陈西，江岭，王春，黄骁力

（滁州学院 地理信息与旅游学院，安徽滁州 239000）

我国的生态文明建设已取得了阶段性成果[1]。而当前，生态环境素养研究多聚焦在公众环境素养，鲜有从应用型人才培养等视角对高校不同专业学生开展针对性研究，忽视了高校大学生在公众生态环境素养培育中的引导和示范作用。

地理信息系统（GIS）专业具有综合性强、学科交叉明显、应用性广等特征[2-4]，契合应用型本科院校的应用技术类型办学定位和培养应用型人才的办学目标，成为近20年来我国各大院校相继开设的重要专业之一[2]。在此背景下，本科应用型院校的GIS专业发展前景以及应用型人才培养课程教学改革探索和实践成为研究热点[5-6]。前期的研究证明，GIS专业中的空间可视化、空间数据管理与平台开发等基础理论与技术在流域污染物质循环、信息化环境监测、智慧环境规划等生态环境领域有着广泛的应用前景[7-8]。

但目前，地方生态环境建设成果在可视化和智能化方面展示度较弱。其次，GIS 专业实验课程中较少涉及环境理化实验或野外科考，没有很好地反映GIS技术在环境监测、生态治理和资源规划等方面的应用，更未达到“理论-实践-应用”相互促进的层面。尤其是在信息技术快速发展的背景下，如何实现环境监测、评估、治理与管理的信息化和智能化，是当今生态环境建设迫切需要解决的问题[9-11]。但受地方本科院校“优势”学科建设、特色专业优先发展以及阶段性环境治理需求等因素的影响，GIS 专业应用型人才培养与实际生态环境素养培育需求间存在矛盾。因此，在地方院校学科专业发展的背景下，如何在GIS 环境素养培育方面制定科学的应用型人才培养模式和目标就显得尤为重要。

1 GIS 环境素养培育的基础内容

各院校GIS 专业学生的生态环境素养培育均要坚持“知”“行”合一的基本原则。其中，“知”即学生对生态环境问题和环境保护的认知水平和程度。“行”是指学生在认知的基础上所采取的环境保护行为。对于GIS 专业的应用型人才而言，本研究的GIS环境素养培育将从“基础环境素养理论-基本环境素养技能-综合环境素养应用”三个维度循序进行。其中，基础环境素养理论包含环境污染分类和环境数据获取；基础环境素养技能包括环境污染评估、环境指标数据矢量化、环境指标数据建库与环境数据空间分析；综合环境素养应用是指在课外实践中，针对不同的现实环境应用情景和不同的需求目标，通过对已有素材的分析与评估，实现对环境数据的综合分析与应用。

1.1 基础GIS 环境素养理论

理解和掌握基本环境污染类型是培养基础GIS 环境素养的前提，本环节内容将着重阐述GIS 专业人才培养需要掌握的基本环境素养理论（如图1所示），包括基本环境污染类型和环境数据获取基本方法两个知识模块，在理论内容上能做到紧密衔接，在培养逻辑上做到前后照应。其中，环境污染按照不同的分类依据可设置4 个知识单元和18 个知识点。

图1 GIS 生态环境素养培育体系

环境指标数据获取部分则重点阐述典型环境污染类型的数据获取方法，共涉及3 个知识单元和6 个知识点。整体上，数据获取方式将从两个角度进行讲授，分别是理化实验分析和数理模型模拟。其中，理化实验分析内容需要一定的环境化学知识基础，难度较大，教学时可简要概括，并播放相关视频进行辅助教学，该部分内容不必讲解过细。课后可附上相关理化实验方法、教学视频和精品慕课等链接，供学生课后自主学习。数理模型方面则主要借助各类数理模型，对国家公布的各类环境指标调查数据、污染源排放清单、自然和社会条件等进行建模与分析，实现由点源数据模拟推广到二维的面源数据，为后期的基本环境技能教学提供多类型数据支撑。

1.2 基本GIS 环境素养技能

基本GIS 环境素养技能是将理论素养转化为实践应用能力的重要手段。本环节着重介绍几种典型的GIS 环境素养基本技能，围绕环境污染风险评估、环境指标数据矢量化、环境指标数据建库与环境数据空间分析流程开展（如图1所示）。其中，风险评估主要讲解评估方法的数学基础，包含实体方程、参数筛选、模型构建边界条件等，核心目标是让学生理解并掌握每种评估方法的优缺点和适用范围，进而根据实际需求进行方法筛选，以提高评估的精度。

其次，数据矢量化是鉴别GIS 技术在环境领域运用的重要标志之一。本部分内容将涉及不同类型环境数据处理、投影变换、格式转化三方面知识单元。而后对各类环境指标、环境评估和空间数据进行数据库创建，根据实际需求分别创建点、线和面文件，通过定义投影、添加属性表和链接属性数据（各类环境指标数据），最终构建环境要素数据库。最后，将带有空间坐标的矢量或栅格类型的环境要素数据进行空间分析，如提取分析、水文分析（流域分析）、栅格计算、空间插值和统计分析等知识点，为后期综合GIS 环境素养应用提供基本技能支持。

1.3 综合GIS 环境素养应用

应用性强是GIS 专业的基本特征，也是该学科快速发展的重要原因[12-13]。如何根据实际场景和需求目标，借助GIS 专业技术实现环境数据的信息化和智能化治理，是目前环境领域迫切需要解决的问题。本环节内容将主要围绕环境建设领域的几项典型案例进行培养设计，为巢湖流域水质评估与演化特征（对流域所有水系进行评估）、太湖流域农田重金属污染（以农田尺度进行“优控”指标进行评估）和南京都市圈空气质量时空特征及驱动力分析（实现不同功能区的空气质量实时展示与分析）等分别设计了方案和技术编制训练。

2 GIS 环境素养培育的实施方式

GIS 专业人才的环境素养培育是一个系统化过程，在这一过程中，不仅要让学生掌握环境素养的基本内涵和环境领域的GIS 表达方式，更重要的是培养他们根据实际场景需求进行方案设计。鉴于此，本环节拟以GIS 专业基本理论为基础，结合环境科学领域的相关知识点，从基础理论教学、实验设计与实践教学和课外创新训练三个维度进行GIS 专业应用型人才生态环境素养培育，以期提高GIS 专业应用型人才的实践能力、创新能力和综合素养。

2.1 GIS 环境素养课堂基础理论教学

通过对本校GIS 专业的培养方案研读和基础课程开设情况分析，拟结合《空间分析原理与方法》和《基本空间分析》等专业基础课程理论，筛选环境科学领域的环境污染分类和环境数据获取等基础知识，进行系统化讲解，并通过案例分析加深学生印象，让学生充分掌握环境污染类型间的差异性及其分类原理。环境数据获取方法主要从理化实验分析和数理模型两方面进行教学。其中，理化实验方面只进行基本理化知识教学。数理模型方面，则注重实体数学方程参数讲解、过程推导和参数筛选与率定，让学生切实理解不同环境污染指标数据获取模型间的差异性，掌握不同应用场景下各类模型的模拟精度评估方法。

2.2 GIS 环境素养实验设计与实践教学

在学生掌握GIS 基本理论与环境科学基础知识后，可通过实验课程设计和实践教学等方式，提高学生GIS 环境素养的基础应用技能。实验课程教学方式主要为室内的上机实验和野外科考，实践教学方式则分为校内的研究中心实习和校外的企业实习。无论是实验教学还是校内外实践，均以GIS 专业应用型人才培养目标为出发点，以GIS 环境素养的培育为核心，形成以实验夯实基础、以实践练技能、以实习强素养的良性循环培育模式。本环节中的实验课程内容设计需基于GIS 环境素养基本技能进行，设计环境指标数据矢量化实操流程、环境指标数据库构建实操流程、环境指标数据空间分析实操流程等实验教学课程。其中，环境指标数据矢量化着重强调不同投影坐标、地理坐标系下的数据展示结果的差异性，加深学生对不同地理坐标系和投影坐标系间差异性的感性认识。环境指标数据库构建方面，着重强调数据库的基本类型和基础要素，并能够针对已获取的不同数据类型来创建最符合实际需求的数据库。环境指标空间分析方面则注重时空可视化分析技能的培训，即如何选取适宜的空间分析模型，将环境指标数据进行时空可视化分析与展示，以增加环境建设成果的受众面和公众接受度。

校内外实习实训是学生进行集中技能实操的有效方式。针对校内中心实习，可通过设计不同类型的实习方式（专业技能型、专业竞赛型和科学研究型）和考核方式（专业技能考核、竞赛成果考核、科研成果考核），以符合学生多样性学习需求和能力差异性的现实情况。在此过程中，基于学生实际情况，可通过设计基础软件技能集训、各类申报书编撰、各类竞赛培训以及实习实训成果考核四方面实习内容进行。

2.3 GIS 环境素养创新训练

“以赛代练，以赛促学，以赛强技”是目前应用型院校培养创新型人才的常规方法。大学生创新训练（“大创”）和各级专业竞赛是检验GIS 环境素养培育效果的最有效且直接的方式，也是课外实践教学最常见的展现方式。一方面，由于“大创”项目本身具有综合性和创新型特征，对学生的综合素养要求较高。因此，在培养过程中要循序渐进，通过对典型“大创”案例技术方案讲解、相关领域内国家政策解读、GIS 环境素养基本技能集训、GIS 环境素养创新型思维引导以及GIS和环境科学领域前沿知识讲解，先使学生初步形成一个综合性知识体系，而后通过多重社会服务案例进行方案思路设计与点评，逐步培养学生的综合性和创新型GIS 环境素养。

另一方面，各级别GIS 专业竞赛是学生打开思路、扩展眼界、跟上前沿、拔高技能的有效途径。滁州学院在政策制度上非常鼓励和支持学生进行专业竞赛，给予综合学分奖励和评奖评优支持。在竞赛培训过程中，首先通过对历届竞赛结果的收集和竞赛规则材料解读，让学生充分了解竞赛流程和需要准备的材料。其次，鼓励跨专业学生交叉组团、多学科教师联合指导、跨年级学生传帮带以及研究生与本科生进行强强联合，培养学生团队协作能力和综合性思维。而后，通过对本团队历年获奖比赛中的优秀立项申报、技术方案、结项报告等进行专项解读，让学生快速领悟和掌握专业竞赛的关注重点、关键技术和申报方案要领。

3 GIS 环境素养培育成效

3.1 主讲课程建设初步形成

笔者通过对本校GIS 专业培养方案研读、本专业各年级学生应用技能现状调研、地方社会服务需求分析，阐述GIS 专业技术在环境领域的应用前景，并综合考量学校的学科建设和主讲课程建设政策，初步设计“环境地理信息系统”为主讲课程。在此基础上，从环境科学基础理论、GIS 应用技术和GIS 在环境领域的应用三个模块设计课堂教学大纲。其次，借助基础GIS 应用软件、野外科考、理化实验和数理模型四个模块设计实验教学大纲。而后，邀请GIS 专业和环境科学专业骨干教师形成多专业融合的主讲课程师资团队。同时，在课外教学方面，拟邀请同专业领域的校外师资和硕博研究生组建线上课程资源，形成校内外协同教学的新模式。在实践实习方面，以学校小学期集中实训为契机，引导学生进入学校、学院的相关研究中心，进行系统化的GIS 环境基础技能培训。在创新竞赛方面，创建专业交流群，收集各类型、各级别国内外大赛和“大创”项目资讯和资料，构建创新竞赛数据库，并开放在线分享与编辑权限，真正实现赛事资讯的共建、共享、共用。

3.2 参加创新竞赛初获成果

经过近两学期的GIS 环境素养培育，笔者所在的研究中心和省重点实验室，有近百位学生经过该模式直接或间接接受过GIS 环境素养培育。通过培育，提高了学生的综合实践技能和创新型思维。

目前，笔者所指导的学生中，有5 名大三学生首次结合GIS 技术和环境科学理论参加省级GIS 技能大赛并获得二等奖；有3 名大四毕业生运用GIS 技术在生态评估和生境修复领域做出了毕业设计，同时也解决了地方的实际需求，提高了社会服务能力；有近15 名大一和大二学生在GIS 环境素养培育下，已报名参加国家级竞赛作品5 项，并在积极备赛；已编写4 项校级“大创”项目申报书，均运用所学GIS 技能去解决地方环境建设需求；已报名3 项省级GIS 应用技能大赛，从环境和GIS 综合视角下对常规社会现象做出了解读；已有2 位学生从巢湖流域土地利用方式变化和面源污染排放视角出发，结合GIS 技术实现巢湖流域面源污染排放的量化研究，初步形成2 篇核心期刊论文。综上，创新竞赛作为培养创新型和应用型人才的一种培养方式和检验方法，在日后的日常教学管理中，应该充分挥发其对课外教学的激励作用。

4 结语

本研究基于本校GIS 专业在生态环境素养培育方面的现状和不足，从GIS 环境素养培育的基础内容、培育实施方式和培育成效三个视角出发，设计集“课堂理论教学、课下实验设计和课外创新竞赛”三位一体的环境素养培育体系，最终形成“以第一课堂教学为主线，以第二课堂实践为辅助，以第三课创新竞赛为抓手”三课堂联动的主讲课程教学培养模式。经过系列探索和实践，将生态环境素养融入GIS 专业理论与实践课程教学以及实习实训中，能较好地提升教学效果和学生环境素养，提高学生学习主动性，增强GIS 专业人才在环境领域的实践技能。符合地方本科院校GIS 专业应用型人才培养目标和GIS 环境素养培育方案。