林业地理信息系统课程教学内容设置及教学方法

曹丹 唐代生

[摘 要]文章论述了林业地理信息系统课程教学内容设置的必要性与三个原则，并根据这三个原则设置了该课程的理论教学内容和实验内容，同时建议增加实习教学环节。最后从激发学生学习兴趣和关注学生的教学反馈两方面探讨了这门课程的教学方法。

[关键词]林业地理信息系统;教学内容设置;教学方法

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）09-0049-04

地理信息系统（GIS）是一门集合了地图学、测量学、地理学、计算机图形学、数据库等学科知识的管理空间信息并提供空间信息分析的学科，被广泛应用于国土、林业、矿产、城市规划等领域。在林业领域中，应用GIS进行森林资源信息管理、造林规划、采伐规划、专题图编制等已是工作常态，GIS在林业信息化建设中发挥着重要的作用。因此，让林学专业的学生掌握GIS的基本理論和GIS软件并能将其应用于解决专业问题是非常有必要的。笔者在2010级至2015级林学专业的6年教学过程中，对中南林业科技大学林学本科专业的林业地理信息系统课程进行了教学改革探索，对其课程的内容进行了设置，并根据教学实践经验总结出一些操作性、实用性很强的教学方法。

一、林业地理信息系统课程教学内容设置的必要性

林业地理信息系统课程是林学（营林方向）专业的一门学科基础选修课，在第4学期开设，原来设置为32学时，其中理论课24学时，机房实验课8学时。因实验课学时太少直接影响教学效果，2017年将该课程调整为48学时，其中理论课24学时，机房实验课24学时。林学专业与林业地理信息系统相关的课程还有测量学和林业遥感，其中测量学（包含GPS）在第3学期开设，理论课学时24个，实验课学时16个;林业遥感在第5学期开设，理论课学时24个，实验课学时16个，课程实习半周。其课程设置采用了比较理想的3S构架模式。

地理信息系统本身是一门系统的学科，涉及地理学、计算机和数据库、测量学等知识，需要解决数据的存储、处理、显示等关于数据的全部问题，而林业地理信息系统属于行业地理信息系统，林学专业的学生只需要懂得在行业内使用，不需要关注数据在电脑后台是如何存取、显示图形等，就像一般的人会电脑操作即可，不需要知道电脑芯片、底层如何运行一样。因此，教师在组织教学内容时，必须删除这些行业用户不用关注的内容。与此同时，有些内容又必须补上。比如地图学的部分内容，地理信息系统专业的学生因为开设了地图学课程，所以地理信息系统课程教学计划里没有地图制图的章节，但这些内容是林学专业经常要用到的，必须加进来。也就是说，有必要根据林学专业对这门课程的要求，跳出地理信息系统课程体系框架去设置教学内容。

二、林业地理信息系统课程教学内容的设置

（一）教学内容的设置原则

1.以应用为导向原则来组织教学内容

林业地理信息系统是一个行业地理信息系统，对学生的要求是掌握GIS基本的理论知识，会使用GIS软件解决专业问题。因此，在教学内容组织上，必须以林业应用为导向，关注目前地理信息系统在林业中的具体应用，跳出地理信息系统课程本身的理论体系框架，适当删减、增加相关内容，构建适合本专业的教学内容体系。

从应用性上考虑，GIS的基本理论中所有可以屏蔽用户的理论比如编码、算法之类的都可以删除。在理论体系的各个章节中要侧重应用的部分。比如空间数据库的组织和管理章节，数据库的四个变迁模式可以删除，重点讲数据库的分层设计。

考虑到林学专业学生的知识结构及对地理信息系统的使用要求，笔者认为必须加入地图学的地图投影、地图符号、专题地图表示方法等内容，不过这些内容的引入也不能是全盘引入，需要进行适当的简化。比如地图投影，只需概述投影的定义、实质、衡量投影变形性质的三个指标，重点讲高斯克吕格投影，介绍一下UTM投影。

2.理论与实验教学内容紧密结合的原则

林业地理信息系统的理论教学过程和实验教学过程是相辅相成、互相促进的。

只有在正确理论的指导下，才能做好实验。在实验中，只要数据符合软件要求，软件都能给出处理结果，但是这个结果对不对，还需要运用理论才能判断。比如地图输出的时候，成果数据使用的工作底图的比例尺是1[∶]10000，但学生要按1[∶]2000的比例尺进行出图。软件可以把这个图输出来，但这个图是不能用的。

实验的反馈能增进对理论的理解。实验是一个个具体的操作，把相对抽象的理论教学内容落实到具体的任务上，能大大加深学生对理论的理解程度。

3.林业专业应用案例的选择原则

地理信息系统专业的教师上课，在举例的时候大都会选用地理信息系统当中的一些经典案例。林业地理信息系统教学案例必须采用林业应用实例，让学生切实感受到这门课程“有用”，以激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

（二）理论教学内容及其学时设置

第一章，导论，1学时，主要讲授GIS的产生、组成、功能、3S技术在林业中的应用。

第二章，GIS数学基础，4学时，主要讲授地理坐标系统、高程系统、高斯克吕格投影和UTM投影方法、54/80/2000/WGS84坐标系的相互转换、地形图分幅编号、地形图识图。选用案例：小班勾绘中立地因子信息识别，地形图上外业工作线路选择。

第三章，空间数据结构，2学时，主要讲授地理实体及空间数据的特征、栅格数据结构的基本特点、矢量数据结构的基本特点、实体式和拓扑式结构对后续空间分析的区别、栅格数据和矢量数据的对比。选用案例：某林场的数字栅格地图及林场遥感图、坡度图、林业二调数据。

第四章，数据采集与处理，4学时，主要讲授数据的采集方法（遥感的目视判读+现场调查手工填写及平板录入）、属性数据的编码、空间数据的编辑（点、线、面）、空间数据的检查（点、线、面拓扑规则的应用，属性值域设置，逻辑规则检查）、数据的格式转换（CAD、MapGIS、ArcGIS）、矢量栅格数据结构转换的应用、栅格数据重分类的典型应用。选用案例：林业二类资源调查小班勾绘，即传统地形图勾绘与平板勾绘方式、林业二类资源调查编码库、造林数据检查、石漠化数据的逻辑规则、林业二类调查和石漠化评价中的坡度分级。

第五章，空间数据组织，3学时，主要讲授GIS层的组织形式、数据库的分层及每层的数据结构设计。选用案例：湖南省森林公园数据库建设。

第六章，空间查询与空间分析，6学时，主要讲授空间查询、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、DEM的创建及地形分析。选用案例：林业资源管理查询、退耕还林查询、年度间造林叠置检查、分行政区域的森林资源统计叠置分析、自然保护区缓冲区分析、森林可砍伐区域分析、森林防火系统中的救火路径、森林小班平均坡度与坡向的提取。

第七章，地图制图，4学时，主要讲授专题地图表达方法、地图用色、地图符号、属性数据的分类分级处理、地图排版配置、森林专题地图制作。选用案例：森林资源分布图、林相图的制作。

（三）实验教学内容设置

笔者结合自己多年的实验教学经验，根据工作流程设置了实验教学内容，实验各个項目之间彼此联系，且与理论教学内容联系紧密。实验设置如表1所示。

（四）增加实习教学环节

如果说实验教会了学生使用软件的话，那么实习就是让学生灵活运用所学知识解决实际问题的教学过程，是真正把GIS用起来解决专业问题的教学过程。

1.数据依据真实场景制作，成果要求可用。比如矢量化勾绘小班操作的时候，因为没有去过现场，大部分学生勾绘小班图形时只考虑了林地和非林地、地形信息，属性数据的填写也是模拟的。而在实际工作中，需要依据小班的立地条件、森林生长状况等来勾绘小班，属性也必须是按照实际情况如实填写，生产出来的数据要符合生产质量要求，是要能够使用的，学生的责任感就会不同。最关键的是，依据实际场景来做数据，结果如果不正确，学生就会溯源数据的生成过程，思考错误的原因，在这个思考过程中，会大大增强学生对数据的敏感性。

2.林学专业的实习场地通常是比较大的范围，需要分组分工合作，对数据的分发、汇总等处理环节是一种好的演练，同时也可以让学生有大数据处理的经历。

目前在林学专业的综合实习里没有安排林业地理信息系统课程的实习，这就使学生没有实际操作的机会。学生学完了这门课程后，通常知道一些基本理论，也会用一些功能，但是面临具体的任务时，比如要些什么数据，怎么安排数据处理流程，数据是不是可以用等，常常不知道从哪里下手。这是因为实验时采用的数据是设计好的数据，学生只是依据实验操作流程进行操作，没有积累数据准备和数据处理设计的经验。因此，笔者建议增加实习教学环节。如果课程体系实在安排不下，也建议在林学专业实习的过程中增加地理信息系统应用这一项内容，让学生把地理信息系统用来解决专业问题。

另外，本课程安排在大三上学期，这时候还没有上森林经理、林业遥感等课程，笔者在举例的时候，学生还不明白小班是什么概念，因此觉得讲小班勾绘案例比较困难。遥感作为GIS的重要数据源，在林业调查监测中有很重要的作用，但因为开设在GIS课程后面，讲例子的时候学生也是似懂非懂。因此，地理信息系统课程应该安排在大三下学期，且必须排在这两门课程后面。课程学完后，马上就进入专业综合实习，教学效果会更好。

三、林业地理信息系统课程教学方法探讨

好的课程教学体系是保证课程教学效果的前提条件，有效的教学方法是保证良好教学效果的有力手段。应用型的课程必须激发学生的学习兴趣，高度重视收集学生对教学效果的反馈，及时、合理地调整教学方法。

（一）激发学生的学习兴趣

林业地理信息系统课程目前是林学专业的学科基础选修课，有些学生在学习的时候并没有足够重视，所以这门课程更需要在端正学生学习动机、激发学生的学习兴趣、调动学生学习的积极主动性、充分利用课堂的时间让学生掌握基础知识上下功夫。

1.课程考核方式由闭卷改为开卷。以前课程考核采用闭卷考试（70%）+平时成绩（30%）的方式，这种考核方式下学生不太看重平时成绩，不注意课堂听讲，更愿意在考试前突击复习。现在改为开卷考试（50%）+平时成绩（50%）的方式，开卷考试不用背知识点，重在理解应用，比闭卷考试更受学生欢迎。

2.实验课考核变实验报告考核方式为实验作业考核方式。以前实验课的成绩一般是根据实验报告和出勤率来定，而实验报告写得都大同小异，教师难以从中获取足够的反馈信息。采用作业考核的方式后，绝大部分学生都很认真地听讲，还主动地录像，独立完成作业。学生普遍反映上实验课很紧张，一点都不轻松，实验效果良好。

3.课件美化。虽然教学内容是最重要的，但良好的表现形式会使教学效果得到提升。一个制作精美的课件更能让学生愿意听讲、集中注意力和提高兴趣。

（二）注重教学效果的反馈

教学效果的不断提高依赖于及时掌握学生的接受程度，因此要重视来自学生的教学效果反馈。目前笔者主要从以下几个方面来获得教学效果反馈。

1.作业。作业是课堂教学效果的反馈形式之一，能直接反映学生对课堂内容的掌握程度。目前理论课一般会布置4个作业，分别是计算图幅号并画接图表、典型地貌手绘及常见地形图符号识别、空间数据分层设计和空间分析。作业要及时批改，及时讲解，对于抄袭作业的学生要在其作业本上提醒，这样能有效杜绝作业抄袭现象。

实验课的考核方式改变后，教师可以通过实验作业的完成质量获取足够的反馈信息，以便及时调整教学进度和方法。

2.提问。提问分课前的回顾性提问和课中的提问。提问会营造出上课的压力感，引导学生积极思考问题，促使学生做笔记。根据学生对课前回顾性提问的回答可以了解学生对上节课内容的掌握程度。课中提问能发挥学生在教学中的主体作用，增加教师与学生的互动，方便教师了解学生的思维方式，开展启发式或互动式教学，强化学生对知识点的理解能力。比如，通过课堂提问可以知道学生对数据库分层设计的理解情况，发现大部分学生一个是层的立体概念还未建立，一个是属性表结构与数据记录混淆。于是，笔者在这节课的教学过程中，请了几个学生回答问题，并与全班学生一起探讨得出结论。经过这个教学过程后，80%以上的学生的课后作业能达标了，以前没有经过这一教学过程就会有相当一部分学生的作业不达标。这说明通过课中提问来及时掌握学生思维方式后进行启发式或互动式教学的效果是很明显的。

3.设计反馈内容。在一些学生容易犯错的知识点上故意让学生得到错误信息，然后再引导纠正，实践证明这样做的教学效果良好。比如，考虑到学生很容易在投影坐标系统上犯错，于是教师在地形图配准实验中演示时用一张34度带加代号投影的地形图的配准，设计让学生操作一张38度带加代号的地形图和一张38度带不加代號的勘界图进行配准。有些学生肯定会按教师讲解的数据去选择坐标系统，这就会出现错误。学生犯错误后，由教师引导纠正，学生印象更深刻，教学效果更好。

四、结语

本文根据林学专业对林业地理信息系统课程的要求，考虑到地理信息系统课程具有系统性和行业应用性的特点，设置了比较符合林学专业实际的教学内容。笔者根据自己6年的教学经验，提出了一些激发学生学习兴趣和关注学生教学反馈的方法，这些方法能有效地提升教学效果。

林业地理信息系统课程对林学专业来说是一门工具性的课程，这个工具是否能用好，取决于用户对数据的理解程度。数据是GIS的血液，数据的比例尺与研究尺度、数据的时效性、数据的精度、空间分析中数据的有效匹配性等，都将直接影响到数据的使用效果。如何才能正确地使用数据，不是只讲一个数据质量评价这种专题就能做到的，它需要在相应的教学过程中反复强调。

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[责任编辑：庞丹丹]