地理信息系统（ＧＩＳ）精品课程建设的思考与实践
时间：2021-01-29 07:57:19 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：本文在讨论精品课程特，最的基础上，从环境科学需求着手，理解GIS课程教学。实践证明，GIS科学思想与知识体的完整结合，参照国外大师级教授的课堂教学，是探讨GIS课程教学内容与方法逐步改善的可行途径。
关键词：科学思想；GIS教学；教学评估
大学课程教学是保障人才培养质量的重要环节。一个人接受什么样的大学教育，直接影响其思维习惯和科学素养的养成。当前，各级教学管理者采取多种激励措施，试图促进课程建设。特别是通过立项方式积极支持建设精品课程，以此带动和引领大学课程的建设与发展，促进教学质量的提高。管理者的愿望非常良好。各大学、院系也非常重视，教学改革深入人心。有人定义精品课程，是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教学资源、一流教学管理等特点的示范性课程。然而，科学教育有自己的规律，不同学科有不同的解决问题的方式，不同课程也有不同特点，同样的课程在不同的学科中其作用也可能是不同的。作为环境科学专业必修课程，地理信息系统的作用是为该专业学生提供必要的环境数据处理技能，引导学生如何应用地理信息科学(GIS)技术解决环境科学与工程中实际问题。要将地理信息系统建设为精品课程，需要理解科学、环境科学特点，结合“精品”的特色，参照美国优秀大学的GIS大师级教授的类似课程，从思想、内容、方法、教学辅助与管理上，探讨如何帮助学生更好地理解GIS思想，尽快掌握GIS应用技巧，解决环境科学中的实际问题。
聂庆华，南开大学环境科学与工程学院副教授。
一、精品课程的定义与特色
精品，字面上理解，是精心创作、质量上乘的作品。单纯以“一流”作为特色，缺乏可操作与比较。事实上，没有人清楚怎么才算是一流的标准。况且不同课程之间实际上没有可比性。教学时间长短、教师队伍结构、教学形式是否用现代信息技术、是否用国外教材，甚至学生的评价，也都不该是精品课程的必要前提或充分保证。因为教师从事教学时间不是教师对知识理解与领悟的指标，尤其是信息大爆炸时代，教龄长如果不善于学习，则是知识老化：教师队伍再强大，讲台却只能容纳一个人。科研也许可以团队接力，教学却主要是主讲教师能力与发挥；现代信息技术只是给教学带来了方便，不代表课堂知识是否新颖，也不表示能方便科学思想传输：国外教材也可能是外国作者本人的看法，不反映课程知识体系的完整。不同国外作者的教材，实际E差别也是非常明显的，不应当理解为用国外的教材就是精品的，用国内教材就相对低劣；学生的评价更不说明问题。好的课程，学生评价很好。但是一个附和学生分数需求、考试上明确具体内容、降低要求的老师，可能同样获得学生的青睐。
理解精品课程，应当先从“精”字入手，可以从五个方面来认知精品课程：
1 精通，精深广博。主讲教师不仅精通本课程相关的知识、课程各知识点的起源与发展，体会学科的科学思想，而且明白相关科学发展的现状和趋势，国外相同课程所采用的主要教材特点，不同学者的著作为什么会侧重本课程的不同方面。
2 精究，精习研究。教师拿起教材，照本宣科，只能给学生传授知识。但是由于有些中文教材知识相对陈旧，一般是多年前知识的累积，相关思想已经相对滞后。有的教材甚至十年也没有改进。因此教师应继续学习，追踪本专业方向上，世界各主要大学、研究机构代表性学者的研究报道：追踪各海外著名大学该课程的教学情况。每年及时更新自己的教学内容，以求将最新知识讲授给学生。
3 精要，讲清精髓。尽管教师精熟整个课程知识和思想，要在有限的课堂时间内，完整、清晰地向学生介绍整个课程内容，几乎是不可能的，要求教师精心准备每堂课，精明强记，讲清每堂课的精髓要点，让课堂上每个学生都有重要收获。若学生能够自己阅读、看懂的部分，教师就没有必要赘述。教师需要做的，是在课堂上揭示知识深处的思想。
4 精触，廉明克己。本质上，教学是潜移默化，引导学生做人的过程。大学生正处于走向成熟的年龄段，教师的人格魅力更影响学生的追求和处事方式。教师的质朴、严谨、和气与幽默，教师的廉明、求实、公正与公平等良好品格，在课程教学中可能给学生带来课程知识之外的启示。教师的微笑、宽容与坚持原则下的善良，会感染每个学生。我们主张将学生当作成熟人格的成人，尊重每个学生的人格，课堂与课后随时服务每个学生。但是必须让学生明白，一切尊重是相互的，一切自由是有规则的，一切行为都是需要自己负责任的。
5 精彩，精神活力。精彩课堂首先要求教师精心虔诚，以至诚心志，采用适当教学方式，讲述课程内容范围内的知识和思想。学生的参与是课堂更重要的一部分。参与不是让学生巍然正坐，步调一致听指挥。而是让学生的思想自由地思考和讨论课程内容。精彩的课堂不等于附和学生的喜好，决不能聊及与课程知识或思想无关的故事或幽默笑话。精彩是在于合理的内容编排，调动听众的积极参与。
因此精品课程的定义应当是：教师经过精习研究，精通课程知识与思想前提下，用精彩的语言、精巧的方法，在有限课堂时间内讲述课程内容范围内的知识和思想精髓。并且课后随时服务每个学生，解答学生相关问题。
二、GIS在环境科学与工程中的作用
GIS在环境科学中的作用，决定环境科学专业GIS课堂内容。GIS课程目标是服务于环境科学，而不是去研究GIS科学。作为环境科学专业必修课，GIS在环境管理与环境模拟方面的应用也逐渐被认知。要理解环境科学巾GIS课程教学要旨，应当先理解环境科学。
现代环境保护历史可以追溯到1870年，加州Merritt湖建立美国第一个官方野生生物庇护所。环境科学研究人类和生物与其他生命或非生命环境(物质和能量)如何相互作用。它是一个自然与社会科学的综合学科，其知识体系来自物理、化学、生物(尤其是生态学)、地质、地理、资源技术和工程、资源保护与管理、人口学、经济学、社会学、政治学、心理学和伦理学。因此，环境科学是从理论和应用层面，研究人类如何影响世界的一个交叉学科。环境科学家应用自然科学与社会科学信息，去理解地球系统如何工作，了解人与地球之间的交互作用，揭示环境问题的解决方案。因此，环境科学中，环境信息是有严格地理维的空间数据，环境信息获取、存储、管理、分析和表达与传输，都需要应用GIS技术。环境工程是借助工程原理，清除环境废弃物，降低环境风险。表面上是污水处理、固废消解和大气净化等具体工作，然而工程问题的解决往往是以模型为基础的，通过模型模拟问题的可能结果，建立环境模型才是环境工程研究的核心内容。GIS科学中Geocomputation、Geosimulation技术，是重要环境工程模拟工具。
就GIS本身而言，GIS从地理信息系统(Geographic
Information Systems，GIS)到地理信息科学(GeograDhicInformation Science，GIS)的发展则是1992年前后。从单纯GIS科学知识传授到GIS科学思想传播的升华，是最近十年的事情。随后伴随互联网技术的普及，地理信息服务(GeograpMc Information Service，GIS)成为当前GIS研究的热点之一。GIS是一个发展的技术、科学、服务，GIS的发展必然延伸其在环境科学中的应用，同时也必然带来课堂教学内容的扩展和更新。
至今，国内大学GIS课堂，往往传授GIS实用技术，以及为理解GIS技术应用所必需的概念与原理。GIS系统开发、GIS应用成为国内GIS重要主题。这种教育下。不可能出现GIS科学创新，我们只能追随商业软件开发，只能追随市场不断学习。由于信息所有权为政府，权威地理信息服务的垄断将最终阻碍技术提高。事实上，20年来国内GIS科学一直鲜有创新，只是追随国外进展，不断学习与应用。从科学自由理念出发，单纯GIS软件开发与GIS实用技术，可能变得没有科学意义。如果学生应用技能培养的同时，不能融入了更多GIS科学思考，则GIS应用也将变得一知半解。20年来，国内公司、大学、政府立项开发GIS系统不少，但真正成功的应用系统却不多。多数人谈到GIS在环境科学上的应用。首先想到的就是系统开发，对GIS学科思想理解上的畸形，直接导致GIS应用上的肤浅和难以持续。大学GIS课堂上，重视GIS科学思想的传播，是环境科学领域用好GIS技术的重要前提。
三、GIS教育与GIS课程建设实践
南开大学GIS课程的建设，经历一个漫长的探索过程，目标是让学生熟练应用GIS于环境问题的解决。初期，由于没有Interact，GIS教学只能参照北京大学、南京大学和中国农业大学的GIS课程，围绕在环境科学中应用，模仿他们的内容体系。有了网络资源，教师查阅美国、加拿大、英国、中国香港和台湾地区近百所高校GIS课程资料，并最终将教学参考重点资料锁定在美国大学GIS教学联合会(UCGIS)的网络教材。从1998年开始，该教材一直被多所北美大学使用。为适应国内学生语言习惯，我们也完成中文教材《地理信息系统及其在环境科学中应用》的编写和出版。随后，教师得到机会，追随美国科学院制图委员会主席、加州GIS学术主席、美国国家地理信息与分析中心(NCGIA)主任Keith C.Clarke教授学习。由Clarke教授推荐，后又追随美国科学院委员、美国艺术与科学委员、NCGIA学术主席的Michael F.Goodchild教授进一步学习GIS。随大师GIS课堂学习，加上进一步阅读加州大学图书馆大量的GIS教材和专著，为南开大学GIS课程教学改善打下一定基础。
得到Clarke教授和Goodchild教授书面许可，可以使用他们的GIS课本、课件、实验指导材料、考试试题。教学组织上，在一个学期时间内，讲完加州大学两学期GIS课程内容(包括GIS概论和GIS技术专题)，重点是GIS科学的思想体系。尽管教师付出非常多的时间，所有课件全部放在网络，为学生提供全英文教材。由于使用全英文讲课和考试试题，考试前没有任何提示，只能靠学生平时学习。结果显示： (1)教师讲清GIS科学思想，比单纯的知识讲解可能更深入。为学生未来准确应用GIS，解决实际问题将是有帮助的。(2)多数学生考试结果好，甚至全英文答题。俄语作为外语的学生，在没有提示情况下，也能答出优秀试卷。看来多数学生能适应英文教学与考试的。采用英文教学，至少专业术语上，为学生进一步深入学习GIS，打下良好基础。(3)作为教学研究的一部分，对考试不及格的学生进一步分析。重新从UCSB的GIS考试题库中，组织试卷，再在规定时间练习测试，显示这些学生仍不懂基本概念。反映出他们从来没有看过教材，如何教育这类学生仍需要思考。
在环境科学上进行GIS课程建设，使我们的教学与美国TOP 50排名的大学GIS教学处于同一水平，仍然有许多问题需要努力和探讨。(1)继续修编我们自己的课本。通过和国外教授合作，主要是由他们提供最新资料和内容把关，重新合著我们的教材。让我们GIS教材的知识体不落后，是保证课程质量的前提。(2)一个人或一个大学教学力量是有限的，政府或民间能否组织课程教学联合体，共同协商和制作我们环境科学的GIS课件，共享课程资源。(3)课程体系调整与图书资料建设。课程体系的调整，充足全新的图书资料，是精品课程建设的重要环节。应当适当减少缺乏实用价值的大学课程，让学生有更多的时间接受科学素养和生存能力的培训。图书馆资料的陈旧，师生不能及时了解学科动态，把握方向。一旦大学成为没有围墙的公众科学服务机构，图书资料实现共享，公共资源利用效率将更合理。 (4)面对小部分学生急功近利，过于关心考试分数而不是学识，将如何调整教学?Goodchild教授GIS课程考试的平均分是65分到75分之间。我们不是大师，同样的英文试题对非英文母语的中国学生，考试平均分不该超过这个分数。想及格，师生都须平时努力，必须理解GIS科学每个知识点和相关思想。
精品课程建设是教学内容、方法、教师与学生培养、相关政策等一系列工作的系统工程。精品课程，需要和国外大学进行比照，面对中国环境，让我们自己和学生学到解决实际问题的能力，而不单纯是知道些什么环境知识。科学思想的传输与专业能力的培养，才是课程教学的目标。
责任编辑 文和平
