王志杰

(貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，貴陽 貴州 550025)

1 引言

地理信息系統(tǒng)(GIS)是對地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、表達(dá)、更新、檢索、管理、綜合分析與輸出的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)[1]。它是以應(yīng)用為導(dǎo)向的空間信息技術(shù)，強(qiáng)調(diào)空間實(shí)體及其空間關(guān)系，注重空間分析與模擬，是重要的地理空間數(shù)據(jù)管理和分析工具[2]。GIS功能強(qiáng)大，是用于建立、編輯圖形和地理數(shù)據(jù)庫并對其進(jìn)行空間分析的工具的集合，是與人類發(fā)展密切關(guān)聯(lián)的一門信息科學(xué)與技術(shù)，其本身的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性的作用不可估量，因此，GIS被認(rèn)為是21世紀(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一[3,4]。

隨著GIS自身理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在生態(tài)學(xué)中的廣泛應(yīng)用，擴(kuò)展了生態(tài)學(xué)研究的深度和廣度，為科學(xué)研究工作提供了一種既簡單又精確的應(yīng)用方法。GIS是開展宏觀生態(tài)學(xué)科學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)[5]，其通過有效的數(shù)據(jù)集成和混合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位檢索和復(fù)雜的查詢功能、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造和可視化表達(dá)手段以及地理過程的演化模擬等功能來實(shí)現(xiàn)對景觀生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué)、生態(tài)監(jiān)測與評價(jià)和規(guī)劃的數(shù)據(jù)集成分析[6～8]。除此之外，GIS有管理、模擬、決策、規(guī)劃、預(yù)測和預(yù)報(bào)等強(qiáng)大功能，這些功能在生態(tài)學(xué)應(yīng)用中起到了實(shí)質(zhì)性的作用[9]。

眾多一線教學(xué)教師和學(xué)者，從GIS在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面開展了深入的研究，結(jié)合各自學(xué)校和專業(yè)的特色進(jìn)行該課程改革，并取得了良好的效果[10～12]。然而，GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生的GIS軟件操作技能水平、以及學(xué)生嫻熟運(yùn)用GIS解決具體專業(yè)問題的能力提升，依然困擾非GIS專業(yè)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。本文以貴州大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)為對象，通過對生態(tài)學(xué)專業(yè)GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題的梳理，從GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)評估3個(gè)維度，探索性地提出Continuity-Heuristic-Interactive三位一體的“C-H-I”模式，以期通過全方位、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)GIS的興趣和熱情，夯實(shí)GIS軟件技能操作水平牢筑GIS理論和技術(shù)知識結(jié)構(gòu)體系，提升學(xué)生運(yùn)用GIS解決生態(tài)相關(guān)科學(xué)研究和具體任務(wù)的綜合能力，為高校生態(tài)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型高水平GIS專業(yè)人才積累一條科學(xué)、有效地的途徑。

2 GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

GIS課程是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)課程，在大多數(shù)高校的非GIS專業(yè)中，該課程的性質(zhì)大都為專業(yè)選修課或?qū)I(yè)必修課，課程教學(xué)分為理論講授和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)兩個(gè)部分，其中，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，大都是參照相關(guān)的地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程，通過集中講授或演示，結(jié)合學(xué)生課后練習(xí)的方式，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。歸納起來，傳統(tǒng)的GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在如下問題。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置分散

傳統(tǒng)的GIS課程實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)置時(shí)，往往僅關(guān)注分散的知識點(diǎn)的堆砌，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要有數(shù)字化、空間屬性數(shù)據(jù)庫建立、矢量和柵格數(shù)據(jù)空間分析、數(shù)字地形分析、地圖制圖等相關(guān)的技術(shù)操作的練習(xí)，各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多使用不同區(qū)域、不同類型的數(shù)據(jù)，雖然在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整體上體現(xiàn)了GIS課程的基本操作技能培養(yǎng)，如圖像校正、裁剪、拼接；數(shù)字化及拓?fù)錂z查；數(shù)據(jù)庫建立；矢量數(shù)據(jù)疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析；以及坡度、坡向等地形因子提取分析；地圖渲染與地圖制圖等內(nèi)容，但由于實(shí)驗(yàn)區(qū)域和數(shù)據(jù)各異，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間沒有關(guān)聯(lián)性，無法真正使學(xué)生在練習(xí)了大量的GIS軟件操作后理解不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的相互關(guān)系，更遑論掌握和熟練應(yīng)用GIS解決具體的科學(xué)問題。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一

傳統(tǒng)的課程GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以演示型實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主。在此過程中，學(xué)生對相關(guān)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)環(huán)節(jié)很難有深刻的領(lǐng)會和理解。被動的模仿練習(xí)，往往無法使學(xué)生在自我學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題。并且，由于GIS軟件諸多功能之間大量的功能交叉，學(xué)生在模仿練習(xí)操作過程中，依照“標(biāo)準(zhǔn)答案”完成具體的實(shí)驗(yàn)操作，無法深刻理解GIS軟件不同功能之間的內(nèi)在聯(lián)系，不能嫻熟地運(yùn)用多種方法解決同一問題，導(dǎo)致某一功能無法完成預(yù)期任務(wù)后，學(xué)生無從下手，進(jìn)而喪失學(xué)習(xí)興趣，使GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)缺失

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生練習(xí)GIS軟件操作的綜合表現(xiàn)，集中反映了教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果、學(xué)生掌握GIS軟件操作的水平。通過對實(shí)驗(yàn)報(bào)告的總結(jié)和評價(jià)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和學(xué)生練習(xí)軟件操作時(shí)存在的問題，進(jìn)而更加有效地提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生掌握軟件操作技能的水平。然而，傳統(tǒng)的GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)評價(jià)嚴(yán)重缺失，通常學(xué)生在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況，判定成績作為期末考核的其中一項(xiàng)依據(jù)。教師很少通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告去發(fā)現(xiàn)、提煉實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，并加以改變；學(xué)生很難通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告去了解自身的不足，無法提升GIS的綜合應(yīng)用技能。

3 GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)C-H-I模式

針對傳統(tǒng)GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)等方面存在的問題，本文提出連續(xù)性(Continuity)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、啟發(fā)性(Heuristic)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和互動式(Interactive)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)三位一體的C-H-I實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以使學(xué)生通過GIS課程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在掌握GIS軟件基本操作技能的基礎(chǔ)上，切實(shí)提高GIS軟件應(yīng)用技能水平，能嫻熟地運(yùn)用GIS解決具體專業(yè)問題。

3.1 連續(xù)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

圍繞GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求和需要學(xué)生掌握的基本技能，設(shè)計(jì)1～2個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，整合相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)操作，并根據(jù)工作量大小，拆解為若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)。學(xué)生依次完成各個(gè)小實(shí)驗(yàn)，逐個(gè)掌握相應(yīng)的GIS軟件操作技能，最終完成綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。即通過連續(xù)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，促使學(xué)生在掌握各小實(shí)驗(yàn)基本技能操作的基礎(chǔ)上，深刻領(lǐng)會和理解不同實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和邏輯性，強(qiáng)化學(xué)生對GIS軟件技能操作的理論和技術(shù)知識體系，實(shí)現(xiàn)嫻熟運(yùn)用GIS解決具體科學(xué)問題的基本素養(yǎng)，達(dá)到既積跬步，又至千里的教學(xué)目的。另一方面，還可以最大程度地避免學(xué)生對實(shí)驗(yàn)任務(wù)的僥幸心理，促使學(xué)生必須精益求精的完成每一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以保證下一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的順利開展，養(yǎng)成“學(xué)會、學(xué)好、學(xué)精、學(xué)成”的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)態(tài)度。

3.2 啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，盡可能減少演示性操作講解。在各具體實(shí)驗(yàn)操作講解之前，首先從整體上說明若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)與綜合型實(shí)驗(yàn)之間的邏輯關(guān)系；然后重點(diǎn)講解各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所用到的功能或工具，以及各功能和工具在操作過程中的注意事項(xiàng)與可能出現(xiàn)的問題及其解決方案；在此基礎(chǔ)上，通過引導(dǎo)性的示范操作，采取邊示范，邊鼓勵(lì)學(xué)生積極思考的方式，由學(xué)生根據(jù)自身知識儲備和個(gè)人理解提出相應(yīng)的解決辦法，師生共同見證操作結(jié)果。對于有分歧的解決方案，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，在嘗試中共同發(fā)現(xiàn)優(yōu)劣并分析其中的內(nèi)在原因，達(dá)到切實(shí)掌握和理解各軟件功能和工具的運(yùn)行規(guī)律和操作技能的目的。通過啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，徹底改變傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生被動接受”的填鴨式教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生“主動參與課堂，積極融入課堂”的互動性教學(xué)模式，促使學(xué)生發(fā)揮主觀能動性進(jìn)行自我思考，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，培育學(xué)生勇于創(chuàng)新、敢于嘗試的探索和鉆研意識。

3.3 互動式實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)

改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(報(bào)告)由教師判分入檔的考核模式，對所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)成果，采取師生共同探討分析的方式，逐個(gè)展示每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)果，從數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)內(nèi)容、呈現(xiàn)方式、報(bào)告撰寫等方面，由全體師生共同觀摩研討，發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘各實(shí)驗(yàn)中亮點(diǎn)特色和存在的問題，對于共性問題，進(jìn)行二次講解和剖析，務(wù)必使學(xué)生徹底掌握該類問題的操作技能；對于個(gè)別的典型問題，深入剖析和揭示其出現(xiàn)的原因和可能的解決辦法，使學(xué)生深刻理解該類問題的操作規(guī)范；對于實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)突出的好成果，共同學(xué)習(xí)和鑒賞，使學(xué)生切實(shí)了解相關(guān)操作應(yīng)該達(dá)到的效果。通過師生互動點(diǎn)評的方式，一方面，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中存在的問題和不足，通過相互學(xué)習(xí)，促使所有人在具體操作過程中規(guī)避可能出現(xiàn)的狀況，達(dá)到他山之石可以攻玉的共同進(jìn)步目的；另一方面，可以促使教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，及時(shí)予以補(bǔ)救性講授；可以促使學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身與其他同學(xué)的差距，形成“趕比超”的學(xué)習(xí)氛圍。此外，對于每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果中的亮點(diǎn)，秉承“每個(gè)人都需要被肯定”的心理學(xué)理論，通過當(dāng)眾表揚(yáng)和肯定，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生的自信心，達(dá)到寓教于樂、事半功倍的效果。

4 結(jié)語

GIS是解決宏觀生態(tài)學(xué)問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)[5]。高校生態(tài)學(xué)專業(yè)開設(shè)GIS課程，其主要目的是使學(xué)生通過GIS相關(guān)理論、技術(shù)和方法的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握一種解決生態(tài)專業(yè)領(lǐng)域科學(xué)問題的新技術(shù)和新方法，以提高學(xué)生未來從事宏觀生態(tài)相關(guān)科學(xué)研究和服務(wù)社會的綜合能力，培養(yǎng)生態(tài)學(xué)專業(yè)的GIS應(yīng)用型、復(fù)合型高水平人才[13]。根據(jù)生態(tài)學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，在生態(tài)學(xué)專業(yè)的GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，除了GIS的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識的講授外，通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連續(xù)性設(shè)計(jì)優(yōu)化、啟發(fā)性教學(xué)方法引導(dǎo)和互動性實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)，著重學(xué)生的GIS空間思維和邏輯思維培育，GIS理論和技術(shù)知識結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建，GIS軟件基本操作基礎(chǔ)夯實(shí)，學(xué)習(xí)興趣和熱情的培養(yǎng)，綜合實(shí)際應(yīng)用和操作技能水平提升，以切實(shí)有效地促進(jìn)學(xué)生GIS專業(yè)技能，提高GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)非GIS專業(yè)學(xué)生能嫻熟運(yùn)用GIS理論和技術(shù)解決具體專業(yè)問題的要求。