农业院校GIS专业课程体系建设与教学方法改革研究

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  [摘要]当前地理信息系统(GIS)技术在我国发展迅速,已深入到社会的各行各业,因此对GIS专业人才的需求不断上升,而如何培养出满足社会需要的GIS专业人才成为当今重要的话题。本文以江西农业大学为例,详细分析了我校GIS专业的人才培养方案和课程体系建设,并对GIS专业的课程教学方法改革进行了探讨,以期为高等农业院校GIS专业的建设提供借鉴和参考。
  [关键词]地理信息系统专业 人才培养 课程体系 教学方法
  [基金项目]江西省教育厅教改课题(JXJG-07-3-3)。
  
  地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计支持空间数据上的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题[1]。GIS技术自20世纪80年代引入我国以来,经过近30年的发展,其理论研究和应用研究在我国都取得了长足的进步,GIS技术强大的空间分析能力已越来越受到各行各业的青睐,成为农业、林业、国土、城建等众多部门进行合理规划、科学决策必不可少的工具。为满足信息社会对GIS专业人才的需求,教育部于1997年设立了GIS专业,目前全国已有100余所院校设立了专门培养GIS人才的专业。这一方面说明新兴的GIS专业已迅速跻身于当前热门专业行列;另一方面,我们也应该清醒地认识到:GIS专业在我国设立时间较短,其人才培养模式和课程体系建设尚在探讨之中,教学体系与模式还不成熟。
  目前我国高等教育发展进入新时期,高等教育质量不仅受到教育界本身高度重视,也引起全社会高度关注。作为一种实践性较强、应用层次较广的新兴专业,GIS专业在江西高等院校中开办的历史并不长,如何办好GIS专业,有许多问题需要研究和探索,其中一个重要的问题是高校培养的GIS专业人才与社会需求之间存在较大差异,学生就业问题较突出。因此,有必要对GIS专业的人才培养模式、课程体系建设和教学方法改革进行深入研究和探讨,使GIS专业人才培养和专业建设能够符合新时代“科学发展观” 的要求,以适应我国经济建设和科学发展对GIS专业人才的迫切需求。
  一、GIS专业的特色与培养目标
  (一)GIS专业的特色
  GIS是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科[1,2]。可以说GIS是传统课程和现代科技课程相结合的产物,是3S技术的主要内容和核心,近些年在计算机技术高速发展的推动下,GIS技术在土地管理、资源管理、环境保护、交通运输等诸多领域得到了广泛应用。李满春等人[3]对GIS的学科特点归纳总结为:工具学科特征、工程学科特征和横断学科特征三大特征。因此,GIS专业的教学必须紧跟时代步伐,在教学中采取理论与实践并重,根据时代要求和市场需求培养理论与应用并重的综合型人才。
  江西农业大学于2004年开始筹备建立GIS专业,从教学计划制定、师资引进、实验室建设和教学设施准备等多方面着手筹建,并进行了新增专业申报工作。2005年,依托我校国土资源与环境学院土地资源管理专业和农业资源与环境专业,开设了地理信息系统专业,并招收第一届GIS专业本科生,目前已有两届毕业生完成学业走上了社会。我校GIS专业的特色在于即突出了地理信息系统的技术特征,又紧密结合了国土、环境、农业、林业等部门的业务需求,培养学生具备地理信息系统研究、设计、开发的能力和在测绘、国土、城建、农业、环境、林业等行业部门的应用能力。
  (二)GIS专业的培养目标
  我校GIS专业以地表与近地表的自然、社会、经济、文化等现象分布的空间信息为研究对象,利用计算机、卫星定位、遥感等现代技术进行空间信息的获取、管理、表达、处理与应用,为数字地球、数字国土等建设服务。
  培养学生掌握地理信息系统(GIS)、资源环境遥感系统(RS)、全球定位系统(GPS)的基本理论、基础知识和基本技能,受到地籍测量与土地管理、土地利用规划、土地信息系统、城市信息系统、数字测图、计算机操作、数字地图制图软件设计、地图设计与编绘、地理信息系统设计、城市环境分析等技能的基本训练,具有熟练运用资源环境科学、现代测绘学、计算机科学等综合理论知识开发各类专业地理信息系统的能力,能在国土、测绘、城建等部门从事空间信息的分析处理及地理信息系统设计开发工作的高级专门人才。
  二、GIS专业的课程体系建设
  课程体系是实现专业定位和完成培养目标的具体体现。课程体系是一个具有特定功能、开放性的知识—技能概念组合系统,其体系结构的形成不仅要使所包含的专业基础课、专业理论课、专业技能课、专业应用课等形成相互联系的统一整体,而且还必须正确地反映培养目标和专业定位,适应社会经济发展的需求,反映科学技术发展的现状与趋势,符合学制及学时限制[4,5]。
  (一)GIS专业的课程体系构建方案
  我校GIS专业的课程体系包括公共基础课程模块、学科基础课程模块、专业基础课程模块、专业选修课程模块、实验实践课程模块等五个学习模块,每个学习模块包含了若干课程类,每个课程类由一系列相关课程构成。
  (二)GIS专业的课程体系课程设置
  依据上述课程体系建设方案,我校GIS专业的课程设置如下:
  1、公共基础课程(1~2年级):强调对英语、形势与政策、体育等基本课程的学习。
  (1)语言类课程:包括大学英语、大学语文等;(2)政治历史类课程:包括中国近现代史纲要、形势与政策、马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论等;(3)素质类课程:包括思想道德修养与法律基础、体育、军事理论等。
  2、学科基础课程(1~3年级):强调对数学、计算机、资源环境、地理、土地和测绘等学科基础知识的学习,以面向多种行业发展。
  (1)数学类课程:包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计等;(2)计算机类课程:包括Visual Basic语言程序设计、C++程序设计、数据结构与算法等;(3)资源环境与地理类课程:包括环境保护概论、生态学原理、自然地理学、经济地理学等;(4)土地类课程:包括土地资源学、土地规划学等;(5)测绘类课程:包括数字地球导论、测量学、地图学等。
  3、专业基础课程(2~3年级):强调对GIS、RS和GPS的基础知识和基本原理掌握。
  (1)GIS类课程:包括GIS概论、GIS软件工程、空间数据库及设计、GIS设计与开发、空间分析、网络地理信息系统等;(2)RS类课程:包括遥感技术基础、遥感图像处理等;(3)GPS类课程:包括GPS原理与应用等。
  4、专业选修课程(2~4年级):强调对ArcGIS、MapGIS、Erdas、AutoCAD等软件操作技术的掌握,以及对GIS前沿、GIS应用等知识的学习。
  (1)人文社科类课程:包括当代世界经济与政治、管理学原理、可持续发展专题等;(2)计算机类课程:包括计算机图形学、面向对象程序设计、网页制作、计算机网络等;(3)资源环境与地理类课程:包括旅游规划与设计、城镇规划、土壤地理学、地理建模理论与方法等;(4)土地类课程:包括地籍管理、土地评价、土地经济学、土地管理信息系统、土地整治等;(5)GIS与RS类课程:包括ArcGIS操作技术、MapGIS操作技术、地理信息共享理论与方法、数字高程模型、专业英语、GIS前沿讲座、Erdas遥感软件操作技术、虚拟地理环境等。
  5、实验实践类课程(1~4年级):强调对学生动手与实践操作能力的培养。
  我校GIS专业的实验实践类课程由计算机类实践、土地管理类实践、GIS基础类实践和 GIS应用类实践四个类别组成,如表1所示。
  三、GIS专业的教学方法改革探讨
  (一)教学内容组织创新
  教学内容应根据专业教学计划,围绕基础知识、基础理论、基本方法和实践应用能力(“三基一用”),制定课程教学内容。GIS专业的教学内容组织分为理论教学内容组织和实践教学内容组织,理论教学内容强调新思维、新突破,实践教学要明确实践应用能力地位和作用。在现代教育技术应用与教学方法改革方面,需要加强多媒体课件和电子教材建设、试题库开发、教学网站建设等课程发展与教学改革项目,以促进了本专业课程建设与教学改革的水平。
  为了优化教学效果,提高教学质量,在GIS专业的教学中应注重综合使用多种教学方法和教学手段,包括板书讲授、多媒体讲授、网络学习、录像课、示范教学等不同方法和教学手段综合应用[6],可取得较好的效果。
  1、板书讲授主要是针对课程中的重点和难点内容,特别是涉及较多计算、理论推导等的内容,例如《地图学》中的投影计算、坐标计算,《测量学》中的导线计算、水准路线计算,以及《GPS原理与应用》中的测量误差计算、基线向量解算等可运用板书讲授,通过公式推导、计算实例等,循序渐进,让学生的接受与掌握。
  2、多媒体讲授主要是针对基础知识、基础理论和基本方法中信息量大、相对容易接受的内容,使学生能够在短时间内接触较多的信息量,并注重培养其后续的自学,如《地理信息系统概论》,考虑到该课程特点,应用PowerPoint为主制作教学课件,形式灵活,使用方便。
  3、网络教学主要是针对课程中的一般性内容,通过网络课件的形式,同时建立留言簿、答疑平台等,为学生提供一个交互的学习平台,利用这种网络教学平台,提供网络学习课件,供学生课后学习。
  4、录像课主要是通过地图学、遥感概论等课程录像,使学生能够较快地建立地图学、遥感概论等课程的基础框架和体系,直观形象地了解其中的主要问题和技术发展,为进一步的学习奠定基础。
  5、示范教学主要是针对测量绘图仪器(如全站仪、经纬仪、手持GPS仪器等)的介绍和使用,通过课堂实物介绍、实习前的操作示范等,使学生能够较快地了解仪器操作与使用的基本方法,加强实践能力和动手能力。
  (二)实践教学改革
  GIS专业的教学不仅仅是让学生了解一些理论和发展趋势,更重要的是让学生通过更多的实践学习,培养自主利用现代高科技技术手段获取地理信息、运用地理信息、处理地理信息的能力,为今后的工作和研究作技术上的准备,因此GIS实践教学是课程教学中不可替代的重要组成部分[7]。
  鉴于GIS专业课程的实践性与应用性,实践教学是GIS专业的教学中需要高度关注的重要环节[6],其大致包括以下内容:
  (1)实验实习课教学:主要通过实验实习课,使学生掌握和巩固所学知识和培养基本操作技能,在实验实习课教学中除了安排“原理实验”外,还要注意增加“创新实验”的内容,积极培养学生的创新能力。(2)实习单位实践:与科研、生产单位协作建立实习基地,培养学生的实践能力并了解所学知识在现实中的具体应用。(3)专业知识交流:与国内外的科研单位和高校建立交流关系,积极邀请业内专家学者来校做专业报告或专题讲座,让学生了解学科发展的最新动态。(4)毕业实习和毕业设计实践:加强毕业论文的实践性要求,特别是与实习单位或指导老师的科研项目挂钩,让学生直接参与解决实际科研问题。(5)GIS软件操作与开发实践:让一部分能力较强的学生直接参与GIS软件操作与应用开发实践,解决其中的个别问题,培养GIS软件操作与开发人才。(6)考试改革:采用笔试和上机考试相结合的方式,增加对学生实际应用问题综合分析和动手与实践操作能力的考核内容。
  四、结语
  当前我国GIS教育正处在蓬勃发展之中,各个高校根据自己的学科优势设置GIS专业,并在将来一定时期仍将维持这种状态,这使得GIS专业难以规范,培养的GIS 人才差别也比较大。高等农业院校GIS专业的人才培养模式、课程体系建设和教学方法的改革和创新,将充分发挥教师的积极性,强化学生计算机操作、GIS软件开发方面的实践,加强多学科交叉、GIS应用等方面的实践锻炼,培养和提高学生的自主学习能力、创造性思维和创新能力,保证良好的理论和实践教学效果,为社会输送合格的GIS专业人才。
  [参考文献]
  [1]黄杏元,马劲松,汤勤.地理信息系统概论(修订版)[M].北京:高等教育出版社,2001
  [2]邬伦,刘瑜,张晶,地理信息系统——原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2001
  [3]李满春,戴崴巍,赵勇.GIS专业人才的素质特征、知识结构与培养方案研究[J].地理与地理信息科学,2004,20(2):26-29
  [4]孙根年,黄春长,马耀峰等.论高等师范院校地理学专业课程体系的改革[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2000,28(1):114-118
  [5]原立峰,马明栋,张海涛等.GIS专业人才培养模式与课程体系建设研究[J].高等理科教育,2010(1):40-44
  [6]丁建丽.高校地理信息系统专业教学过程剖析[J].高等理科教育,2008(2):92-95
  [7]罗志军.高等农业院校GIS专业实践教学体系设计[J].江西农业大学学报,2009,8(增刊):104-107
  
  (作者单位:江西农业大学 国土资源与环境学院)
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