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序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇遙感概論論文范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
(甘肅農業大學資源與環境學院,甘肅蘭州730070)
摘要:大學研究型教學思想已成為重要的教學理念之一。本文針對課程特點和學生特征,以研究型教學思想為指導,在遙感數字圖像處理課程中,強調開放意識、問題意識、探究意識和能力培養意識,建構了研究型教學模式,在實踐中取得了較好的教學效果,能夠激發學生學習和研究的興趣,提高學生的動手、動腦能力。
關鍵詞 :研究型教學;遙感數字圖像處理;教學模式;建構
DOI:10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.04.024
中圖分類號:G642.0文獻標識碼:A文章編號:1671—1580(2015)04—0052—02
基金項目:甘肅省自然基金(編號145RJZA163);甘肅農業大學重點課程建設項目(遙感數字圖像處理);甘肅農業大學教學研究項目“地理信息科學專業實踐教學模式的改革與實踐”資助。
收稿日期:2014—10—19
作者簡介:吳靜(1973— ),女,四川道孚人。甘肅農業大學資源與環境學院,副教授,博士,研究方向:遙感教學。
李純斌(1972— ),男,湖北長陽人。甘肅農業大學資源與環境學院,副教授,博士,研究方向:3S技術與應用。
付彩菊(1981— ),女,甘肅定西人。甘肅農業大學資源與環境學院,講師,碩士,研究方向:遙感教學。
閆培潔(1985— ),女,甘肅白銀人。甘肅農業大學資源與環境學院,講師,碩士,研究方向:遙感教學。
大學研究型教學以主體教育思想、素質教育思想、創新教育思想為理論指導,注重培養學生可持續發展的能力,如自主能力、創新能力、交往合作能力等,能夠很好地體現現代大學教學的本質,[1]因此,研究型教學思想自美國在20世紀80年代提出以來,得到了包括中國在內的各國教育界的積極響應和發展,取得了矚目的成就,成為高校推崇的教育理念之一。[2]
目前,我國高校的在校學生一般都是“90后”,他們在開放的網絡環境中成長,通過網絡獲取信息的能力較強,更希望在學習中掌握主動權,[3][4][5]適合“以學生為主體、以教師為主導”的研究型教學模式。[6]
甘肅農業大學遙感數字圖像處理重點課程建設項目以研究型教學思想為指導,進行了研究型教學模式建構的探索和實踐,并取得了較好的效果。
大學研究型教學的基本特點包括:教學時空的開放性;教學主體的互促性;教學方法、手段的多樣性、靈活性;教學過程的探索性;教學氛圍的民主性;教學評價的綜合性。基于上述理念,筆者結合學生的特點和課程特征,貫穿開放意識、問題意識、探究意識和能力培養意識,[7]在遙感數字圖像處理課程教學實踐中建構研究型教學模式。
一、開放意識
(一)教學時空開放
遙感圖像資料是遙感處理的對象,如何根據需求獲取合適的遙感圖像是本課程的最基本技能,也是對學生首要的素質要求。然而,下載遙感圖像耗時較長,而且必須通過網絡下載,鑒于課堂學時不足,同時學院實驗室機房沒有開通互聯網,所以,我們設計了一個課外實驗:要求學生利用課余時間和網絡資源,下載一景遙感圖像(不限平臺、傳感器、時間、地點等);說明下載的過程,包括網站信息、數據查詢條件設置、數據下載的方式等。通過這個實驗,達到讓學生掌握下載遙感圖像的流程、了解相關網站的目的。由于該實驗具有一定的挑戰性,而且最后結果明確(是否下載到圖像),學生克服各種阻力完成之后,會有一種成就感。此外,由于實驗中沒有限制平臺、傳感器、時間、地點,結果也不是全班統一的,有的學生下載了學校所在城市的影像,有的下載了家鄉的影像,有的下載了自己向往地點的影像,等等,體現了自己的獨特性。通過教學時空的開放,達到了對實驗條件揚長避短、充分調動學生積極性的效果。
(二)資源開放
1.網絡資源。收集整理各種獲取遙感圖像資料的途徑,讓學生親自去體驗獲取影像資料的過程,使其對不同平臺、不同處理級別、不同價位、不同格式、不同內容的資料有直觀認識,并熟悉網站資源和數據申請流程,及時跟進網站的更新進度,了解業界的最新動態。
2.文獻資源。遙感圖像處理具有一定的不確定性,而且處理方法多樣,因此,在教學過程中,應為學生提供各種相關的期刊文獻供其參考,讓他們不僅自己會操作、與同學探討處理過程和結果,還能看到相關專業領域的學者如何進行遙感圖像處理研究。
(三)課程開放
遙感數字圖像處理與遙感概論、遙感概論教學實習兩門課程內容相關,但各有側重。遙感概論側重介紹遙感相關理論以及遙感圖像處理方法及原理;遙感數字圖像處理課程側重處理的基本操作;遙感概論教學實習則是在具體給定項目中,在所學理論方法指導下,貫穿各種基本操作,實現項目目標。遙感數字圖像處理每一次實驗所培養的技能就像一顆顆打磨好的、散落的珍珠,遙感概論教學實習就像一條線,將每顆珍珠貫穿到一起,形成一條美麗的項鏈。三門課程相互銜接,前后呼應,學習、鞏固、提高,不斷提升學生對遙感學科的理解。
二、問題意識
以問題為導向,在實驗設計中強調利用所學知識和技能解決實際問題,通過每個實驗的設計以及不同實驗之間的相互呼應體現問題意識。
(一)單個實驗要求分兩個層次
每一次實驗對學生提出兩個層次的要求,首先是要求其完成基本操作;在此基礎上,提出任務要求,要求用基本操作解決具體問題,加深對操作的熟悉程度,同時要對此操作的目的和意義有進一步的思考和理解。
綜合兩個層次的練習,不僅能讓學生學會操作,而且能夠明白操作的目的和意義。
(二)各個實驗互動呼應
如綜合“實習一ERDAS視窗操作”和“實習六空間建模”設計一個習題,要求學生利用實習一的作業二的結果作為輸入,運用實習六的操作完成對圖像的分類。這樣一方面可以加深學生對實習一的內容的理解,用更積極、深入的方式激活學生對前面所學實驗的回憶;另一方面還能增強學習的趣味性,激發學生思考的積極性,達到了由實驗六激活實驗一的效果。
期中開設習題課,綜合所學,提出思考題,引導學生想辦法利用所掌握的操作技能,完成思考題,解決問題。
三、探究意識和能力培養意識
將課程與其他相關的專業學習活動聯系起來,學研結合,培養學生的探究意識。指導學生參加學生科研訓練項目(SRTP)、進行畢業設計與畢業論文研究,利用本課程中學到的技能和方法解決一些實際問題,完成圖像的獲取、預處理、增強處理、運算、得出結果和結論的全過程,并用論文的方式進行總結。鼓勵學生參加國際、國內相關內容的比賽,按一定要求和規則完成相應任務。
一般來說,在SRTP、畢業設計和各種比賽中,學生們需要解決的問題比課堂上要多,包括數據的下載、數據的格式、數據的運算、各種不同來源數據之間的協同等,或者是海量數據的處理等各種問題。在解決問題的過程中,往往要求學生查閱大量文獻或者需要在課程教學所用到的平臺或相關軟件平臺的基礎上進行二次開發,達到按需處理數據的目的。這個過程非常鍛煉學生,能使學生在心理素質的培養、學識的積累、處理問題的能力培養等方面獲益良多。
綜上所述,只要根據課程特點采用研究型教學模式,將雙主體意識、開放意識、問題意識、能力培養意識和探究意識貫穿于教學之中,挖掘學生學習的積極性,就能夠使他們學得輕松、快樂。
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參考文獻]
[1]羅秋明,梁美華,易斌.大學研究型教學理論、方法與模式[M].徐州:中國礦業大學出版社,2005.
[2]何云峰.大學“研究性教學”的發展路向及模式建構[J].中國大學教學,2009(10).
[3]王曉雪.針對“90后”學生特點的大學英語個性化教學研究[J].科技信息,2013(10).
[4]薛晶心.認識90后大學生特征,尋求有效的教學對策[J].大學(學術版),2011(1).
[5]鄒統釬,黃琳琳.網絡時代“90后”特點及教學模式創新研究——從北京第二外國語學院旅游管理專業教學實踐談起[J].中國大學教學,2014(1).
關鍵詞: 土地資源管理專業培養方案修訂與改革
一、我校土地資源管理專業培養方案修訂的意義
我校的土地資源管理專業是由原來的房地產經營與管理專業演變而來的,房地產經營與管理專業在1993年開始招收本科生,當時在房地產專業領域有“五朵金花”之稱,在全國處于領先地位。我校土地資源管理專業是在2001年才開始招收本科生,目前在校生達300多人,已有畢業生近千人。盡管土地資源管理專業培養方案進行了幾次調整,但仍存在人才培養目標不明確、特色不鮮明、優勢不突出等問題,因此,進一步探索土地資源專業課程體系的設置,既突出我校的專業特色、滿足社會對人才的需求,又符合土地資源管理專業學科委員會對土地資源管理專業的課程設置要求非常有必要。現在又面臨新一輪教學計劃的調整,該課題的研究將為新一輪教學計劃的調整提供一套切實可行的方案,有力推動我校的教學改革。
二、各高校土地資源管理專業課程體系現狀
據不完全統計,全國已有60多所高校開設了土地資源管理專業。由于不同高校土地資源管理專業發展背景不同,各類院校在專業定位和人才培養目標上各有側重,但大致可分為偏重技術型人才培養和偏重管理型人才培養兩大類。其中農業類、經濟類院校多偏重于管理型人才培養;理工類、地質類院校多偏重于技術型人才培養。
(一)各高校土地資源管理專業課程體系設置現狀
1.中國地質大學
中國地質大學的土地資源管理專業培養方案中課程體系的基本結構為“公共基礎課―專業基礎課―專業主干課―實踐必修課―選修課”的分段組合模式,構建了公共基礎類課程模塊、土地資源類課程模塊、信息技術類課程模塊、土地經濟類課程模塊、工程技術類課程模塊和土地管理類課程模塊六大課程模塊。
土地資源類課程模塊課程設置有:土地資源學、土壤學、景觀生態學、土地評價等課程。
信息技術類課程模塊課程設置有:土地信息系統、測量學、土地資源遙感、GIS原理與應用、GPS原理與應用等。
土地經濟類課程模塊課程設置有:土地經濟學、不動產估價、房地產開發與經營、城市土地經濟學、物業管理等。
工程技術類課程模塊課程設置有:地籍測量、農田水利、土地利用規劃和土地整理復墾等。
土地管理類課程模塊課程設置有:土地管理概論、地政學、土地政策與法規、地籍管理和國土資源管理學等。
2.中國人民大學
中國人民大學的土地資源管理專業課程設置如下:
主干學科:公共管理學、應用經濟學。
主要課程:微觀經濟學、宏觀經濟學、管理學原理、公共管理學、管理信息系統、公共政策、城市經濟學、城市經營與管理、城市規劃、不動產管理概論、不動產經濟學、房地產開發與經營、房地產市場營銷、不動產估價、不動產政策與法規、不動產投資分析、不動產金融、不動產市場分析、土地資源管理、土地利用規劃、土地行政學、土地資源評價、土地信息系統、土地政策與評價、地籍管理、統計學、測量學。
3.廣西師范學院
廣西師范學院的土地資源管理專業課程設置如下:
專業必修課程:土地管理學、土地經濟學、土地法學、土地資源學、土地規劃學、土地信息系統、土地利用管理、地籍管理學、不動產評估。
專業必選課程:西方經濟學、管理學、自然地理學、地圖學、測量學、地籍與房產測量、遙感概論。
專業選修課程分為土地資源管理、房地產經營與管理、不動產評估和資源環境管理四個方向。(1)土地資源管理方向的專業選修課程:土地行政管理、土地整理與耕地保護、數據庫技術、地圖制圖技術、專業軟件操作及應用、城鎮規劃、土地可持續利用;(2)房地產經營與管理方向的專業選修課程:建筑識圖與房屋構造、房地產投資分析、房地產營銷與策劃、物業管理、房地產開發與經營、房地產市場學;(3)不動產評估方向的專業選修課程:房地產開發經營與管理、房地產估價理論與方法、房地產基本制度與政策、房地產估價實例分析、資產評估學、建筑工程概論;(4)資源環境管理方向的專業選修課程:可持續發展引論、環境學概論、土壤地理學、礦產資源管理、資源環境經濟學、區域分析與規劃。
實踐類課程:測量學實習、地籍與房產測量實習、地圖學實習、設計、土地資源學實習、地籍管理實習與設計、土地規劃學設計、不動產評估實習、土地信息系統設計、畢業論文、綜合實習。
4.山東農業大學
山東農業大學的土地資源管理專業課程設置如下:
主干學科:土地資源學、土地管理學、土地規劃學、土地經濟學。
主要課程:管理學原理、地學基礎、地籍測量、土地資源學、土地資源調查、土地制圖學、土地制圖技術、土地信息系統、土地資源評價、土地管理學、土地政策與法規、土地經濟學、土地利用工程、土地規劃、水資源與農田水利、不動產評估、測量學計算機應用、專業英語、應用寫作。
(二)啟示與借鑒
從各高校土地資源管理專業的課程體系設置來看,各高校的課程設置都是根據自己的特點和優勢設置課程,沒有統一的課程體系,因此培養方案的修訂關鍵是發揮自己的優勢和特色。
三、我校土地資源管理專業培養方案修訂與改革思路
經過與專家、教師、已畢業學生及在校學生研討,我校的土地資源管理專業培養方案修訂與改革思路確定為:突出自己的優勢與特色,為首都服務。根據該思路,制定了2008版我校土地資源管理專業的培養方案。要點如下:
(一)人才培養目標的定位
本專業培養為首都經濟服務,掌握城市土地管理、房地產管理等相關基礎知識和專業技能,能夠從事土地管理、土地利用規劃、房地產開發經營管理、房地產項目投資分析、房地產市場研究、物業管理等相關工作的能力強、素質高,富有創新精神的應用型、復合型高級專門人才。
(二)課程體系的修訂與改革特點
1.專業特色
以土地管理為專業基礎,以房地產經營管理為專業特色,突出城市土地開發與利用,結合房地產業運作結點,將知識體系、課程體系、產業運作體系和就業崗位體系相互貫通。
2.人才培養特色
倡導理論聯系實際,使課程設置與就業充分鏈接;通過案例教學和實踐教學,強化專業技能的訓練;通過考察、實習、實驗課等環節,整合專業知識并與操作實踐緊密銜接。
3.課程特色
本專業包含“土地資源管理模塊”、“房地產開發經營模塊”、“城市經濟與管理模塊”和“工程與技術”四大課程模塊,四大模塊都設置了基礎性課程和專業性較強的深化課程,既考慮了課程設置的規范化要求,同時又強化了房地產經營管理的專業特色與優勢。
(三)我校土地資源管理專業培養方案課程體系
2008年起新實施的土地資源主要培養方案課程體系由“公共基礎課、學科基礎課、專業課、專業選修課、通選課、實踐教學”組成。
其中,學科基礎課有:經濟學原理、會計學、公共經濟學、管理學、管理信息系統、財務管理學、經濟法、市場營銷學、統計學、城市經濟學。
專業課有:土地資源學、土地經濟學、土地管理學、房地產開發經營、住宅經濟學、房地產金融、房地產估價理論與方法、土地利用規劃學、地籍管理、土地信息系統、物業管理理論與實務。
專業選修課:城市規劃與管理、資源與環境經濟學、城市生態學、房地產投資分析、建筑工程識圖與應用、北京城市規劃理論與實踐、遙感技術概論、不動產制度分析、房地產市場理論與實務、建筑工程概論、房地產企業融資籌劃、國外不動產理論與實踐(雙語)、房地產信息管理與應用、城市管理制度與政策、房地產估價案例、城郊土地流轉與管理、智能建筑管理、房地產稅收、城市基礎設施經營管理、房地產策劃案例、建筑工程造價。
該課程體系凸顯了“土地資源管理”、“房地產開發經營”、“城市經濟與管理”和“工程與技術”四大課程模塊,既考慮了土地專業管理專業課程設置的規范化要求,同時又強化了我校房地產經營管理的專業特色與優勢。
“土地資源管理”模塊的主要課程有:土地資源學、土地經濟學、土地管理學土地利用規劃學、地籍管理、土地信息系統、城郊土地流轉與管理。
“房地產開發經營”模塊的主要課程有:房地產開發經營、住宅經濟學、房地產金融、房地產估價理論與方法、房地產投資分析、不動產制度分析、房地產市場理論與實務、房地產企業融資籌劃、國外不動產理論與實踐、房地產信息管理與應用、房地產稅收、房地產估價案例、房地產策劃案例。
“城市經濟與管理”模塊的主要課程有:城市經濟學、城市規劃與管理、資源與環境經濟學、城市生態學、北京城市規劃理論與實踐、城市管理制度與政策、城市基礎設施經營管理。
“工程與技術”模塊的主要課程有:建筑工程識圖與應用、遙感技術概論、建筑工程概論、建筑工程造價、智能建筑管理。
通過這次課程體系調整,更加明確了我校土地資源管理專業定位和專業特色,既貫徹了2004年全國土地資源管理院長系主任聯誼會會議精神,把土地資源學、土地經濟學、土地利用規劃學、地籍管理、不動產估價和土地信息系統6門課程作為核心課程,又體現了我校房地產經營管理的鮮明特色;進行了課程體系的優化,使課程的先后順序更加合理;為學生自由發展提供了較大空間,專業選修課給出了46學分的課程,學生在其中選購30學分即可;重視實踐教學,增加了實踐環節,增設了實操性很強的一些課程,如房地產企業融資籌劃房地產估價案例、房地產策劃案例等。
參考文獻:
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[3]袁春等.土地資源管理專業實踐教學體系改革研究[J].中國地質教育,2007,(1).
【關鍵詞】創新能力 培養 地方院校 地理科學專業 實踐教學
【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A
【文章編號】0450-9889(2013)12C-0031-03
在國際競爭日趨激烈的今天,加強大學生創新實踐能力的培養,對國家、地方、高校以及大學生個人都極其重要。國外許多高校通過組織學生全面參與科研等方式進行研究型創新實踐學習,培養創造性人才。我國許多高校也正在大力推動本科生加強科研活動,開展實驗調查等,以促進大學生創新實踐能力培養。然而,目前我國地方高校數量占全國高校總體的大部分,它們與重點研究型高校相比,在為學生提供的科研項目、資金及科研平臺及實驗設施等方面還存在明顯差距。這必然要求地方高校在培養學生創新實踐能力方面,必須努力尋找與本地區、本校情況相適應的因地制宜的創新途徑。而探索有效的創新實踐教學途徑則是地方高校彌補不足的最重要方式。創新能力就是推陳出新的能力,具體是指人們運用知識和理論,在科學、藝術、技術和各種實踐活動領域中不斷提供具有經濟價值、社會價值、生態價值的新思想、新理論和新方法的能力。本文以貴州省凱里學院為例,探索如何構建實踐教學體系,培養學生的創新實踐能力。
一、地理科學專業加強創新實踐能力培養的意義
《中華人民共和國高等教育法》明確規定,高等教育的基本任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。創新教育是以培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育,其核心是研究和解決人的創新精神和實踐能力的培養問題。吳傳鈞院士認為,地理科學是一門研究地球表層自然要素與人文要素的交互關系與作用的科學。地理科學作為一門綜合性專業,已經在社會經濟多領域發揮重要作用,其人才培養目標已經不僅是為中學基礎教育培養合格的地理學科教師。地理科學研究對象的綜合性還決定了實踐教學是地理創新實踐能力培養的重要途徑。因此,加強地理專業學生創新實踐能力的培養,不僅可促使學生深刻理解地理環境事物發展與演變規律、人地關系地域系統結構等知識,還對培養地理科學專業學生成為創新型人才,為國家構建戰略創新體系提供支持具有重要基礎意義。
二、地方院校創新實踐能力培養面臨的困境
凱里學院作為地方新建本科院校,因其建設時間較短,在學科建設方面與國內許多高校相比,還存在多方面的不足,在建立培養學生創新實踐能力的機制方面還面臨許多困難。
從凱里學院內部因素來看,存在以下幾方面不足:師資隊伍不完備,整體教學與科研隊伍水平不高;實踐、實驗教學設施不完備,考核評價體系不完善,激勵等管理體制不健全;實驗實踐基地數量少,資源整合利用度低,沒有充分發揮實踐實驗設施、基地的效能;實踐教學方法還存在不足,對促進創造性和創新思維發展的方法還較少。
從凱里學院所處區域環境看,存在以下幾個方面的劣勢:區域經濟落后,地方財政資金支持力度小;生源質量不突出,教育資源整體匱乏;地處西部山區,地理區位條件差,對高級人才吸引力弱;當地社會企業數量少、層次低,對高校實踐支持力度弱,能提供校外實習基地數量少,產學研實踐平臺層次與水平低。
目前,凱里學院在培養學生創新實踐能力過程中,在人才創新培養的實踐教學體系的優化設計,因地制宜地構建合理的創新實踐教學體系與方案、高效的管理制度、評價考核體系等方面都亟待提高,并且還面臨著資金不足等問題。因此,努力探索、研究適宜本地院校的創新能力培養實踐教學體系,是培養出優秀的具有創新能力的高素質人才的重要途徑,對于促進地方、國家的經濟發展等也具有重要意義。
三、構建培養創新能力的地理科學專業實踐教學課程體系
目前,不少學者進行了地理科學專業實踐課程體系的構建。例如,朱愛琴對地理科學專業的實踐教學提出了地理過程實驗模塊、地理教育實踐模塊、地理應用實踐模塊、地理技術實踐模塊。
1986年錢學森提出,地理學應當是與自然科學、社會科學、數學科學等并列的大科學體系,故稱“地理科學”。它可分為三個層次,即基礎理論層次(基礎科學)、技術理論層次(技術科學)、技術層次(工程科學)。楊開忠認為科學體系應是客觀存在的科學研究分工和協作發展的系統反映,并總結和概括出地理科學體系包括地理科學哲學、基礎地理科學、應用地理科學和技術地理科學四個層次。構建創新實踐能力培養的地理科學專業實踐教學課程體系也應該是以科學的地理科學體系為基礎。本文以錢學森、楊開忠等人構建的地理學學科體系為基礎,根據凱里學院地理科學專業實踐課程體系的實際情況,進行實踐教學體系的構建,將其分為地理科學基礎實踐課體系、地理科學應用實踐課體系、地理技術實踐課程體系、地理科學綜合創新實踐課程體系。
(一)地理科學基礎實踐課程體系。主要是通過地理科學專業課程的實驗、實踐去深刻認識地球表層,理解人地相互作用關系及過程。包括核心基礎實踐課程與基礎實踐課程。
核心基礎課程有地球概論、地質學基礎、氣象學與氣候學、綜合自然地理學、植物與土壤地理學、水文學與地貌學等。基礎地理科學是核心基礎地理科學與自然科學、社會科學的合作領域。主要有人文地理學、環境生態學、文化地理學、人口地理學等專業課程。
在基礎實踐課程體系中,通過設置驗證性和探究性等形式,在室內、室外分別進行觀察、測試、分析、考察及綜合自然地理實習等實踐訓練,培養學生對實驗操作、數據采集、分析處理等能力,并通學生自己設計實驗,去分析、研究、探索出結論,促進學生在實踐訓練中對地理現象、地理環境客觀規律、人地關系的深刻認識,培養并激發學生的科學探究能力。
(二)地理科學應用實踐課程。主要是把基礎地理科學的理論和方法系統地應用于解決人口、資源、環境、經濟和社會問題。主要包括地質、環境、資源、生態、城市、經濟、社會等領域。主要的應用實踐課程有經濟地理學、巖溶學及應用、區域分析與規劃、旅游地理學、鄉村旅游學、環境學概論、可持續發展理論、區域經濟學、城市地理學、災害地理學、生態旅游學等。
在應用實踐課程體系中,主要讓學生通過室內資料準備與分析,室外實地綜合考察、觀測、調查研究,去獲得地理環境中自然要素、人文、社會、經濟、環境等各方面的數據資料,運用地理科學專業知識去分析與研究地理環境中的人口、資源、環境、經濟和社會的各方面及綜合問題,并提出解決措施與辦法的實踐訓練,培養學生運用地理科學專業思維分析問題與解決問題的能力。
(三)地理科學技術實踐課程。技術實踐課程是專門研究和開發地理科學技術手段的科學,是地理科學的技術支持系統,它包括傳統地圖測量技術、數學分析方法、新興信息計算機技術與“3S”技術,是地理學與計算機、信息學、圖像學、遙感、衛星等新興技術的結合。主要技術實踐課程有地圖學與測量學、遙感概論、地理信息系統原理、地理學的數學方法應用、計量地理學等。
在技術實踐課程體系中,主要讓學生在運用計算機技術實踐中,通過對地理信息系統技術、遙感技術掌握及相關軟件技術運用,對數字化地圖、遙感影像等資料中提供大量的地理信息數據資料,進行提取、分析運用的實踐訓練,以及運用數學方法對地理事物的空間規律的分析、建模的實踐訓練,建立認識、分析地理空間事物信息系統的新思維、新思路、新技能。
(四)地理科學綜合創新實踐課程。主要是地理教學技能與理念的培訓實踐,以及科技競賽、科研課題、學術(畢業)論文寫作等綜合性創新能力訓練的實踐,它還是運用地理科學專業知識水平及創新實踐能力的綜合體現。包括教育教學實踐訓練、科研課題研究實踐訓練、學術(畢業)論文寫作實踐、科技競賽實踐訓練等。綜合實踐課程有地理教學論、中學地理教學技能與教材精讀、教師教學技能訓練、教學見習、社會綜合實踐調查、學術規范與論文寫作、畢業論文寫作講座等課程。
在綜合創新實踐課程中,主要讓學生參與課程教學技能的訓練與實踐,通過主持或參與課題研究過程的實踐及撰寫學術(包括畢業論文)論文等實踐訓練形式,逐步培養具備良好的中學地理教學技能的能力,培養具有較強的信息處理、數據分析、研究寫作等科學研究能力。
從地理科學專業創新實踐教學課程體系結構可知(參見圖1):基礎實踐課程是地理科學專業實踐教學體系的基礎,側重于對自然環境特征及其演化規律認識的實踐訓練;應用實踐課程側重于對自然環境整體系統中的社會經濟、環境等問題認識與研究的實踐訓練;技術實踐課程側重于培養學生運用新技術與方法進行地理科學領域進行研究的實踐訓練,它也是當代研究地理科學領域的重要技術手段和工具;綜合創新實踐課程則是綜合運用地理科學專業知識進行教學技能、科學研究能力的實踐訓練。其中基礎實踐課程與應用實踐課程體系在地理科學創新實踐教學體系中,起著培養學生創新實踐能力的基礎知識鋪墊作用,技術實踐課程體系起著訓練學生具備運用地理科學系統理論與方法、先進信息技術與數學方法進行綜合實踐創新的技能,綜合創新實踐課程體系則是訓練、培養學生運用地理科學知識、理論與技術進行實踐創新的能力。
圖1 地理科學專業實踐課程體系結構
四、地理科學專業培養學生創新能力的實踐教學措施
凱里學院盡管在培養學生創新實踐能力過程中面臨許多困難,但也在不斷向國內外優秀高校學習,努力尋求適宜的學生創新實踐能力培養的途徑,不斷彌補不足,并根據本學院及地理科學專業的實際情況總結出以下幾方面的實踐教學措施。
(一)重視通識教育課程體系的建設。地理學是對自然要素與人文要素相互作用與關系及其時空規律的科學,因此地理科學專業對學生具備良好的科學與人文素質提出很高的要求。通過通識教育課程體系建設,可以使科學與人文教育的緊密結合。學生不僅可掌握所學的專業知識外,還可學習其他學科的知識,為綜合創新實踐能力培養打下堅實的基礎。哈佛大學等世界名校對通識教育課程建設非常有特色,要求學生所學知識必須包含文、理兩大領域的基礎知識,通過多學科知識的結合,培養學生的綜合素質和綜合創新能力。因此,加強通識課程體系的建設,對促進地理科學專業學生創新實踐能力的提升具有重要基礎作用。
(二)打造學生參與科研實踐的教學平臺。地理科學專業是一門實踐性、應用性很強的學科。要求學生具備很強的區域野外實地觀察力、運用“3S”技術處理區域地理空間信息的能力、區域經濟綜合分析的能力等。通過打造建設學生參與科研實踐的教學平臺,促進學生在參與科研過程中去創新、設計實驗過程,主動觀察、分析地理科學現象,促進其創新思想與創造力的形成。
(三)重視實驗室和實踐基地的建設與管理。雖然凱里學院資金困難是其實驗室建設面臨的主要問題,但只有加強建設才能為學生提供最好的創新實踐平臺。在建設過程中,應該注意厲行節約、務實,集中資金優先購買急需的設備。加強對高水平實驗技術人員的培育與引進,注重引進教學與實驗兼具的“雙師型”人才。對實驗室的管理,從實驗室管理制度與學校實驗室資源整合等方面加強管理,充分發揮全校所有實驗設備、設施的功效。
實踐基地建設是地理科學專業創新實踐教學的非常重要的組成部分。選擇典型的、具有區域綜合性強及區域特性突出的實踐教學區,作為穩定野外實踐教學基地,是地理科學專業實踐教學必須達到的要求。凱里學院充分利用黔東南州及周邊區域特色,有效地建立自然、人文景觀為實習實踐基地。如劍河縣八郎國家地質公園、雷公山國家級自然保護區,雷山縣西江千戶苗寨風景區等極具區域特色的自然、人文景觀作為實習基地。此外,還應積極加強校外實習基地的建設與管理,改變以前將其作為實踐場所的觀念,尋求與實踐教學基地所在單位深入合作途徑,建立校企互利機制,促進實踐基地建設的穩定和持續發展。
(四)加強教師創新實踐教學素質的建設。高素質創新實踐人才的培養,離不開具有創造能力的教師隊伍。只有教師具備地理科學專業的前沿理論以及對相關交叉學科的最新理論有深入理解,才能在教學中講出新思路、新方法,并引領學生在科研實踐中去創新、探索。當教師具有較強的創新實踐能力時,才能改善自己的教學方式,開展有利于創新實踐培養的教學組織形式,從而培養出具有創新實踐能力的學生。
(五)建立地理科學專業實踐課程的質量考核與評價體系。合理、有效的實踐課程質量考核與評價體系是培養學生創新實踐能力的制度保障。地理科學專業實踐教學考核評價體系需要從實驗室實驗、野外實踐基地的調查研究、教學技能訓練與見習等幾方面分別進行建立,從實驗實踐的準備、流程設計,實驗實踐參與過程,實踐作業及教育實習效果等幾個環節進行考核,其中實踐作業按實驗報告、實踐調查報告、學術論文等形式進行評價。從學生與教師的角度分別建立考核體系,并對考核體系建立量化考核指標。
總之,高校肩負著培養學生具備創新實踐能力的歷史重任。雖然地方高校在培養學生創新實踐能力方面還存在許多限制性因素,但只要能因地制宜制訂創新實踐人才培養方案,從教師隊伍、實踐課程體系、實驗室建設與管理、實踐基地建設及考核評價指標體系等方面做好創新實踐基礎工作,提高大學生的創新精神和實踐能力,一定能建設優良的創新實踐人才培養基地,為我國經濟建設與發展發揮重要作用。
【參與文獻】
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【基金項目】凱里學院校級教學改革與研究一般項目(JG201338)
【關鍵詞】遙感數字圖像處理 團隊合作 問題導向 地理信息科學
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)10-0016-02
一、課程特點和教學現狀
1998年教育部新增地理信息系統(GIS)本科專業后,我國GIS教育發展形勢空前活躍。目前,國內已有近200所高校開設了地理信息系統專業,逐步形成了比較穩定的GIS專業課程體系與課程設置方案(石永明,2011)。其中,遙感系列課程(遙感物理與技術、遙感數字圖像處理、遙感地學分析與應用)成為GIS專業課程體系中的重要模塊。充分利用各種圖像處理算法從遙感數據中獲取各種生物物理參數和土地覆被/利用信息,可以為自然和人文生態系統的空間分布式模型提供輸入參數,在遙感技術應用中占有十分重要的地位。
《遙感數字圖像處理》是一門系統研究遙感圖像理論、技術和應用的課程(路元剛,2012), 它是遙感科學技術和地理信息系統等專業本科生的專業課(朱洪錦,2012;宋懷波,2014)。數字圖像處理技術的迅速發展使其分支幾乎擴展到農業信息科學的全部領域,該課程強調實踐性,實踐教學是創新人才培養中的重要環節,對于培養學生專業技能和理論實踐結合能力、激發學生的創新思維和探索精神、提升科研能力,有著重要意義。因此,只有通過適時安排實驗課,才能收到最佳的教學效果。目前,國內高校中該課程一般都安排有12個學時以上的實驗。新疆農業大學GIS專業的《遙感數字圖像處理》課程于2009年開設,教學過程中重視實踐教學環節,安排有20-24學時的上機實驗,按照教育部對實驗課的要求,實驗類型主要為驗證性和綜合性。雖然現有的實踐教學內容不斷豐富,但仍以教師為主導,學生的學習興趣沒有被完全調動,主動思考的意識尚有待提高。而現代教學模式強調學生的主觀能動性,教學要以學生為中心,使學生處于主動的地位。因此,如何更好地激發學生學習遙感圖像處理的興趣、鼓勵學生自主學習理論知識并培養動手能力是在本課程課堂實踐環節中最重要的目標之一。筆者所在的新疆農業大學GIS教研室的教師通過多年的課程實踐教學積累了一些經驗,并在實踐中取得了很好的效果(朱磊,2014),需及時地進行系統地梳理和總結,盡快建立起一套符合農業類院校遙感圖像處理的課堂實踐教學模式,以規范和完善課程實踐教學的內容并推動授課模式的改革,有助于提高GIS專業學生的遙感圖像處理的實踐能力。綜上所述,本研究擬將“研究型教學模式”和“問題導向型教學模式”引入到課程的課堂實踐環節中,構建以學生為主導的實踐體系,使學生了解和掌握了圖像處理的主要內容和方法,培養學生團結協作和創新思維能力,為今后深入學習專業課程和高質量完成畢業論文奠定基礎。
二、實踐教學內容調整
1.調整課時安排
《遙感數字圖像處理》課程強調學生的實踐動手能力,因而實踐教學在整個教學過程中占據重要地位。新疆農業大學自2009年開設“遙感數字圖像處理”課程以來,課程總學時為50-52學時,其中實踐教學課程始終保持在20學時至24學時之間,占課程總課時量的近50%,高于其它同類高校約33%的平均比例(黃秋燕,2008)。較高的實踐教學課時,保證了學生能夠接觸到大量的綜合性實驗,并有足夠的時間能在教師指導的狀態下熟悉和掌握實踐技能,這對他們提高動手能力、積累實戰經驗大有益處。全部課程共十章,除第一章緒論外,其余各章均安排有2-4學時的課堂實習。
2.補充教學材料
《遙感數字圖像處理》課程相關教材較多,我們選用的是韋玉春等主編的、科學出版社出版的《遙感數字圖像處理教程》(韋玉春,2007)。該教材結構設置合理,對遙感數字圖像處理的基本概念和常用方法進行了系統的講解。但限于篇幅,教材中對涉及到的其它遙感領域的一些定義、算法和思路僅做了概述,因此向學生推薦了多本輔助教材,如:趙英時主編的《遙感應用分析原理與方法》(趙英時,2003)和戴昌達等主編的《遙感圖像應用處理與分析》(戴昌達,2004)等。另外,鑒于教材中部分內容的時效性,不能夠反映最新的研究動態,而這部分內容恰恰是教材中最能夠引發學生學習興趣的部分。因此,我們鼓勵學生自行檢索并下載閱讀近1-3年相關領域的文獻,并推薦有能力的同學閱讀英文文獻。同時,引導學生充分利用網絡資源,主動查閱資料,不斷更新知識庫、擴展知識面。
3.推進學科交織
遙感(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)構成了“3S”綜合應用體系,遙感作為該系統最重要的數據源,與其他學科結合緊密。學生已初步具備了GIS和GPS的基本知識和操作技能。因此,教師適時地運用視頻、圖片等多媒體方式將“3S”實際應用的案例穿插在理論講授過程中,讓學生了解遙感圖像處理在整個“3S”應用體系中的作用和技術要求,以及RS如何與GIS和GPS銜接與集成。此外,積極引導學會學生觸類旁通、舉一反三,不僅要知道怎么做,而且知道為什么做,同樣的方法還能夠解決什么問題,碰到類似的問題時自己是否能夠獨立解決等等,這對學生日后面對實際工作、解決實際問題具有極大的幫助。
三、實踐教學方法改革
1.構建任務導向式的實踐教學模式
根據實踐教學方案,各主要章節理論知識講授完畢后,均安排相關內容進行上機實驗。課堂實驗選題設計為學生在未來的專業領域可能遇的“真實世界”的現實的問題,沒有固定的解決方法和過程。整個過程以自主探究和小組寫作為主,減少教師的“灌輸式”講述。在每一個任務完成和每個課程單元結束時進行自我評價和小組評價,并定期進行總結。如:第八章圖像分割上機實驗題目為“運用空間建模手段,提取給定影像上的植被信息,非植被區域保留原始影像”。通過完成該任務,學生可以復習、鞏固以下知識點和技能點:(1)歸一化植被的概念、作用和計算步驟,不同取值的指示意義;(2)如何為植被區域賦常量值,非植被區域保留原始影像;(3)借助專業圖像處理軟件ERDAS IMAGINE的空間建模平臺,構建針對本任務的模型。上機實驗中任務的設計對教學效果極其重要,應全面考慮學生對理論知識的掌握程度,并要求教師對重要知識點的提煉和融合,力求讓學生通過完成一個課堂任務來增強對理論知識的理性認識,更重要的是培養學生分析問題、解決問題的能力。
2.培養學生團隊合作意識和能力
實踐教學活動在我校綜合實驗樓GIS機房中進行,作者本學期所帶的GIS132班共計29人,按照自愿結合的原則,分為10個小組(除第十組為2人外,各小組均為3人)。同一小組的同學座位相鄰,便于交流。每人一臺計算機,保證操作的獨立性。
首先用很短的時間對已學的相關知識進行簡要的復習,讓學生較快地進入到學習新知識的氛圍中來,并讓學生了解到本節課實踐內容與復習內容的相關性,為之后學生自主探究及實踐做鋪墊。
之后教師課堂任務,學生以小組為單位開展實踐。由于最終的考核是以小組為單位,所以組內的每位成員都需按時完成任務,且保證質量,小組內部就會產生一種你追我趕的學習狀態,每個學生都不想因為自己的落后而影響整個小組。從而在小組內自發形成“快帶慢、快幫慢”的學習模式。此外,在任務完成質量同等的前提下,教師將對先完成任務的小組給出較高的分數,各小組間也形成了競爭模式。先完成的小組可以幫助進度較慢的小組,這種幫助其他同學完成任務的過程也會讓先完成的同學獲得成功的體驗,形成“任務一出,大家爭相完成”的學習氛圍。
3.改革學習考核評價方法
本研究運用上述授課形式,對GIS132班進行了教學模式改革的嘗試,學期末通過對學生進行的調查問卷,獲取了學生對知識掌握的情況及對該授課方式的意見和建議。最終,綜合學期考勤記錄、學生課堂表現記錄和期末調查問卷,得到課堂實踐教學模式改革的整體效果評價,結果顯示:(1)學生出勤率較高,完成作業情況較好,課程學習的積極性較高:全班共計29人,本課程包含13個教學周,總計曠到1人次、請假2人次、遲到5人次;課后書面作業5次,總計4人次未按時提交,作業正確率較高。(2)學生對知識點的掌握更為牢固,調查問卷顯示90%以上的學生認為通過本學期的學習,掌握了遙感數字圖像處理的主要步驟和方法,了解了實際應用的領域。(3)課堂實踐教學模式取得了較好的效果,全班認為“問題導向型模式”和“小組協作型模式”有助于課堂理論知識的鞏固和實踐操作技能的提高的比例達到100%。
四、結語
《遙感數字圖像處理》課程是地理信息科學專業本科生的專業必修課,在整個課程體系中占有重要地位。該課程在理論和方法的課堂教學之外更加強調學生的實踐能力,因此該課程的課堂實踐教學顯得尤為重要。本研究探索性地將“研究型教學模式”和“問題導向型教學模式”引入到課程的課堂實踐環節中,構建了以學生為主導的實踐體系,同時編制《遙感數字圖像處理實驗手冊》。該教學模式在提高學生學習主動性和創造性及培養團隊意識等方面取得了較好的效果,。今后的教學改革中,如能將該模式與翻轉課堂等其它先進的教學模式進行合理地組合,將開創《遙感數字圖像處理》課程課堂實踐教學的新模式,進一步提高學生自主學習的效率,并有助于探索出一套適合GIS本科生實踐技能和創新能力培養的開放式的綜合教學體系。
參考文獻:
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1綜合基礎綜合基礎
包括大學生計算機基礎、數學、物理、化學等公共基礎課程的實驗環節,用于全面提高學生綜合素質、多角度的思維能力和發展潛力。
2學科基礎
學科基礎是由專業基礎課、專業必修課和專業選修課中的實驗實踐環節所構成,使學生獲得學科的基本知識,掌握繪畫及表現技法、制圖方法、規劃設計方法、插花技法、園林植物認知方法、栽培養護技術、育種技術,具備進行城鎮綠化、園林建筑、園林植物造景等規劃設計及表達、城市園林工程施工與組織管理及園林植物的繁殖、栽培、養護、管理與應用的基本能力。
3職業基礎
職業基礎是由綜合實踐、社會實踐、園林綜合實習2(頂崗實習)、畢業設計(論文)等環節構成,著重培養學生了解社會、了解園林行業各崗位能力的需求和解決實際問題的能力。綜合實踐:組織大一學生進行社會調查,了解全國園林及相關專業的開設情況,每年本科生、碩士研究生、博士研究生和專科生招生和畢業的人數;全國園林相關就業單位的情況;園林行業不同崗位對園林人才知識結構、基本能力和素質的需求情況。讓學生從大一開始就對園林行業有一個較直觀的認識,有利于樹立正確的職業觀。社會實踐:每年的寒暑假學校都會安排學生進行假期社會實踐,低年級學生主要圍繞當年的一些社會熱點問題進行社會調查和實踐,達到“未進社會門,先做社會人”的目的,促使學生更進一步了解社會、了解國情,增強社會責任感和歷史使命感,有利于形成正確的世界觀、人生觀和價值觀,同時也能將自己的才能服務于社會,體現自己的價值,增強自身的綜合能力。高年級學生主要進行就業創業見習實習,根據專業特征、自身定位,提前進入行業,了解行業特征和需求,為將來畢業后能更快地融入社會打好基礎。綜合實習:大三下學期進行的園林綜合實習2直接安排學生進入到園林設計公司、園林工程公司、設計院、研究院等企事業單位進行頂崗實習。學生直接接觸公司的實際崗位,了解園林行業每個崗位運行的具體情況、園林行業對崗位人員的綜合素質和能力的具體需求,將自己所學理論知識和實踐工作進行很好地轉換,發現自己的不足,給自己將來的職業進行更準確的定位,并在大四最后一年的在校學習中更有針對性地鍛煉職業所需的各項能力。畢業設計(論文):大四下學期為畢業設計環節,時間為16周。學生的畢業設計可以在校外進行,由校內導師和企業導師共同指導。鼓勵根據就業意向單位/實習單位的實際項目制訂畢業設計題目,使研究項目與具體生產實踐緊密結合,設計成果能被企業直接采用。這些與職業相關的訓練,促進學生對園林行業的了解,加強了學校與企業的聯合,增強了學生的職業技能,有利于學生畢業后能更快地進行角色轉變,更好地融入行業。
二、四個模塊應對園林行業多樣化的職業能力需求
突出實踐教學理念中的“綜合專業知識、重視職業訓練”兩個理念,將實踐教學體系中的專業基礎課和專業課的實踐課按照園林要素類型和課程性質歸納為繪畫與制圖技法模塊、園林植物與生態模塊、園林規劃與設計模塊、園林工程與管理模塊4個模塊,以模塊為單位,系統研究這些課程實踐大綱的內容、訓練方式以及前后的銜接,做到必須訓練的內容不重復、不遺漏。除了課程包含的課內實驗實踐訓練外,還安排綜合實習環節融合模塊內所有課程實踐的核心內容集中進行訓練,促進學生綜合理解相關課程知識,有利于學生更好地融會貫通、學以致用。
1繪畫與制圖技法模塊
繪畫與制圖技法模塊包括園林美術(素描基礎、色彩基礎、形態構成、表現技法等)、方法幾何與陰影透視、園林計算機輔助設計、效果圖制作等課程的實踐內容。通過此模塊的實踐訓練,學生能具備基本的藝術素養,掌握繪畫技法、風景園林表現技法及電腦制圖方法,具備手繪和電腦制圖能力,能將設計思想和設計思路通過圖紙完美地表達出來。除了課內實踐訓練外,園林美術實習和園林綜合實習3也對此模塊內容進行重點訓練,主要包括園林景觀寫生、手繪制圖和電腦輔助制圖等內容。
2園林植物與生態模塊
園林植物與生態模塊包括植物學、園林樹木學、花卉學、園林草坪與地被、園林生態學、城市生態學、園林植物遺傳育種、園林苗圃與樹木養護學、園林植物病蟲害防治、觀賞植物組織培養、盆景學等課程的實驗實踐內容。通過此模塊的實踐訓練,學生能掌握園林植物的認知方法、形態特征、生態習性、栽培養護技術和育種技術等方面知識,具備園林植物的繁殖、栽培、養護、管理、造型與應用的基本能力。除了課內實踐訓練外,園林綜合實習1和園林植物栽培與養護實習重點訓練此模塊的內容,主要包括園林植物認知、園林植物生態習性、園林植物應用、園林植物種植與養護等方面內容。
3園林規劃與設計模塊
園林規劃與設計模塊包括園林設計初步、園林植物造景、城市園林綠地規劃、園林規劃設計、風景區規劃、城市規劃原理、園林建筑設計、生態景觀設計、圖案設計、室內綠化裝飾、遙感與GIS概論、園林史等課程的實驗實踐內容。通過此模塊的實踐訓練,學生能掌握風景名勝區規劃、森林公園規劃、城市綠地系統規劃、城市規劃、各類園林綠地規劃設計、室內綠化設計的方法,能從事風景區、森林公園、城鎮各類園林綠地的規劃與設計。除了課內實踐訓練外,園林綜合實習3重點訓練此模塊的內容,主要包括典型園林案例實測、園林綜合設計等內容。
4園林工程與管理模塊
園林工程與管理模塊包括園林工程測量、園林工程、園林工程預算與決算、園林施工圖設計與制圖、園林工程管理等課程的實驗實踐內容。通過此模塊的實踐訓練,學生能掌握園林工程的測量、設計與施工、預算與決算及管理的方法,能從事園林工程制圖、預算、施工、管理等工作。除了課內實踐訓練外,園林綜合實習2重點訓練此模塊的內容,主要包括園林工程材料認知、園林工程設計、制圖、預算、園林工程施工及管理等內容。
三、結語
1 背景
校園生態規劃,指在生態學原理的指導下,貫徹可持續發展戰略,遵循人與自然和諧發展的原則,通過對校園進行合理的規劃設計和建設而形成符合主體生活和發展的生態系統。大學校園進行生態規劃建設有利于大學城市化、開展生態教育、生物多樣性保護以及可持續發展。國外很早就開始關注校園的環境質量,“花園式學校”“園林式學校”比比皆是。例如,著名學府康奈爾大學就被稱為“山林中的樂園”,學校保留了大量農場和山地,善用野生動物棲息地進行農業科技實驗研究,創造了很高的經濟價值。
2 生態規劃理論
生態規劃的基本理論是生態平衡理論、可持續發展理論和生態適宜度理論。隨著近年來生態理論和技術的發展,以景觀生態學為指導的安全格局理論、生態足跡理論、生態系統健康等理論以及遙感和地理信息系統等先進技術開始出現,這些新理論和方法都將應用于今后的生態規劃實踐。
2.1生態敏感性分析
生態敏感性是指在不降低環境質量的前提下,生態因子對外界壓力或外界干擾的適應能力。它是從否定與批判的角度來分析生態系統的穩定性,并用分析得出的數據指導現實的設計操作,實現對生態系統的保護。湖南大學的湘江學院山地環境復雜且尺度適宜,可對其進行生態敏感性分析,以了解具體地理情況。
2.2 GlS分析技術
地理信息系統(GeographicInformation System,簡稱GIS),是用來收集、存儲、提取、轉換和顯示空間數據的一系列計算機軟件工具。它使用空間的、描述性的圖表,來表達山脈、湖泊或道路等真實元素的特征,能模擬多維空間的實際效果。GIS提供了豐富的地形分析和空間分析功能。本文利用空間分析中的代數運算、邏輯運算等方法得出湘江學院的生態敏感性結果。
3 湘江學院的生態校園景觀規劃設計研究
3.1項目概況
3.1.1場地周邊生態資源 本項目位于偉人故里――湖南湘潭九華,東臨湘江,與昭山風景區隔江相望,西臨湘潭大學,南接湘潭市區,北連湖南省會長沙,距長沙市中心距離21 km。有沿江風光帶經過,九華大道、濱江大道連接南北,地理位置十分優越。基地內丘陵起伏、湖塘密布、梯田跌級、民居散綴,面山臨水,具有良好的原生態景觀。
3.1.2開發與生態的平衡難題 開發建設是形成校園景觀的前提,但要處理好與生態平衡的難題。首先,場地內遍布丘陵,如果將其開發為具有一定容積率的校園環境,勢必會對山體造成一定程度的破壞,于是需要考慮如何在保證生態安全的基礎上充分利用場地資源;其次,山上的雨洪系統原本是一個完整的生態系統,開發建設后系統遭到破壞,雨水無法通過地表迅速下滲而造成地面大量積水和排水管道壓力陡增。怎樣對這些雨水進行處理及利用、減小地表徑流和排水壓力、增加地下水補給也是必須解決的問題。
3.2 GlS地形分析
3.2.1高程分析 項目基地丘陵起伏,空間景觀變化豐富,原始地貌具有很高的景觀可塑性。依形就勢,可登高望遠,或圍谷蓄湖,也可設山間小路綿延漫步,或田邊溪谷閉目養神,景觀的營造存在豐富的可能性(圖1)。
3.2.2坡向分析 坡向是斜坡方向的度量,坡向是以度為量綱的方向,常分為正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西和西北八個方向。坡向直接影響了場地的光線、風向以及建筑的選址和景觀品質。場地中山體坡向分布較平均,不同坡向的景觀資源是否適宜開發還需進一步分析。
3.2.3坡度分析 坡度會影響土壤水份多少、礦物質流失程度、光照以及植物生長素的分布等。其中,影響最大的莫過于植物對水分的吸收。坡度越大,位于山坡上方的植物吸收到的水分相對下方的植物少,但有利于生根;而低洼處的植物則很可能遭受澇害。研究發現,坡度控制在15。以下將有利于植被的生長發育。本項目中大多山體坡度為34°-89°,不適宜開發,坡度在15°以下的山體很少。
3.3生態敏感性評估與場地開發強度
3.3.1選取評價因子 遵循因子的可計量、主導性、代表性原則,根據不同因子中不同要素對生態敏感度的重要程度分別賦予不同的等級值(高敏感、較高敏感、中敏感、較低敏感、低敏感),為便于進行地理信息系統分析,需將描述性的等級信息轉換成生態敏感性指數,分別賦值9、7、5、3、1,以此建立等級評價體系(表1)。
3.3.2評價方法
1)單因子分析
采用GlS技術建立地形、土地類型、植被、水土流失、地質災害、人工建設等六大因子的圖形庫和屬性庫,并進行單一因子敏感性評價。
2)疊加分析
使用專家打分法決定各單因子權重,對權重進行賦值、加和計算,最后將因子疊加,得到生態敏感性評價產生的綜合分區圖,用以表達生態敏感性的空間分布特征及其差異(表2)。
3.3.3評價結果 基地生態敏感性分析結果如圖2,綠色區域為生態敏感性較高的區域,是原生植被和大量未開發山體的主要區域,所占比例較小。紅色區域為生態敏感性較低的區域,多為已開發的建筑、廣場和其它構筑物的分布地,所占比例較高。其余生態敏感度適中的區域為待開發綠地、建筑、裸地等。
為了使設計師對場地開發強度有直觀的認識,本文根據生態敏感性結果將場地進一步分為適宜建設區(紅色區域)、協調發展區(白色區域)以及控制開發區(綠色區域),如圖3所示。下面根據三種區域分別討論設計對策。
3.4設計對策
3.4.1控制開發區 控制開發區域的生態敏感性極高,應該盡量維持原地形、保護原生動植物、限制人為活動,可保留其原生態景觀,使之成為具有一定科普教育意義的趣味場所。例如,本項目中的阡陌桑竹園便是從學生校園活動的需求出發,保留場地的肌理,形成生產性景觀特色;又如風華并茂園(圖4),由于山體已遭到建筑破壞,為了避免硬質景觀受到二次傷害,便設計建立棧橋連接兩座山脊,棧橋一路延伸直下。改造后的阡陌桑竹園為師生們提供了立體的戶外交流、學習空間。
此外,對場地進行高程和生態敏感性分析之后,還應在高敏感度和較高區域中引入BMP(Best ManagementPractice)自然生態雨洪系統,用生態的手法營造景觀,主要包括滲透控制、淺草溝、滯留塘、濕地、滲渠等技術措施(圖5)。在技術條件有限的場地中,還可以利用丘陵的地形優勢順勢引導,圍湖蓄水。
3.4.2協調發展區域 協調發展區域的生態敏感性適中偏高,屬于生態環境較為脆弱的地區,易受人為干擾,不宜建設大型廣場和鋪裝設施。對于因建設開發而山體已被破壞的區域,建議應使區域內建筑盡可能退讓,無法退讓時可采用如下兩步進行處理:首先應遵循自然野趣之美進行生態化處理,特殊景觀應結合景墻、坐凳小品等進行設計,使開發強度最小化;其次應引入生態邊坡技術,既可以廣泛使用植物護坡,即選用根系發達的鄉土樹種并借鑒花境的手法進行設計;也可結合使用不同材料護坡,例如,西方園林造景中使用礫石處理邊坡、我國國內使用泥土填充的生態袋進行護坡等。在本案中主要體現為對師生宿舍樓、教學樓山體進行適度開發,采用架空、退讓的建筑灰空間處理,在山谷、山脊或池塘交匯處布局若干大草坪、園藝天地等。
3.4.3適宜開發區域 適宜開發區域的生態敏感性較低,可作強度較大的開發利用,其發展策略為:優化用地結構、控制開發強度、引入環境評價制度,在開發過程中堅持走可持續發展之路。在本案中體現為,在結合已開發的建筑區域周邊與生態敏感性較低的區域,布局廣場、平臺、路橋或其它景觀。例如,學院最重要的門戶景觀――東側禮儀性大門的軸線設計,它啟用“勒?諾特爾”屬性,利用透視變形的原理,設計了長達195 m的樹陣風景林帶。整齊的草坪和模紋花壇既強化了軸線,又可供廣大師生張貼宣傳橫幅和展示作品,10根校訓圖騰柱位于風景林帶東西兩側,烘托學術氛圍。又如對圖書館核心區域――碧水汀蘭園(圖6)的設計,其水岸線注重呼應山體邊坡形態,集中布局親水活動空間,加強硬質景觀的優化,且注意后期的維護管理和進一步開發控制。
論文關鍵詞:適宜性評價,土地適宜性,GIS
0引言
土地適宜性評價作為土地評價的重要組成部分,是根據土地的自然和社會經濟屬性,研究土地對某一現狀用途或預定用途的適宜程度。1976年聯合國糧農組織(FAO)正式公布的《土地評價綱要》是最為典型的土地適宜性評價指南。由于土地適宜性評價針對性強,實用性大,應用很廣,適宜性評價方法也不斷有新的進展。
1評價方法
1.1經驗法
評價人員與當地科技人員和有實際經驗的人討論,并依據研究區的具體情況和自己多年土地利用的經驗,決定如何將各單項土地質量的適宜等級綜合為總的土地適宜等級。該方法的優點是能考慮數學方法所不能包括的各種非數量因子及具體變化情況,缺點是要求評價者對當地條件、土地質量狀況和作物生物學特性具有豐富的知識,才能做出正確的判斷(夏敏,2000),而且不可避免的是易造成評價結果的主觀性。由于這些局限加上新方法、新技術的發展,經驗法的受用面越來越小。
徐樵利(1994)在湖北省宜昌縣完成的適種柑橘的土地評價系統就采用經驗法,參照《土地評價綱要》建立起來的。首先確定影響柑橘生長的限制因素,然后逐項對它們進行分級,最后再綜合成總的土地適宜等級。同時,在評價過程中適當考慮管理、投資和柑橘產量等社會經濟因素。李秀斌(1989)對黃淮海平原土地做的農業適宜性評價也采用了此法。
1.2極限條件法
該方法主要強調主導因子的作用,運用“木桶原理”,將單項因子評價中的最低等級直接作為綜合評價的等級(黑龍江省農、林、牧土地適宜性評價,趙松喬等;江蘇省宜興市南部丘陵山區的土地適宜性評價,倪紹祥)。極限條件法簡單易操作,能很好體現個別極端決定土地利用適宜性的因素,但該方法未考慮到在一些情況下,土地某種性質的不足可為其他部分所彌補(陳建飛等GIS,1999),因此得出的結論偏于草率和絕對,而且在多數情況下,綜合評定出的土地等級偏低。
1.3數學方法
數學方法以權重法為中心,即確定各個參評因子及其權重,然后對兩者的乘積加總,以和作為分等級的根據。主要分為多因素綜合評定法和模糊綜合評判法。
1.3.1多因素綜合評定法(指數和法)
該方法將各參評因子按其對土地適宜性貢獻或限制的大小進行經驗分級或統計分級并賦值,然后用各參評因子指數之和來表示土地適宜性的高低。最后按照指數和大小排序,以經驗確定指數和的分等界線。其中各參評因子及其權重系數的確定可依據回歸分析法、層次分析法、專家征詢法(Delphi)等。采用這些數學方法的目的都是為了獲得盡量準確的權重和指數和,以期盡量準確地評價適宜性等級(夏敏,2000),而且非數量化質量性狀數量化和不同計量單元無量綱化使得各參評因子間具有了明顯的可比性(何敦煌,1994),缺點在于較極限條件法需增加大量計算過程,在地類復雜、評價單元數量較多的區域工作量明顯增加(何敦煌,1994),同時不能考慮到非數量因子的具體變化情況(夏敏,2000),而以和值計算土地質量綜合指數往往會掩蓋某些特別限制因子對評價目標所造成的質的影響(徐麗莎,2008),層次分析法、Delphi法在確定權重系數時主觀性過大。
劉胤漢等(1995)在陜西采用專家征詢法對農業土地資源作了綜合性適宜性評價,經過兩輪征詢后確定了坡度、高程等6個指標極其權重系數,最后將農業土地分為最佳適宜、中等適宜和臨界適宜三等,并按此法對水稻作了單向性土地適宜性評價。吳燕輝等(2008)以湖北省潛江市為研究范圍,在GIS技術的支持下,闡述了如何用層次分析法進行土地適宜性評價,得到了潛江市的適宜性等級圖,并單獨對農用地、林地、建設用地的適宜性評價結果作了分析。
1.3.2模糊綜合評判法
這種方法用于評價的原理,是對參評因子和適宜性等級建立隸屬函數,對參評因子的評價由參評因子對每一個適宜性等級的隸屬度構成,評定結果是參評因子對適宜性等級的隸屬值矩陣;參評因子對適宜性的影響大小用權重系數表示,構成權重矩陣,將權重矩陣與隸屬值矩陣進行復合運算,得到一個綜合評價矩陣,表示該土地單元對每一個適宜性等級的隸屬度。模糊綜合評判方法較好地體現了主導因素和綜合分析的相結合,比較符合客觀實際,通過對參評因素隸屬度的計算和模糊矩陣的復合運算得出評價單元對應于各等級的隸屬度,其計算過程無需再摻入人為因素,減少了主觀性的干擾(陳建飛等,1999)。但是根據實地采集的調查數據對模糊綜合評判模型進行驗證,會發現模型存在一定的誤差,有一部分正確的樣本數據卻得不到正確的結果(焦利民等,2004)。
E. Van Ranst等(1994)采用該法對泰國半島的橡膠生產區做了土地適宜性評價。他們創新地根據每個因素對產量的影響賦予一定的權重系數,并將單項因子的適宜性評價與綜合的土地適宜等級結合起來。最后將評價結果與常規的極 限條件法、參數法和多元線性回歸的評價結果相比較,得出模糊綜合評價法的準確性較好,從而證明了該法的潛力。P.A.BURROUGH等(1992)采用加拿大阿爾伯塔農業實驗農場的數據,分別用布爾數學法和模糊分類法對每個細胞的土地屬性進行分類,得出布爾方法比模糊分類拒絕更多的細胞GIS,選取的細胞也不夠毗連。而模糊分類法在所有的階段都獲得更多的有效信息,分類的連續變化性也更好。
姚建民(1994)在典型的黃土殘塬溝壑區——隰縣針對如何利用農作物、果樹、林木和牧草開發土地資源問題,重點篩選出原土地利用類型、坡度、坡向和海拔高程4個指標,運用模糊綜合評判法進行適宜性評價,劃分出土地適宜性開發類型區。劉耀林等(1995)在十堰市土地利用現狀調查的基礎上,針對現有坡荒地,通過對制約土地的自然因素和社會經濟條件的綜合分析,依照土地質量滿足對預定用途要求的程度,采用模糊數學的方法完成了坡荒地的宜農、宜林、宜牧、宜園4個適宜類的評價。陳建飛等(1999)應用模糊綜合評判(Fuzzy Set)法、經驗指數和法、極限條件法進行長樂市土地適宜性評價,對不同方法及結果進行對比分析,得出模糊綜合評判的結果與經驗指數和的結果有較大的相似性、極限條件法的結論往往過于簡單,著重探討了模糊綜合評判方法的優點——合理、客觀。
1.4人工智能方法
人工智能方法基于自學習、自適應系統的樣本學習機制,如人工神經網絡方法、遺傳算法、元胞自動機等。劉耀林、焦利民(2004)基于神經網絡來構造模糊系統,建立了土地適宜性評價的模糊神經網絡模型;根據神經網絡誤差反向修正的原理,設計和推導了該模型的學習算法,并通過實驗證明該模型應用于土地適宜性評價具有高效、客觀、準確等優點。次年(2005),兩人將計算智能理論引入土地評價領域,構建了一個全新的土地適宜性評價模型:首先基于模糊邏輯和人工神經網絡構造了一個模糊神經網絡模型,然后采用改進的遺傳算法進行訓練,能夠快速收斂到最優解,對初始的規則庫進行修正,形成了一個自學習、自適應的評價系統。
1.5改進后的方法
以上介紹了在土地適宜性評價中常用的基本方法。近年來,鑒于各種方法本身的局限性,很多學者提出了各種方法相互結合或對原方法加以改進的評價方案,并應用于某地的土地適宜性評價,取得了較好的結果。
廈門大學何敦煌(1994)在福建龍海適宜性評價中嘗試采用了極限條件法和指數和法相結合的兩次評價,即用極限條件法評價土地適宜類,用極限條件法和指數和法評價土地適宜等并確定土地限制性(適宜級)是同時進行的。這一方法不僅克服了極限條件法和指數和法的缺點,還相互間起了交叉檢驗的作用。
南京大學彭補拙等在做中亞熱帶北緣青梅土地適宜性評價時對盛花期溫度和土壤PH值這兩項對青梅生產發育有重要限制作用的因素采用極限條件法,對其余的評價因子采用逐步回歸分析法進行分析,作必要的因子剔除,得到它們的總適宜等級,最后再對這三項評價的結果按極限條件法進行歸總,得到該土地利用方式的適宜性等級最后評價結果,該結合體現各土地構成要素的不同貢獻,提高評價結果的科學性和合理性。
北大的杜紅悅等以攀枝花為例,用模糊數學方法對FAO的農業生態地帶法(AEZ)進行改進,并將GIS技術應用于AEZ法中;歐陽進良等針對不同作物進行土地適宜性評價,并據評價結果、各類土地的特點及區位和經濟因素進行作物種植分區。
2新技術的應用
隨著數學方法的改進和新技術如3S(遙感技術RS、全球定位系統GPS和地理信息系統GIS)、ES(專家系統)的應用,給土地評價,尤其是土地適宜性評價帶來了飛躍,它們在數據的獲得、處理、分析上的強大功能不僅使工作效率大大提高,還使基于大范圍的調查評價成為可能。
Jacek Malczewski (2004)對基于GIS的土地適宜型分析做了系統全面的梳理,他先從歷史的角度介紹了GIS的知識及其發展過程,然后回顧了基于GIS的土地適宜型評價的相關方法和技術,最后分析了其存在的挑戰、未來趨勢和前景。胡小華等(1995)通過專家系統的引入、層次分析法的應用以及如何借助地理信息系統強大的空間分析功能及圖形和屬性的結合,實現了多目標土地適宜性的評價。張紅旗(1998)在評價柑桔土地適宜性時,結合GIS技術GIS,改變以往僅考慮自然條件的做法,分別建立柑桔土地的自然、經濟、社會屬性適宜性評價模型及綜合評價模型,提高評價結果的科學性和合理性,也為其他類型的單作物(廣義)土地適宜性評價提供了一個可行的模式。
S.Kalogirou (2002)運用專家系統和地理信息系統技術,建立了支持實證研究的土地適宜性評價模型——LEIGIS軟件。該模型基于聯合國糧農組織的作物土地分類,分為物理評價和經濟評價。物理評估選用了17種指標因子,采用布爾分類法,包括了一般種植作物和5種特定作物(小麥,大麥,玉米,棉花種子,甜菜)的評價模型。經濟評價考慮了市場限制下的收入最大化問題。專家系統使得評價不同作物時規則可以適當改變,地理信息系統使得空間數據的管理和結果可視化成為可能。該軟件支持任何空間數據集的評價和介紹,而且不需要評價者掌握特殊的電腦技能。夏敏(2000)在其碩士論文里探討了以地理信息系統和專家系統為技術支持,開發農地適宜性評價專家系統的可行性,在Mapinfo地理信息系統的支持下,建立了一個具有一定通用性的農地適宜性評價專家系統,并通過了在邳州市的實證研究。
3結論
我國的土地適宜性評價始于50年代,綜合的土地適宜性評價從70年代末全面展開,近l0年來,土地適宜性評價得到了更快的發展,更重視定性與定量相結合、針對特定目標或對象。經驗法、極限條件法、多因素綜合評定法法、層次分析法等繼續得到使用,但通常做適當的改進或與其他方法相結合,彌補各自的缺陷。模糊綜合評價法、灰色關聯度分析法仍然得到了很廣的應用,神經網絡模型、遺傳算法等新方法開始嘗試性應用。科技的發展使得3S技術和專家系統等新技術廣泛用于土地評價,尤其給土地適宜性評價中帶來了質的飛躍,接下來的土地適宜性評價仍基于上述技術的支持是必然的趨勢。
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