环境科学专业人才培养中GIS课程案例教学改革研究

陈勉为 冯 丹 陈伟红

伊犁师范大学化学与环境科学学院污染物化学与环境治理重点实验室，新疆 伊宁 835000

地理信息系统（Geographic Information System，以下简称为GIS），作为一门综合性科学，结合了地理学、地图学、遥感、大数据及计算机科学［1］，目前，已应用于各个领域，其优势在于将地图中的数据进行可视化表达，结合遥感数据分析，已被证明是应用地球科学的基础，已成为地质学、环境、土地规划等方面的有力工具。随着我国对生态环境保护力度的不断加大，在十三届全国人大四次会议上正式发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，其中第十一篇以“推动绿色发展 促进人与自然和谐共生”为主题，再次强调坚持绿水青山就是金山银山的理念［2］。环境科学专业作为一门交叉型学科，将GIS课程添加到环境科学专业教学具有重要意义，环境科学与GIS在研究方法和研究对象上具有一定的相似性，GIS的开发和利用已经能够完美贴合环境保护相关应用，如环境监测、环境影响评价、环境管理、环境规划等方面。

案例教学是将理论知识和实践相结合的教学模式，优势在于及时将理论知识融入实践中，进一步加强学生对理论知识的记忆［3］。对于GIS课程，目前，全国开设相关课程的专业非常多，而对于非地理学专业的学生，地理学知识体系不够完善，导致环境科学专业的学生在学习GIS上存在困难，在一定程度导致对理论知识感到厌烦，缺乏主观能动性，逐渐丧失学习兴趣。将案例教学模式引入到GIS课程中，以环境科学专题案例为教学重点，在理论结合实践的同时，让学生对软件进行实操，能够极大提升学生学习兴趣，增强学生记忆能力。高校作为培养高素质人才的摇篮，在人才培养上应做到与时俱进，积极响应党中央、国务院引导地方本科高校向应用型转变的号召，培养具有创新精神和实践能力的应用型人才，因此，开展环境科学专业人才培养中GIS课程案例教学改革已经成为首要任务。

一、环境科学专业中GIS课程教学存在的问题

（一）教学中理论与实践侧重点的问题

GIS技能的培养可以分为三个方向：基本应用、综合分析、开发管理。基本应用侧重将GIS作为一种工具，熟练使用软件进行简单的数据分析和制图；综合分析、开发管理则是针对地理、测绘等专业所掌握的技能［4］。因此，对于环境科学专业开设GIS课程在定位上应属于基本应用，立足于环境科学专业办学理念，紧靠应用型人才培养的相关要求，强调GIS的实用性，解决专业相关的实际问题，提升学生实操能力。

（二）教学中案例选择上偏离专业的问题

在以往的教学中，教授GIS课程的教师大部分为地理学专业，在教学过程中案例选择上会偏离环境科学专业，在人才培养上并没有做到因材施教，且当下并没有针对环境科学专业所著的GIS书籍，往往选择的都是过于专业的教材，教材中的案例分析并不能体现环境科学专业所学习的专业课内容，不能解决与环境相关的实际问题，无法提高学生解决问题的能力，导致学生对知识点的学习的缺失。

（三）课后作业及考核形式过于单一的问题

目前，高校针对环境科学专业开设GIS课程主要为选修课，在期末考核时主要是针对平时考勤和知识点的考核，过于单一。环境科学专业开设GIS课程的目的是为了学生能够熟练使用软件，而不是停留在简单书本上的知识点，着重培养学生对环境科学专业相关领域的专题制图和计算机操作实用技能。

（四）教师教学方法太过落后

随着社会的不断发展，人们的思想也在逐渐进步，以往传统的环境科学专业GIS课程教学方式已没有办法较好的适应现在学生的思维方式，应该及时调整环境科学专业GIS案例课程方式开展教学。但是，有些教师因为长期受传统教学模式的影响，会以自身为主体，实行“满堂灌、一言堂”等落后的教学方式，课堂上只是依据自身的速度做课堂安排，互动环节少，不注重学生对GIS课程案例兴趣的激发以及培养。此外，还有部分教师在教学方法上虽然采取了多媒体辅助教学，但授课过程中也面临诸多问题，对于一个图例的推导以及案例的讲解还不够详细，学生对于这些知识掌握不深入，更无法熟练应用GIS技术。GIS课程案例教学与具体实验相脱节，通过GIS实践操作，可以使学生能够利用最简捷的思维活动建立概念以及掌握规律。但是，当前学校采取的演示实验教学环节还较为薄弱，GIS课程实验条件特别落后，这些均不利于培养学生的发散性思维。

（五）教师后续职业培训滞后的问题

GIS属于交叉型学科，对任课教师的综合素质要求较高，在结合环境科学专业授课的同时紧随时代发展，结合国家相关政策不断学习，满足相关教学要求。因此，教师需要不断进行相关知识的技能培训，更利于教学稳定开展，真正做到与时俱进。

二、环境科学专业中GIS课程教学改革主要内容

（一）抓准教学中的侧重点

教学侧重点主要体现在两个方面。一是侧重GIS教学中实践为主；二是侧重GIS教学中环境科学专业课为主。GIS属于操作类课程，单纯的理论知识并不会提升操作能力。因此，实践教学在环境科学专业中GIS学习应处于主导地位，建议理论与实践课时占比为1∶2的关系，在课堂上由老师操作演示，学生在机房中跟随教师一同操作，课堂上随时进行指导教学，将理论与实践做到有机结合。任课教师的选择上尽量选择具有环境科学专业相关背景的教师，对于环境科学专业学习GIS，目的是掌握一种实用工具，针对环境科学领域相关专题进行讲授，如在做环境影响评价时，单一的理论数据并不能直观表现地区污染物空间分布特点，结合软件中空间插值方法作图能够直接对当前地区污染物的空间分布进行分析，甚至做到预测。以上两点是对教学侧重点的改革内容，做到因材施教，着重培养学生的应用实践能力。

（二）改用案例教学模式

传统教学主要是将书本上的知识点提炼到PPT中进行讲授，这种教学方式更适合理论课程，对于GIS这种实操性较强的课程，案例教学更合适。案例教学属于应用型环境科学专业课程中教学以及引导方面的一类非常有效的方法。该类方法是一种以具体的项目课题案例为核心的教学方式，把教学过程各具体的案例进行有机融合，依据实际的课题案例建立更加清晰的教学内容体系来进行GIS课程教学。通过引入环境科学专业课题相关的鲜明案例，让学生通过案例进行具体分析和讨论，并做到举一反三。如在讲授水环境容量评价专题时，我们可以以某地为例，使用软件分别进行水系分析、分水岭及水资源量分析、水环境容量计算、水环境容量分析，为学生讲授每一步的目的及意义，加深对专业理论知识的理解，同时做到举一反三，对于其他地区的水环境容量分析时依旧遵循此步骤在软件中进行操作。在其他专题中依旧可以采用案例教学模式，做到实操的同时，增强学生对理论知识的实际应用能力。将案例教学模式引入到环境科学专业中，GIS课程是对于应用型人才培养十分有利的教学模式。

（三）激发学生的学习兴趣

教师要想较好地激发环境科学专业学生对GIS课程的学习兴趣以及强烈的求知欲，应充分调动学生学习GIS课程的积极性和主动性，使学生明白本节课学什么、怎么学、达到怎样的学习效果。在制定学习目标时，就需要摒弃以往对GIS课程教学目标的模糊描述，而是树立“一切为了学生发展”的新理念，制定出符合学生实际的学习目标，让学生明白GIS课程所要达成的知识高度，从而做到心中有数，以达到事半功倍的效果。与此同时，教师应注重与时俱进，学习现代化新知识，尽可能丰富自身专业知识，以教科书为基础，适当扩展教学内容，提升学生的知识水平，让学生掌握更多更新的GIS知识，使学生体会到GIS技术的发展，并对GIS课程增加兴趣，促进学生独立性的形成，并锻炼学生们的实际操作技能。

（四）课程考核多元化

对于环境科学专业学生来讲，考核的多样化机制的建立显得十分重要。对于环境科学专业来说，GIS课程为选修课程，但选修课程并不代表重要性低于必修课程，当下对于应用型人才的培养为重点，因此学习GIS的目的是更应侧重于对于软件能够熟练地操作，并应用到环境科学领域。GIS作为一门兼具理论性以及应用性知识的学科，它的考核内容不单单涉及基础理论，而且还需要考虑基本技能以及应用能力等内容。所以，在GIS课程教学改革过程中，需要针对教学内容的具体特征，布置多样、灵活的课后作业，对过去的课程考核方式进行不断改革调整。第一，应构建网络GIS课程教学以及问答系统。依托网络媒介进行GIS课程互动教学，结合学生的不同特点以及具体需求对学生实行在线辅导和答疑，助力学生及时对GIS课程案例学习过程中面临的问题进行有效解决，培养学生对GIS课程的浓厚兴趣以及自己动手建模的实践能力。第二，科学设计GIS课程的课后作业。可以布置学生写与课程相关的论文，让学生自主通过图书馆和网络媒介查询相关网络资料，同时结合个人的具体情况对学习的具体内容进行认真梳理和明确，促使学生拓宽自身的视野，不断提升GIS课程的自学能力。第三，可在学校建立GIS课程兴趣小组。对于GIS课程知识掌握程度较高、应用能力非常强的学生，可组建多个学习小组，共同加入教师的科技课题中，不断提高学生的学习以及应用水平。第四，要采取多种考核方式。除了日常检查外，还可通过具体的实验以及设计报告等综合性考核。试题可选用非唯一答案，且与专业实践密切相关，从而培养学生的发散思维以及创新能力。对于期末成绩的考核应考虑多方面，进行整体考量。多元化考核应包括日常出勤、上课表现、上机表现、作业完成情况以及期末上机作图考试，其中日常出勤、上课表现、上机表现各占10%，作业完成情况占20%，期末上机考试占50%，采用多元化考核的方式更有利于对学生掌握GIS课程综合能力的应用。

（五）编写合适的教材或指导用书

目前，我国高校对于环境科学专业的学生选择GIS教材一般都过于专业，无法做到与本专业相匹配，在编写教材时应当紧密结合环境科学专业相关知识，与环境科学融为一体，真正做到环境科学与GIS的融合。就目前来看，编写教材不是一朝一夕的工作，在理论授课阶段依旧选用专业用书，在上机阶段我们可根据当下环境科学专业培养计划自行编写学生上机指导用书，丰富教材内容，做到因材施教，进一步提高环境科学专业对于应用型人才培养的质量。

（六）巧用互联网平台提升教学质量

随着互联网、自媒体的高速发展，使当今社会成为一个信息对称的时代，我们所学知识在互联网上均有相关检索，如中国大学MOOC（慕课）国家精品课程平台、B站等免费互联网平台，都可以成为教师及同学课后提升自我的工具，同时教师也可以通过微信公众号平台发布课程要点和布置作业，尤其是对于GIS课程，课上时间毕竟有限，课下学生操作遇到困难时，如果每位同学都单独向任课教师请教问题，任课教师既不能及时回复还会耽误备课及科研时间。因此，任课教师可以将知识要点及软件操作步骤发布至微信公众号平台，供学生课后反复研读，提升课后学习质效。

三、结语

目前，针对环境科学专业开设GIS课程的案例教学改革已迫在眉睫，尤其是对于应用型人才的培养，一定要做到因材施教。首先，在教学重点上要做到两个侧重。一是侧重GIS教学中实践为主；二是侧重GIS教学中环境科学专业课为主。其次，引入环境科学专业相关专题的鲜明案例，以案例讲解知识要点和软件操作，做到举一反三。再次，对学生的考核上做到多元化，综合评价学生课上及课后知识要点掌握情况；对于资深教师可编写适用于环境科学专业的GIS用书，青年教师可根据学生情况编写相应的上机指导用书，同时巧用互联网平台进一步提升教学质量，紧随国家相关政策及新时代发展，真正做到为国家培养环境科学领域的应用型人才。