環境科學專業人才及GIS課程案例研究

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摘要：本文針對環境科學專業開設GIS課程教學中存在的問題提出相應教學改革方法，強調GIS教學中以實踐教學和環境科學專業相關專題案例教學為重點，同時對學生期末考核、教材選用、互聯網學習平臺的使用進行探討，對推動環境科學專業GIS課程教學質量的提高和環境科學專業應用型人才培養提供一定的參考。

關鍵詞：環境科學；GIS；案例教學

地理信息系統（GeographicInformationSystem，以下簡稱為GIS），作為一門綜合性科學，結合了地理學、地圖學、遙感、大數據及計算機科學［1］，目前，已應用于各個領域，其優勢在于將地圖中的數據進行可視化表達，結合遙感數據分析，已被證明是應用地球科學的基礎，已成為地質學、環境、土地規劃等方面的有力工具。隨著我國對生態環境保護力度的不斷加大，在十三屆全國人大四次會議上正式發布《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，其中第十一篇以“推動綠色發展促進人與自然和諧共生”為主題，再次強調堅持綠水青山就是金山銀山的理念［2］。環境科學專業作為一門交叉型學科，將GIS課程添加到環境科學專業教學具有重要意義，環境科學與GIS在研究方法和研究對象上具有一定的相似性，GIS的開發和利用已經能夠完美貼合環境保護相關應用，如環境監測、環境影響評價、環境管理、環境規劃等方面。案例教學是將理論知識和實踐相結合的教學模式，優勢在于及時將理論知識融入實踐中，進一步加強學生對理論知識的記憶［3］。對于GIS課程，目前，全國開設相關課程的專業非常多，而對于非地理學專業的學生，地理學知識體系不夠完善，導致環境科學專業的學生在學習GIS上存在困難，在一定程度導致對理論知識感到厭煩，缺乏主觀能動性，逐漸喪失學習興趣。將案例教學模式引入到GIS課程中，以環境科學專題案例為教學重點，在理論結合實踐的同時，讓學生對軟件進行實操，能夠極大提升學生學習興趣，增強學生記憶能力。高校作為培養高素質人才的搖籃，在人才培養上應做到與時俱進，積極響應黨中央、國務院引導地方本科高校向應用型轉變的號召，培養具有創新精神和實踐能力的應用型人才，因此，開展環境科學專業人才培養中gis課程案例教學改革已經成為首要任務。

一、環境科學專業中GIS課程教學存在的問題

（一）教學中理論與實踐側重點的問題

GIS技能的培養可以分為三個方向：基本應用、綜合分析、開發管理?；緫脗戎貙IS作為一種工具，熟練使用軟件進行簡單的數據分析和制圖；綜合分析、開發管理則是針對地理、測繪等專業所掌握的技能［4］。因此，對于環境科學專業開設GIS課程在定位上應屬于基本應用，立足于環境科學專業辦學理念，緊靠應用型人才培養的相關要求，強調GIS的實用性，解決專業相關的實際問題，提升學生實操能力。

（二）教學中案例選擇上偏離專業的問題

在以往的教學中，教授GIS課程的教師大部分為地理學專業，在教學過程中案例選擇上會偏離環境科學專業，在人才培養上并沒有做到因材施教，且當下并沒有針對環境科學專業所著的GIS書籍，往往選擇的都是過于專業的教材，教材中的案例分析并不能體現環境科學專業所學習的專業課內容，不能解決與環境相關的實際問題，無法提高學生解決問題的能力，導致學生對知識點的學習的缺失。

（三）課后作業及考核形式過于單一的問題

目前，高校針對環境科學專業開設GIS課程主要為選修課，在期末考核時主要是針對平時考勤和知識點的考核，過于單一。環境科學專業開設GIS課程的目的是為了學生能夠熟練使用軟件，而不是停留在簡單書本上的知識點，著重培養學生對環境科學專業相關領域的專題制圖和計算機操作實用技能。

（四）教師教學方法太過落后

隨著社會的不斷發展，人們的思想也在逐漸進步，以往傳統的環境科學專業GIS課程教學方式已沒有辦法較好的適應現在學生的思維方式，應該及時調整環境科學專業GIS案例課程方式開展教學。但是，有些教師因為長期受傳統教學模式的影響，會以自身為主體，實行“滿堂灌、一言堂”等落后的教學方式，課堂上只是依據自身的速度做課堂安排，互動環節少，不注重學生對GIS課程案例興趣的激發以及培養。此外，還有部分教師在教學方法上雖然采取了多媒體輔助教學，但授課過程中也面臨諸多問題，對于一個圖例的推導以及案例的講解還不夠詳細，學生對于這些知識掌握不深入，更無法熟練應用GIS技術。GIS課程案例教學與具體實驗相脫節，通過GIS實踐操作，可以使學生能夠利用最簡捷的思維活動建立概念以及掌握規律。但是，當前學校采取的演示實驗教學環節還較為薄弱，GIS課程實驗條件特別落后，這些均不利于培養學生的發散性思維。

（五）教師后續職業培訓滯后的問題

GIS屬于交叉型學科，對任課教師的綜合素質要求較高，在結合環境科學專業授課的同時緊隨時代發展，結合國家相關政策不斷學習，滿足相關教學要求。因此，教師需要不斷進行相關知識的技能培訓，更利于教學穩定開展，真正做到與時俱進。

二、環境科學專業中GIS課程教學改革主要內容

（一）抓準教學中的側重點

教學側重點主要體現在兩個方面。一是側重GIS教學中實踐為主；二是側重GIS教學中環境科學專業課為主。GIS屬于操作類課程，單純的理論知識并不會提升操作能力。因此，實踐教學在環境科學專業中GIS學習應處于主導地位，建議理論與實踐課時占比為1∶2的關系，在課堂上由老師操作演示，學生在機房中跟隨教師一同操作，課堂上隨時進行指導教學，將理論與實踐做到有機結合。任課教師的選擇上盡量選擇具有環境科學專業相關背景的教師，對于環境科學專業學習GIS，目的是掌握一種實用工具，針對環境科學領域相關專題進行講授，如在做環境影響評價時，單一的理論數據并不能直觀表現地區污染物空間分布特點，結合軟件中空間插值方法作圖能夠直接對當前地區污染物的空間分布進行分析，甚至做到預測。以上兩點是對教學側重點的改革內容，做到因材施教，著重培養學生的應用實踐能力。

（二）改用案例教學模式

傳統教學主要是將書本上的知識點提煉到PPT中進行講授，這種教學方式更適合理論課程，對于GIS這種實操性較強的課程，案例教學更合適。案例教學屬于應用型環境科學專業課程中教學以及引導方面的一類非常有效的方法。該類方法是一種以具體的項目課題案例為核心的教學方式，把教學過程各具體的案例進行有機融合，依據實際的課題案例建立更加清晰的教學內容體系來進行GIS課程教學。通過引入環境科學專業課題相關的鮮明案例，讓學生通過案例進行具體分析和討論，并做到舉一反三。如在講授水環境容量評價專題時，我們可以以某地為例，使用軟件分別進行水系分析、分水嶺及水資源量分析、水環境容量計算、水環境容量分析，為學生講授每一步的目的及意義，加深對專業理論知識的理解，同時做到舉一反三，對于其他地區的水環境容量分析時依舊遵循此步驟在軟件中進行操作。在其他專題中依舊可以采用案例教學模式，做到實操的同時，增強學生對理論知識的實際應用能力。將案例教學模式引入到環境科學專業中，GIS課程是對于應用型人才培養十分有利的教學模式。

（三）激發學生的學習興趣

教師要想較好地激發環境科學專業學生對GIS課程的學習興趣以及強烈的求知欲，應充分調動學生學習GIS課程的積極性和主動性，使學生明白本節課學什么、怎么學、達到怎樣的學習效果。在制定學習目標時，就需要摒棄以往對GIS課程教學目標的模糊描述，而是樹立“一切為了學生發展”的新理念，制定出符合學生實際的學習目標，讓學生明白GIS課程所要達成的知識高度，從而做到心中有數，以達到事半功倍的效果。與此同時，教師應注重與時俱進，學習現代化新知識，盡可能豐富自身專業知識，以教科書為基礎，適當擴展教學內容，提升學生的知識水平，讓學生掌握更多更新的GIS知識，使學生體會到GIS技術的發展，并對GIS課程增加興趣，促進學生獨立性的形成，并鍛煉學生們的實際操作技能。

（四）課程考核多元化

對于環境科學專業學生來講，考核的多樣化機制的建立顯得十分重要。對于環境科學專業來說，GIS課程為選修課程，但選修課程并不代表重要性低于必修課程，當下對于應用型人才的培養為重點，因此學習GIS的目的是更應側重于對于軟件能夠熟練地操作，并應用到環境科學領域。GIS作為一門兼具理論性以及應用性知識的學科，它的考核內容不單單涉及基礎理論，而且還需要考慮基本技能以及應用能力等內容。所以，在GIS課程教學改革過程中，需要針對教學內容的具體特征，布置多樣、靈活的課后作業，對過去的課程考核方式進行不斷改革調整。第一，應構建網絡GIS課程教學以及問答系統。依托網絡媒介進行GIS課程互動教學，結合學生的不同特點以及具體需求對學生實行在線輔導和答疑，助力學生及時對GIS課程案例學習過程中面臨的問題進行有效解決，培養學生對GIS課程的濃厚興趣以及自己動手建模的實踐能力。第二，科學設計GIS課程的課后作業?？梢圆贾脤W生寫與課程相關的論文，讓學生自主通過圖書館和網絡媒介查詢相關網絡資料，同時結合個人的具體情況對學習的具體內容進行認真梳理和明確，促使學生拓寬自身的視野，不斷提升GIS課程的自學能力。第三，可在學校建立GIS課程興趣小組。對于GIS課程知識掌握程度較高、應用能力非常強的學生，可組建多個學習小組，共同加入教師的科技課題中，不斷提高學生的學習以及應用水平。第四，要采取多種考核方式。除了日常檢查外，還可通過具體的實驗以及設計報告等綜合性考核。試題可選用非唯一答案，且與專業實踐密切相關，從而培養學生的發散思維以及創新能力。對于期末成績的考核應考慮多方面，進行整體考量。多元化考核應包括日常出勤、上課表現、上機表現、作業完成情況以及期末上機作圖考試，其中日常出勤、上課表現、上機表現各占10%，作業完成情況占20%，期末上機考試占50%，采用多元化考核的方式更有利于對學生掌握GIS課程綜合能力的應用。

（五）編寫合適的教材或指導用書

目前，我國高校對于環境科學專業的學生選擇GIS教材一般都過于專業，無法做到與本專業相匹配，在編寫教材時應當緊密結合環境科學專業相關知識，與環境科學融為一體，真正做到環境科學與GIS的融合。就目前來看，編寫教材不是一朝一夕的工作，在理論授課階段依舊選用專業用書，在上機階段我們可根據當下環境科學專業培養計劃自行編寫學生上機指導用書，豐富教材內容，做到因材施教，進一步提高環境科學專業對于應用型人才培養的質量。

（六）巧用互聯網平臺提升教學質量

隨著互聯網、自媒體的高速發展，使當今社會成為一個信息對稱的時代，我們所學知識在互聯網上均有相關檢索，如中國大學MOOC（慕課）國家精品課程平臺、B站等免費互聯網平臺，都可以成為教師及同學課后提升自我的工具，同時教師也可以通過微信公眾號平臺發布課程要點和布置作業，尤其是對于GIS課程，課上時間畢竟有限，課下學生操作遇到困難時，如果每位同學都單獨向任課教師請教問題，任課教師既不能及時回復還會耽誤備課及科研時間。因此，任課教師可以將知識要點及軟件操作步驟發布至微信公眾號平臺，供學生課后反復研讀，提升課后學習質效。

三、結語

目前，針對環境科學專業開設GIS課程的案例教學改革已迫在眉睫，尤其是對于應用型人才的培養，一定要做到因材施教。首先，在教學重點上要做到兩個側重。一是側重GIS教學中實踐為主；二是側重GIS教學中環境科學專業課為主。其次，引入環境科學專業相關專題的鮮明案例，以案例講解知識要點和軟件操作，做到舉一反三。再次，對學生的考核上做到多元化，綜合評價學生課上及課后知識要點掌握情況；對于資深教師可編寫適用于環境科學專業的GIS用書，青年教師可根據學生情況編寫相應的上機指導用書，同時巧用互聯網平臺進一步提升教學質量，緊隨國家相關政策及新時代發展，真正做到為國家培養環境科學領域的應用型人才。

參考文獻

［1］夏天．地理信息系統在環境保護中的應用研究［J］．中國資源綜合利用，2020，38（6）：64-65．

［2］新華社．中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要［J］．中國水利，2021（6）：1-38．

［3］董月成，王燕懷，張航，等．案例教學模式在“鈦合金低成本加工技術”課程中的應用［J］．教育教學論壇，2020（23）：10-12．

［4］蘭國新，陳國維，潘杰．環境科學專業特色的GIS課程教學改革研究［J］．教育教學論壇，2014（45）：236-238．

作者：陳勉為 馮丹 陳偉紅 單位：伊犁師范大學化學與環境科學學院污染物化學與環境治理重點實驗室