地理空間信息是國家重要的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源，地理信息資源的開發(fā)和利用關(guān)乎國計(jì)民生的各個(gè)方面，2014年1月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》(國辦發(fā)[2014]2號），將地理信息產(chǎn)業(yè)定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前國家各行業(yè)部門正在實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，在以全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)、遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代測繪手段正以前所未有的速度高速發(fā)展，需要不斷提高或更新從業(yè)者的空間思維，迫切需要加強(qiáng)現(xiàn)在的地理信息科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生 (未來地理信息產(chǎn)業(yè)從業(yè)者）的地理空間思維訓(xùn)練與引導(dǎo)。農(nóng)業(yè)院校的地理信息科學(xué)專業(yè)，相對比測繪見長的理工院校、地理學(xué)見長的師范類院校，傳統(tǒng)地理學(xué)、測繪類與信息類課程學(xué)分有不少壓縮，對學(xué)生地理空間思維能力培養(yǎng)與訓(xùn)練存在不足。研究者們認(rèn)為，目前多數(shù)高校人才培養(yǎng)模式，很難規(guī)避理論教學(xué)過于抽象，實(shí)踐教學(xué)形式相對單一，驗(yàn)證性試驗(yàn)過多，學(xué)生機(jī)械性與流程化的操作多了，容易形成慣性思維，其實(shí)在一定程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[2]，從而削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，上述現(xiàn)象在農(nóng)科類地理信息科學(xué)專業(yè)也普通存在。在教育教學(xué)過程中，學(xué)者們認(rèn)為專業(yè)類的學(xué)科競賽會在一定程度上彌補(bǔ)上述不足，通過比賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[4-5]。此外，學(xué)生通過參與科研實(shí)踐與課程分組實(shí)踐，提升創(chuàng)新實(shí)踐能力，也會產(chǎn)生積極的教學(xué)效果[4-5]。因此，在地理信息學(xué)科相對薄弱的農(nóng)業(yè)院校，重視學(xué)科競賽、科研實(shí)踐與課程分組實(shí)踐在專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)過程中的積極作用，從而提升學(xué)生地理空間思維能力培養(yǎng)則顯得尤為重要。

2 學(xué)科競賽與地理空間思維能力訓(xùn)練

目前已有很多學(xué)者指出學(xué)科比賽對課程教學(xué)會產(chǎn)生積極作用，如祝昌宇等通過組織學(xué)生參加ACM競賽[4]，譚征等分析了軟件比賽對程序設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量的改進(jìn)作用[5]。姚琳等提出程序設(shè)計(jì)比賽對程序設(shè)計(jì)類過程的影響[6]，因此，將學(xué)科競賽融入專業(yè)課程教學(xué)過程中，對提升學(xué)生地理空間思維能力具有重要意義。

當(dāng)前國內(nèi)有不同類別的大學(xué)生GIS比賽，其中有重要的三個(gè)典型比賽。全國性GIS技能水平比賽，由中地?cái)?shù)碼集團(tuán)與中國測繪地理信息學(xué)會等共同主辦。“SuperMap杯”全國高校GIS大賽是以中國地理學(xué)會與北京超圖軟件股份有限公司聯(lián)合舉辦。ESRI杯中國大學(xué)生GIS大賽，是由ESRI中國信息技術(shù)有限公司在中國測繪地理信息學(xué)會支持指導(dǎo)下舉辦的在校大學(xué)生課外活動中一項(xiàng)具有示范性、引導(dǎo)性和廣泛性的競賽活動，每年舉辦一屆，是在測繪地理信息領(lǐng)域最為著名的比賽之一。上述幾類比賽，作為行業(yè)協(xié)會牽頭的比賽，在提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐方面發(fā)揮了重要作用。

安徽省大學(xué)生GIS技能大賽，由安徽省地理信息系統(tǒng)工作委員會、安徽省地理信息中心、安徽省科協(xié)共同承辦，已成功舉辦6屆，在安徽省高校間影響廣泛。以下以2015年的安徽省大學(xué)生GIS技能大賽為例，解讀每一類別比賽對學(xué)生地理空間思維能力訓(xùn)練。該比賽共分6個(gè)類別，包括A組 (在線制圖組）、B組 (地理設(shè)計(jì)組）、C組(Web應(yīng)用設(shè)計(jì)組）、D組(ENVI/IDL開發(fā)組）、E組(三維建模與設(shè)計(jì)組）和F組(現(xiàn)場操作組）。根據(jù)競賽細(xì)則，該系列分組比賽基本覆蓋了地理空間思維訓(xùn)練的多個(gè)方面。在線制圖比賽，強(qiáng)調(diào)地圖圖面空間配置協(xié)調(diào)，整體風(fēng)格統(tǒng)一，突出體現(xiàn)主題選擇、表達(dá)手段和應(yīng)用上的創(chuàng)新；地理設(shè)計(jì)組強(qiáng)調(diào)用GIS解決各類問題，突出空間處理與分析思路及過程，特別是空間分析功能及應(yīng)用深度。Web應(yīng)用設(shè)計(jì)組強(qiáng)調(diào)新媒體語境下，強(qiáng)調(diào)WebGIS應(yīng)用或移動GIS應(yīng)用開發(fā)，2015年的一、二等獎獲獎作品就有地理大數(shù)據(jù)挖掘，團(tuán)購網(wǎng)站推薦等空間位置服務(wù)等。ENVI/IDL開發(fā)組強(qiáng)調(diào)應(yīng)用IDL技術(shù)開發(fā)遙感應(yīng)用，其本身就是一個(gè)空間化的應(yīng)用。三維建模與設(shè)計(jì)組則強(qiáng)調(diào)建筑、城市規(guī)劃、道路規(guī)劃、園藝規(guī)劃、虛擬城市等三維建模應(yīng)用?，F(xiàn)場操作組強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手能力，解決實(shí)際問題。通過對參賽學(xué)生的參賽訪談，學(xué)生普遍反映通過比賽歷練，將所學(xué)知識串聯(lián)，自主選題，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。通過GIS技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題是一種很好的地理空間思維與訓(xùn)練，其參賽效果相比日常教學(xué)是顯著的。

3 科研實(shí)踐提升學(xué)生地理空間思維能力

科研實(shí)踐是地理信息創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個(gè)新載體，與課堂教學(xué)優(yōu)勢互補(bǔ)，屬于實(shí)踐教學(xué)的范疇。科研實(shí)踐活動可嘗試把某些科學(xué)研究內(nèi)容作為課程教學(xué)的一部分，通過實(shí)踐活動與課程的有效銜接，吸納和固定一定數(shù)量的學(xué)生參與科研實(shí)踐。在課程教學(xué)中，鼓勵學(xué)生參與科研課題研究，并將其階段性成果納入同期部分課程考核，會產(chǎn)生較好地教學(xué)效果。同時(shí)，也可以篩選出專業(yè)性特點(diǎn)突出，科研能力強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)以項(xiàng)目形式升級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。從而使科研實(shí)踐活動融入教學(xué)活動當(dāng)中，串聯(lián)起各個(gè)知識點(diǎn)，促進(jìn)科學(xué)研究與專業(yè)課程教學(xué)的深度耦合。

對于農(nóng)業(yè)院校地理信息科學(xué)專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)師資與實(shí)踐內(nèi)容相比別的學(xué)?？赡芟鄬θ狈?，鼓勵并培養(yǎng)學(xué)生參加教師的科研課題研究可大大彌補(bǔ)帶上述不足?？蒲袑?shí)踐活動，要求學(xué)生從選題、到設(shè)計(jì)，再到實(shí)施的全過程、系統(tǒng)化完成既定實(shí)踐內(nèi)容。在日常課題研究當(dāng)中，指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生開展與專業(yè)課程教學(xué)相關(guān)的科研實(shí)踐活動，使科研實(shí)踐活動貼近專業(yè)發(fā)展方向。而在參加課題研究過程當(dāng)中，學(xué)生通過特定研究時(shí)段，集中完成科研的項(xiàng)目內(nèi)容，將理論知識的學(xué)習(xí)和科研實(shí)踐二者深度融合，不僅鍛煉了學(xué)生專業(yè)技術(shù)技能，而且提高了學(xué)生的地理空間思維能力，在某種程度上也促進(jìn)了學(xué)生就業(yè)競爭力，促進(jìn)了專業(yè)教學(xué)。另一方面，通過科研實(shí)踐的示范、輻射作用，增強(qiáng)專業(yè)的影響力，也有利于豐富校園文化，創(chuàng)建良好的學(xué)風(fēng)。

在GIS創(chuàng)新實(shí)踐過程中，學(xué)生的興趣引導(dǎo)非常重要。筆者在教學(xué)科研實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)有一組學(xué)生對氣象災(zāi)害感興趣，要選擇一組與此相關(guān)的案例，但又缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為此，尋求到一個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的相關(guān)教師指導(dǎo)，24小時(shí)獲取合肥市空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)。在科研課題組的指導(dǎo)下，該組學(xué)生初步開發(fā)了合肥市空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)爬取系統(tǒng)，如圖1，該系統(tǒng)通過軟件系統(tǒng)自動獲取網(wǎng)站實(shí)時(shí)監(jiān)測到的AQI、空氣質(zhì)量狀況、首要污染物、PM2.5濃度、PM10濃度等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取之后自動按照格式寫入空間數(shù)據(jù)庫；在功能方面，實(shí)現(xiàn)了一鍵數(shù)據(jù)獲取入庫，設(shè)置一定時(shí)間間隔讓程序自動每隔一段時(shí)間爬取數(shù)據(jù)(適用于獲取網(wǎng)站在夜間更新的數(shù)據(jù)）。學(xué)生在此科研實(shí)踐過程當(dāng)中，基本掌握通過程序開發(fā)，自動獲取并解析地理空間數(shù)據(jù)，GIS開發(fā)潛能得到極大的發(fā)揮，同時(shí)，科研課題也在一定程度上完成了一些階段性成果。

4 課程分組實(shí)踐促進(jìn)地理空間思維模式培養(yǎng)

地理空間思維培養(yǎng)的一個(gè)重要層次就是通過空間分析與空間優(yōu)化，最終影響地理空間的決策規(guī)劃。毫無疑問，地圖是形象化的展示手段。目前多數(shù)高校的地理信息科學(xué)(GIS）、測繪工程、遙感科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)均開設(shè) 《專題地圖編制》課程。根據(jù)各個(gè)學(xué)校學(xué)科背景的不同，選擇制圖的工具有所差異。但基本上都會借助當(dāng)前主流GIS軟件，在實(shí)踐環(huán)節(jié)開展專題地圖編制教學(xué)，其教學(xué)內(nèi)容所涉及的知識點(diǎn)與教學(xué)內(nèi)容是相似的。專題地圖不僅可以反映自然與人文現(xiàn)象的現(xiàn)狀分布，也可以表示現(xiàn)象的動態(tài)變化和發(fā)展規(guī)律[7-8]，與此相應(yīng)的專題內(nèi)容表示方法的選擇，專題制圖要素的不同類型數(shù)據(jù)處理，專題地圖設(shè)計(jì)等內(nèi)容均需要通過實(shí)踐解決實(shí)際問題。

但是由于《專題地圖編制》課程涉及內(nèi)容廣泛，專業(yè)制圖方法多樣，部分理論學(xué)生理解還很抽象，在保持與激發(fā)學(xué)生興趣方面還存一些問題。一方面，驗(yàn)證性試驗(yàn)過多，實(shí)踐教學(xué)形式相對單一。在傳統(tǒng)的《專題地圖編制》課程教學(xué)中，很多實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，比如視覺變量部分，學(xué)生一般都是依據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一步一步更改點(diǎn)、線與面的符號化表達(dá)，流程結(jié)束實(shí)驗(yàn)也就完畢，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也相對固化，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與形式也相對單一，學(xué)生機(jī)械性的操作多了，容易形成慣性思維，其實(shí)在一定程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[4-6]。另一方面，理論教學(xué)過于抽象，理論與實(shí)踐脫節(jié)?！秾ｎ}地圖編制》教學(xué)過程當(dāng)中涉及的制圖方法多樣，如定點(diǎn)符號法、線狀符號法、質(zhì)底法、等值線法、定位圖表法、范圍法、點(diǎn)數(shù)法、統(tǒng)計(jì)圖法和運(yùn)動線法等10種專題地圖的表達(dá)方法，學(xué)生學(xué)習(xí)起來，最明顯的是方法容易混淆，例如符號法和定位圖表法，符號法和分區(qū)統(tǒng)計(jì)圖表法，線狀符號法與運(yùn)動線法，范圍法與質(zhì)底法，點(diǎn)數(shù)法與分級統(tǒng)計(jì)圖法，分區(qū)統(tǒng)計(jì)圖表法與分級統(tǒng)計(jì)圖表法[8]。盡管在教學(xué)過程當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)專題表示方法的選擇取決于現(xiàn)象和物體的空間分布特征，以及地圖用途的要求，如果不能從實(shí)踐的角度加深對此類方法的理解，從學(xué)生的角度來說還是過于抽象，理論與實(shí)踐依然是相脫節(jié)的。

針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的上述問題，筆者嘗試將班級學(xué)生分成不同小組，自由選題完成地圖制作，并定期以PPT匯報(bào)制圖進(jìn)展，鼓勵同學(xué)以小組為單位完成實(shí)踐內(nèi)容。在教學(xué)過程當(dāng)中，講解專題地圖內(nèi)容的分布特征及其表示方法這一章節(jié)，學(xué)生對于10種制圖方法理解容易混淆。讓每一小組去完成一個(gè)專題制圖方法則相對容易，再通過分組交流，會進(jìn)一步加深對各種制圖方法的理解。有一小組同學(xué)，在實(shí)驗(yàn)作品基礎(chǔ)上培育出2015年安徽省大學(xué)生GIS技能大賽在線制圖比賽作品，即“畢業(yè)后，我們?nèi)ツ睦飻€首付”，獲在線制圖組二等獎。該作品一個(gè)重要特點(diǎn)，就是應(yīng)用了兩種制圖方法，即符號法與定位圖表法，得益于前期分組實(shí)踐對制圖方法的掌握。選擇符號法對中國各線城市進(jìn)行地圖表達(dá)，從一線到三線城市分別用不同大小和顏色進(jìn)行區(qū)分，表達(dá)其定性與定量特征；應(yīng)用定位圖表法對各線城市應(yīng)屆畢業(yè)生的起薪和該地區(qū)房價(jià)首付，計(jì)算出應(yīng)屆畢業(yè)生攢夠首付需要的年限，設(shè)計(jì)美觀的定位圖表，用不同顏色但同類型的統(tǒng)計(jì)圖表對上述城市指標(biāo)進(jìn)行地圖渲染。制圖過程每一環(huán)節(jié)，小組成員全程自主參與，從地圖作品數(shù)據(jù)采集、設(shè)計(jì)制作到加工處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，不斷追求地圖作品的科學(xué)性與藝術(shù)性相創(chuàng)新性結(jié)合。小組同學(xué)通過充分討論，反復(fù)修改，直至作品達(dá)到小組成員都滿意的制圖效果。學(xué)生在作品制作過程當(dāng)中也加深了對專業(yè)知識的理解，更重要的是學(xué)生在分組實(shí)踐任務(wù)實(shí)施的各個(gè)階段，對本課程保持持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣，上述教學(xué)方法的嘗試起到了較好的教學(xué)效果。

5 結(jié)語

在地理信息學(xué)科相對薄弱的農(nóng)業(yè)院校，針對學(xué)生地理空間思維能力培養(yǎng)與訓(xùn)練存在的不足，提出學(xué)科競賽、科研實(shí)踐與課程分組實(shí)踐等三種方法，以促進(jìn)地理空間思維能力的培養(yǎng)。以安徽省大學(xué)生GIS比賽為例，分析了不同比賽類別對學(xué)生地理空間思維能力訓(xùn)練的不同要求。在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個(gè)新載體，與課堂教學(xué)形成互補(bǔ)，將學(xué)生參與科學(xué)研究活動融入教學(xué)活動當(dāng)中，促進(jìn)科學(xué)研究與專業(yè)課程教學(xué)的深度耦合。再以《專題地圖編制》專業(yè)課程教學(xué)為案例，從《專題地圖編制》課堂教學(xué)中存在的問題著手，強(qiáng)調(diào)通過分組創(chuàng)新實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中存在驗(yàn)證性實(shí)踐多，學(xué)生機(jī)械性操作多，容易產(chǎn)生慣性思維等不足，而通過自主選題完成實(shí)踐任務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，深刻理解專題制圖的所涉及的各個(gè)知識點(diǎn)，從選題到最終提交地圖作品，對學(xué)生能力的培養(yǎng)是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性訓(xùn)練。上述實(shí)踐活動一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

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責(zé)任編輯：陳 鳳

G64

A

1672-2868（2015）06-0161-04

2015-10-13

國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號：41571400）；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)2015年度教學(xué)研究項(xiàng)目；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)與穩(wěn)定人才項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：yj2014-24）

李軍利(1976-），男，安徽無為人。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，講師，博士。研究方向：數(shù)字制圖與GIS應(yīng)用開發(fā)教學(xué)。