地理信息系统课程现状、问题及改革方法

　　党的十八大报告将生态文明建设提升到更加突出的战略地位，而水土保持建设是生态文明建设的主体，培养优秀的水土保持与荒漠化防治专业毕业生对国家生态文明建设发挥着重要作用。随着国家经济和社会的发展，水土保持与荒漠化防治专业毕业生的就业方向也发生了变化，应将本专业的人才培养与社会需求与当前就业形势紧密结合，有利于为就业选择与职业发展打下良好的基础。本文在总结近五年水土保持专业就业形势的变化和发展的基础上，结合西北农林科技大学水土保持与荒漠化专业课程设置的实际情况，对GIS课程设置进行分析，力求通过教学手段的改革，探索出适合水土保持专业掌握GIS技术的新出路。

　　一、就业现状分析

　　近几年，水土保持与荒漠化防治专业本科毕业生就业去向多元化。以西北农林科技大学为例，2010~2014届本科毕业生中申请出国的占总数的3%左右，主要去往美国、加拿大和德国等。读研深造的毕业生占本科生总数的50%左右，应届毕业生保研率一直保持在15%~18%之间，考研率在30%以上，其中70%的学生选择水土保持与荒漠化防治专业继续深造，毕业后能在科研机构、高等院校从事科研或教学等工作[1].

　　直接参加就业的占毕业生人数的45%左右，多分配在水利、农业、林业、环境保护、铁道等部门下设的设计院或"水保室"等，从事水土保持与荒漠化防治、生态环境工程建设的规划、设计、施工及监测等工作[2].通过对毕业本科生和在读水保研究生关于水土保持与荒漠化防治专业的课程设置的必要性和合理性的问卷调查活动，表明部分专业课程设置应在教学环节、学时设置等方面予以加强。GIS技术、土壤侵蚀学、水土保持工程学、水土保持农业技术、水土保持规划学、开发建设项目水土保持、生态学、水文学等19门课程是水土保持与荒漠化防治本科专业的主要课程。社会用人单位选拔人才时主要考虑的是学生掌握的技术实践类知识的多少，包括水土保持与荒漠化防治理论和技术为主的应用型人才，其中技术主要包括水土保持方案编制、"3S"技术。要求学生具备宽厚的水土保持与荒漠化防治理论等基础，熟练各种技术、经验，掌握"3S"技术在水土保持和生态领域的应用技能，"3S"技术即GIS地理信息系统、RS遥感和GPS全球定位系统。

　　二、GIS课程现状与存在的问题

　　地理信息系统（Geographic Information System,简称GIS）是近年发展起来的集计算机科学、地理学、空间科学和管理为一体的边缘学科，是以处理空间信息为核心的新兴技术。GIS具有强大的空间分析和数理处理功能，在水土保持研究和实践中的应用非常广泛和深入，一直是水土保持与荒漠化防治专业教学过程中的一门必修的基础课。在2008年西北农林科技大学水土保持与荒漠化防治专业的培养方案中，"地理信息系统"课程共开设48学时，其中32个学时为理论教学。而在新的2014年培养方案中，学时由原来的48学时，变为40学时，其中24个学时为理论教学，16个学时为实践教学，学时的严重压缩。对于水土保持与荒漠化防治专业学生来说，计算机和数字制图等专业背景较差，因而要深入系统学习"地理信息系统"的原理时难度较大。加之，GIS课程的教学内容庞杂、概念繁多。

　　受教学时间所限，如何在有限的学时内，尤其实践学时较少的情况下使学生掌握地理信息系统的理论知识与实践操作，培养具备GIS基础知识和实际操作能力的水土保持专业人才，是GIS课程教学改革要考虑的问题。

　　三、"GIS"课程教学的改革

　　GIS课程内容分为基本理论和实验操作两部分。

　　通过基本理论部分的学习，要求学生应掌握GIS概念组成与功能、地理信息系统空间数据库、空间数据采集处理与分析、GIS空间分析原理与可视化及GIS产品制作与输出等。实验操作教学重点应放在GIS在水土保持专业中的应用，尽量选取本专业的案例进行分析讲解，并结合水土保持专业领域的实际课题或项目开展上机操作，掌握GIS技术在水土保持领域中的应用技能。

　　1.优化教学内容。由于受专业背景和学时数限制，导致水土保持专业的学生深入系统学习GIS原理难度很大，因此理论教学内容需要有所侧重。理论课程24个学时，具体安排：第一章绪论（2学时），主要介绍GIS的基本概念、组成、历史、基本功能及发展趋势等；第二章空间数据结构与数据库（4学时），主要讲授地理空间基础、地理数据类型、栅格和矢量数据结构特征、及数据库管理模式；第三章空间数据的采集和质量控制（4学时）；第四章空间数据的处理与分析（4学时），主要教授数字地形模型分析、空间叠加分析、空间邻近度分析及网络分析；第五章空间信息的可视化（4学时），主要教授地图制作与输出、三维可视化产品生成等；第六章地理信息系统的应用（4学时），主要介绍GIS在生态环境中的应用；第七章地理信息系统开发与评价（2学时），主要介绍GIS开发方法、过程，评价方法和评价指标。

　　2.改革教学方法。教师在教学过程中，应将教学与水保专业和科研熔为一炉，采用案例教学方法，将实践过程中的关于GIS在水土保持及水文学中的应用熔入于教学中，边举例分析边总结方法。学生往往能够从所提供的案例中得到启发，不同程度地提高学生学习的效率和教师的教学质量。而且，案例教学也从一定程度上避免了传统教学方式的弊端，使学生由传统的被动接受教师传授的知识而转为注重知识的应用，对于提高学生学习的主动性与积极性意义重大。例如，目前国内外土壤侵蚀动态变化研究大部分是基于GIS和RS技术的土壤侵蚀模型研究。应用广泛的侵蚀模型包括土壤通用流失方程（USLE）、修正土壤通用流失方程（RUSLE），以农业非点源污染为研究目的AG-NPS和SWAT模型和基于物理过程的等模型，这些模型与GIS很好地耦合，易于操作。基本方法是应用GIS和RS提取出所需因子，应用于土壤侵蚀模型，再以网格为单元计算土壤侵蚀量，应用GIS空间分析功能计算径流和泥沙在流域内的入渗、输移或沉积。最后利用GIS的图形运算功能，可以显示出不同地貌部位、不同土地利用方式下的径流和侵蚀的分异规律。基于GIS的土壤侵蚀模型，可以监测水土流失状况进行，对水土流失的成因、数量、强度、影响范围、危害及其防治效果进行动态监测和评估。因此，在第七章地理信息系统的应用一章，应紧密结合专业内容，详细介绍如何应用GIS耦合土壤侵蚀模型计算一个地区的土壤流失量及动态监测。使学生更有兴趣了解GIS和学习使用GIS,使得教学的内容跟上3S技术在生态环境方面应用的需要。总之，在水土保持专业的GIS教学过程中，教师应充分利用多媒体的优势，转换教学方式，在GIS课程教学过程中穿插各种教学方法会取得良好的教学效果。

　　3.整合实验教学内容。对于水土保持与荒漠化防治专业的学生而言，单单学好理论性知识是完全不够的，还需要培养学生的实验操作能力，即对地理信息问题的分析和ArcGIS软件的操作。因此，通过开设一些应用性的教学实验课程来培养学生实践操作能力。

　　在实验操作中学生可以将抽象的理论知识通过GIS软件得到解决和实现，会加强其对GIS理论的理解与掌握，并激发对该课程学习的欲望。实验过程中首先要强调上机学习的目的及操作注意事项。其次，讲解并演示实验步骤，对于重要的功能及应用要多次强调。

　　最后，加强学生上机实验报告的管理力度，认真修改，发现问题后及时反馈。在上机实验环节中指导教师要应精心准备实验数据与资料、精心安排实验内容和精心指导上机过程中和实验作业中遇到的问题。

　　4.改进考核方式。考核既是为了检验学生对课程的掌握情况，帮助教师不断总结教学经验，改进教学方法与技巧；同时也是为了对学生的学习做出客观、公正、科学的评价，并引导学生明确学习方向。对于水土保持与荒漠化防治专业学生来说，理解GIS的内涵，了解GIS基本原理和应用GIS软件进行水土流失的预报和监测是最终目的。考核内容应做到知识与能力并重，微观与宏观结合。因此，笔者认为最终的考核方式应该以考查为主，主要考查学生对给定GIS问题的独立分析和软件操作能力。考查内容包括：（1）提供相关地图和GIS网站，让学生下载自己家乡的电子地图作底图，数字化后完成相应专题地图；（2）利用GIS软件进行地图投影转换与空间数据配准；（3） 利用某个地区或某个流域的高程数据生成DEM进行地形分析。课程最后的成绩包括三部分，即平时表现、上机作业成绩和考查成绩。其中，平时表现包括学生出勤情况、上课表现、上机表现作为，占考核的30%.上机作业占考核的20%,考查内容操作占50%.

　　GIS是一门实践操作性强，应用广泛的专业基础课程。在有限的教学资源和课时缩短的条件下，要针对水土保持与荒漠化防治专业特点及人才培养目标，采取与专业紧密结合的多样化教学方式，对教学方法和内容加以改进和优化，寻找出一条适宜水土保持专业GIS课程教学的最佳方式，达到学以致用的教学效果，满足就业和继续在相关领域深造的水土保持与荒漠化防治专业高素质人才。

　　参考文献：
　　[1]吴发启，哈力娜。本科毕业生去向分析的几点启示[J].西北农林科技大学学报：社会科学版，2009,9（增刊）：45-47.
　　[2]宋吉红，胡畔，李扬。水土保持与荒漠化防治专业的就业分析与职业生涯指导[J].中国林业教育，2013,31（5）：51-54.