信息環(huán)境下的GIS專業(yè)自然地理學教改實踐

段煥娥，韓 惠，李雪梅

（蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州730070）

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信息環(huán)境下的GIS專業(yè)自然地理學教改實踐

段煥娥，韓 惠，李雪梅

（蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州730070）

摘 要：為了探索適應綜合性GIS人才培養(yǎng)要求的課程教學模式，通過統(tǒng)計全國GIS專業(yè)自然地理類課程開設情況，分析GIS專業(yè)自然地理課程重要性及制約課程改革的主要因素。在此基礎上，根據蘭州交通大學GIS專業(yè)自然地理學近10年教改經驗，總結基于信息化環(huán)境，強化教材更新和教學體系全面改革的可行方案，旨在有效地促進教學改革多元化，提高課程教學的專業(yè)適應性和教學效率。

關鍵詞：GIS專業(yè)；自然地理學；教學改革；地理素養(yǎng)；信息化環(huán)境

21世紀以來，隨著地理信息技術和產業(yè)的迅猛發(fā)展，國內GIS本科專業(yè)快速增加。據不完全統(tǒng)計，全國開設GIS本科專業(yè)的院校已從2000年的30多所增加到目前的170多所［1］。2014年7月，國家發(fā)改委聯(lián)合國家測繪地理信息局編制印發(fā)了《國家地理信息產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2014—2020年）》［2］，指出“產業(yè)保持年均20%以上的增長速度，2020年總產值超過8 000億元，成為國民經濟發(fā)展新的增長點。”這必然大大增加GIS人才的市場需求，人才缺口也將擴大，進而促使GIS專業(yè)發(fā)展進入更加蓬勃快速的階段。同時，GIS專業(yè)從“地理信息系統(tǒng)”更名為“地理信息科學”，也意味著GIS教育從技術人才培養(yǎng)轉向綜合性科技人才培養(yǎng)，并對GIS人才的知識積累、學習思考能力、專業(yè)操作能力和綜合實踐能力等提出了全面的要求。自然地理學課程作為啟發(fā)專業(yè)興趣、積累專業(yè)知識，培養(yǎng)專業(yè)思維，促進綜合實踐的重要內容，一方面具有深厚的理論基礎和思維方法值得學習，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的知識體系又受到現(xiàn)代技術的沖擊，并受課時、實踐等多方限制。因此，探討如何充分利用信息環(huán)境的便利，從教材、教學平臺、教學方法、課程考核等方面全面改革，提高自然地理學的教學效果，增強GIS人才的綜合能力是非常必要的。

1　自然地理學課程在GIS人才培養(yǎng)體系中的地位

我國GIS專業(yè)高等教育現(xiàn)狀調查顯示［1］，在不同的專業(yè)建設背景中，地理占45．6%，測繪占27．8%，說明我國GIS專業(yè)發(fā)展有很強的地理科學淵源和測繪技術發(fā)展與應用導向性。根據中國教育在線高考志愿填報參考系統(tǒng)［3］和各院校網站公布的近年GIS專業(yè)培養(yǎng)方案，2014年全國有GIS本科招生計劃的普通高校有164所，除部分地礦、工程等特殊專業(yè)背景的院校外，85．4%的院校設置了自然地理類課程，其中自然地理學68．9%、地理學9．1%、地球概論及地質、地貌等部門自然地理7．4%（表1），而且都是專業(yè)基礎類主干課程（必修或限選），課時設置從30學時到70～80學時不等。根據不同院校性質及專業(yè)背景，少數(shù)師范或綜合院校還開設了水文、氣象氣候、地貌學、地質學等部門自然地理學，其余院校則只開設自然地理學、地理學或地球概論一門含自然地理內容的課程。此外，雖然根據專業(yè)培養(yǎng)目標和應用領域的差別，開設了經濟地理、人文地理或土地、環(huán)境規(guī)劃等，但基本都為選修課，且課時設置明顯減少。

表1　GIS專業(yè)自然地理學課程開設情況統(tǒng)計

這一共性的設置模式體現(xiàn)出，自然地理學課程是普通高等院校GIS人才培養(yǎng)體系的重要內容，承載著奠定專業(yè)基礎、培養(yǎng)專業(yè)興趣、提高地理素養(yǎng)等多重任務，是綜合性GIS人才培養(yǎng)不可或缺的內容。當前，全球和區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題、資源和能源問題、自然災害問題、地下和海洋空間利用問題等都成為各界關注的焦點，是GIS充分服務于不同尺度空間最活躍的領域，也是自然地理學新的研究熱點。這賦予了GIS專業(yè)自然地理學課程更加多元、前沿和迫切的教學需求。

2　信息環(huán)境下自然地理學的教學要求及存在的問題

社會信息環(huán)境是一個由信息人、信息資源、信息技術、信息政策、信息文化、信息倫理等多種要素構成的完整的有機系統(tǒng)。具有特定含義的語言、文字、聲音、圖畫、影像等信息符號是構成信息環(huán)境的基本要素［4］。信息環(huán)境下的自然地理教學，不但要將信息技術有效地融合于教學過程，營造一種信息化教學環(huán)境，從而綜合運用自主探究、協(xié)作學習等教學方式，形成教師主導下的師生互教互學的教學結構；而且要充分利用信息獲取、資源共享、知識整合、前沿關注等相關平臺，促進教學內容的代謝更新和優(yōu)化組合，形成適應當前社會需要的知識系統(tǒng)。

GIS是一門集計算機科學、地圖學、信息學、地理學、遙感等多門科學為一體的新興的邊緣型學科［5］。GIS專業(yè)自然地理學教學的基本要求與地理科學、自然地理與資源環(huán)境等同類專業(yè)大致相同，但內容深度、側重點和具體目標存在差異。GIS專業(yè)技術性、信息性、實用性更加明顯，因而傳統(tǒng)自然地理學課程面對GIS專業(yè)人才培養(yǎng)要求還存在諸多問題。

2．1 缺少切合專業(yè)需求的教材

教材結構體系通常是其所屬的學科體系發(fā)展的反映［6］。按知識結構大體歸并，當前市場上的自然地理教材主要有3類：一類是《自然地理學》，這是版本和數(shù)量最多的，這類教材在內容、體系及結構編排等方面都是以圈層框架占優(yōu)勢［7－10］，從認識地球開始，分圈層詳細闡述其結構、特征、空間分布、運動變化，以及地貌、土壤等綜合對象，最后總結陳述自然地理系統(tǒng)的基本規(guī)律及其在自然區(qū)劃、土地類型等方面的應用。另一類是《自然地理學原理》，這類教材［11，12］一定程度上關注了現(xiàn)代自然地理學的熱點問題和新的理論，用一種新的視角梳理知識體系，突出前沿進展。第三類是《綜合自然地理學》，這類教材把自然地理環(huán)境作為一個整體來研究［13－16］，高度概括地闡述自然地理學的總體原理和時空演化規(guī)律及其在土地、自然區(qū)劃、地表覆被變化等方面的應用。

三類教材體系結構的變化具有綜合性明顯增強和新的理論方法受到重視等特點，體現(xiàn)了自然地理學領域的研究和發(fā)展趨勢。但GIS專業(yè)多學科交叉性、應用導向性和工程科學特征，使GIS專業(yè)自然地理學教學重點在于了解自然地理系統(tǒng)的結構、時空規(guī)律、變化機理及其在不同社會部門的應用，掌握基于計算機和空間技術的自然地理數(shù)據獲取、處理和分析、信息表達，并能夠基于現(xiàn)有數(shù)據分析結果反演或預測自然地理系統(tǒng)存在的問題等方面，對自然地理學知識體系的完整性、思想理論過程等并不十分關注。所以，上述教材體系與GIS專業(yè)的需求還存在差距。

另外，不同背景的GIS專業(yè)，人才培養(yǎng)目標存在較大差別。師范類院校的GIS專業(yè)往往突出地理信息技術大眾化教育與應用型人才培養(yǎng)，綜合類院校GIS專業(yè)則突出研究型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，而工科類院校GIS專業(yè)則突出技術開發(fā)與應用型人才培養(yǎng)［17］。從當前GIS市場需求來看，開發(fā)類GIS人才一直是最稀缺的資源。所以，加快自然地理學基本知識與信息技術的結合，已經成為GIS專業(yè)自然地理學教材建設的必然要求。但要綜合各種背景，編制統(tǒng)一的GIS專業(yè)自然地理學教材卻是非常困難的。

2．2 缺乏公共公開的教學平臺

信息環(huán)境下，信息共享與聚合、無障礙遠程交流等現(xiàn)代信息手段及相關平臺已經對教學信息化產生了全方位的影響，如通過網絡共享，促進以教師為主導的教學模式向師生“主導－自主”雙向互動的教學模式轉變，利用網絡資源輔導答疑、考核、拓展課堂空間等。目前，在這方面主要的方式是部分院校開設的自然地理學網絡課程，百度能檢索到的主要有陜西師范大學、蘭州大學、北京大學、南京師大、四川大學、河南大學、西北師大等不到20所院校。這些教學平臺根據各高校的教學特色和背景，建設了教學大綱、電子教案、電子教材、作業(yè)批改、在線測試等模塊，有些省級和國家級精品課程還提交了精品課程申報材料，極大地擴展了課堂教學的時空限制，為師生課后學習和交流提供了可能。但是檢索發(fā)現(xiàn)，這些課程都是彼此分離，少有相互共享鏈接或受服務器范圍絕對限制，而且后期更新和維護大多明顯滯后甚至中斷，加上上述教材體系的問題，使得這些教學平臺，除了在線測試和作業(yè)模塊外，很大程度上就是課堂教學的翻版，知識擴展、材料整理、信息聚合等明顯不足，還難以建設成為公開的一體化教學平臺，提供如新聞網一樣的信息共享與整合服務。

2．3 針對性實踐實習少

應用性和工程科學特性是GIS專業(yè)區(qū)別于地理科學等地理類其它專業(yè)的主要特征。信息環(huán)境下，GIS專業(yè)自然地理學知識的應用更多地需要通過外業(yè)調查、遙感影像解譯、數(shù)據整理與處理分析等方式實現(xiàn)。從2014年有GIS專業(yè)招生計劃的普通高校網站上公布的近年GIS培養(yǎng)方案來看，具有自然地理實習或綜合地理學實習等環(huán)節(jié)設置的院校較少，實習主要以野外調查或觀摩實習為主，也有部分師范類或綜合類院校開設了自然地理學實驗，但時間較短。這與GIS專業(yè)對信息環(huán)境的依賴性存在較為明顯的差別，導致自然地理學教學與專業(yè)應用脫節(jié)。

2．4 課程考核方式單一

統(tǒng)計顯示，75%的院校招收的GIS專業(yè)本科生全部為理科生，而且多數(shù)是從其他專業(yè)調劑的［1］。低年級開設自然地理學課程，學生一方面對GIS專業(yè)不了解，對自然地理學學習目標不明確，沒有太大的學習興趣，另一方面受中學階段地理課程地位和教學考核模式的影響，難以適應GIS專業(yè)自然地理學課時少、內容多矛盾下的高強度教學，很長時間保持著自然地理學無關緊要的錯誤認識和對應的懶散態(tài)度。這導致自然地理學作為開設最早的專業(yè)基礎課程之一，教學本身存在困難。加之GIS專業(yè)自然地理學課程考核大部分以卷面考核（含紙質的和在線的）、作業(yè)考核等為主，只有少部分開設實習、實驗的院校對實習實驗進行考核。總體上對學生自主學習能力、知識交流情況、在線學習時數(shù)、基于影像或地圖的自然地理信息識別與分析能力等基本沒有相應的考核，一定程度上強化了學生對自然地理學課程學習消極應付的態(tài)度。

3　信息環(huán)境下，自然地理學教改實踐

教育部協(xié)同創(chuàng)新項目“國際教育信息化發(fā)展研究”表明［18］，以信息技術帶動教育變革已經成為各國教育改革的基本動力和趨勢，信息技術環(huán)境的完善和使用，可以轉變教師角色，扭轉學生被動的學習方式，改變課堂單一的教學形態(tài)。這對于解決自然地理學教學中內容與應用脫節(jié)，應用需求迫切但實踐少且針對性不強［19］等諸多矛盾，促進教學和考核模式多元化都有著不可替代的作用。蘭州交通大學GIS專業(yè)自然地理學教學中，高度關注GIS人才應用能力和工程人才特征的體現(xiàn)和信息環(huán)境的應用。10年來，從教材建設、教法改革、平臺建設、課程考核等方面不斷改革，取得了明顯效果。

3．1 教材體系不斷優(yōu)化，基礎和技術并重

3．1．1 填補基礎，強化規(guī)律。針對大部分學生的地理基礎都是零散、淺表甚至不正確的片段這一現(xiàn)狀，自然地理學教學一方面從基礎入手，通過對教材內容的精心梳理，兼顧地理知識的系統(tǒng)性特征，編寫出版了有一定專業(yè)特色的自然地理學教材［20］，在強化自然地理知識的規(guī)律性、系統(tǒng)性和與信息技術結合的基礎上，在對應章節(jié)增加了地質體三維建模、大氣環(huán)境數(shù)值模擬、水環(huán)境遙感監(jiān)測及可視化等內容，并結合國防生培養(yǎng)需要和學生在國防安全方面的興趣，增加了自然地理系統(tǒng)與軍事一章，這既促進了學生地理基礎的整合及其與GIS技術的融合，又很好地激發(fā)了學習興趣，明確了學習目標。

3．1．2 關注熱點，突出技術方法和應用。滿足社會需求和占領學科前沿是任何學科都追求的目標，也是學科發(fā)展和教材更新的趨勢。在自編出版教材中，我們高度關注自然地理學研究體系與熱點問題的結合以及通過GIS、RS技術和一般的數(shù)學方法等的分析和解決思路，充分發(fā)揮自然地理學綜合研究優(yōu)勢與GIS技術的有效結合，在以可持續(xù)發(fā)展為主線，講授自然地理知識、培養(yǎng)地理能力的同時，以實際問題的分析解決為突破口，促進自然地理學基本知識應用，大大提高了學生的地理素養(yǎng)。

3．2 教學、考核不斷更新，平臺建設逐步完善

3．2．1 精簡教學內容，提高教學效率。自然地理學內容豐富，系統(tǒng)性強，涉及面廣，任何一本兼顧地理基礎、地理規(guī)律、發(fā)展前沿和地理方法論的教材都是一個龐大的知識系統(tǒng)。面對GIS專業(yè)有限的課時，首先對教材內容進行高度精簡和概括梳理，形成系統(tǒng)精練的講義和多媒體課件，提高教學效率。

3．2．2 強化平臺建設。網絡教學是課堂教學體系在網絡環(huán)境里的拓展，它能在課堂教學基礎上，實現(xiàn)課件的制作與發(fā)布、教學交互、學習支持和教學評價，并能與其它網絡教學資源廣泛整合，突破課堂教學的諸多限制。我們一方面強化網絡課程的建設及優(yōu)化，另一方面基于網絡課堂，鏈接校外實習基地及碩士聯(lián)合培養(yǎng)單位，增加實際案例，擴大了實踐教學比例。

3．2．3 推行反哺追蹤學習。在自然地理教學中，努力把課堂教學、網絡課程有機結合起來，精選實踐案例，定向設置問題，推行從分析解決實際問題為切入點，激發(fā)學生自主分析問題，發(fā)現(xiàn)不足，及時補充的反哺追蹤教學模式，很好地調動了學生的學習主動性。

3．2．4 增強過程性考核。與考試成績比較，學習過程更能體現(xiàn)學生的學習和思考能力、學習興趣點及激發(fā)機制等更加具體客觀的方面。因此，通過多年試驗和改革，GIS專業(yè)自然地理學考核逐步形成了課堂聽講情況、教學活動參與能力、作業(yè)完成情況、知識整合能力、實踐案例分析能力等一系列的全程考核方法，并結合考試、認識實習等成績，對學生的課程學習作全面評價。例如，充分利用校外實習基地的生產實踐，指導學生基于遙感影像識別并分析自然地理對象及環(huán)境特征等，體驗在GIS確定精度要求下，自然地理對象的影像特征、識別分析方法等，并及時總結進一步需要補充的知識，進而考核學生的學習和思考能力。

4　結束語

以教育信息化帶動教育現(xiàn)代化是信息時代教育教學改革的基本方式和評價指標，尤其是自然地理學這樣的傳統(tǒng)課程與GIS這樣的前沿專業(yè)的應用需求的結合，必須一方面充分利用信息化環(huán)境下的廣泛共享和信息更新促進教學內容的新陳代謝，另一方面以信息技術促進教學環(huán)境與教學組織模式的不斷更新，從而提高信息環(huán)境下的教學改革有效性及長效性，最終實現(xiàn)自然地理學與GIS服務的有機融合，全面提高GIS人才的地理素養(yǎng)和專業(yè)服務能力，培養(yǎng)出適應時代要求的綜合性GIS專業(yè)人才。

參考文獻：

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［責任編輯：路曉鴿］

Teaching practice of Physical Geography for GIS specialty under the information environment

DUAN Huane，HAN Hui，LI Xuemei

（School of geomatics，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

Abstract：In order to find a teaching mode that adapts to the requirements of comprehensive GIS talents cultivation，it analyzes the importance of Physical Geography for GIS specialty and the main factors that restrict the curriculum reform through counting Physical Peography course for GIS specialty in China．Then，according to teaching reforming practice in Lanzhou Jiaotong University in the last 10years，a train of thoughts about strengthening the update of teaching materials and teaching system reforrm in an allround way with information environment are proposed，arming at effectively promoting the teaching diversity，in order to enhance the teaching professional adaptability and efficiency．

Key words：GIS specialty；physical geography；textbook system；geographic literacy；information environment

作者簡介：段煥娥（1972－），女，博士研究生．

基金項目：國家自然科學基金資助項目（41401050）

收稿日期：2014－11－29

中圖分類號：P208；G640

文獻標識碼：A

文章編號：1006－7949（2016）01－0077－04