专业认证背景下城乡规划专业RS与GIS一体化综合实践教学体系构建

曾维军 李建华 张建生 郑宏刚 陈运春 葛兴燕 郭晓飞 廖丽君 张刘东

摘要：RS和GIS课程实践中存在将两门课程孤立对待，忽视两门课程理论内容、实践设计的承接关系的现象，导致实践教育效果不理想。针对以上问题，文章在厘清RS与GIS课程逻辑关系基础上，分析RS和GIS专业认证课程目标，贯彻工程教育认证教育理论，落实以产出为导向的课程培养、毕业要求目标，精心设计RS与GIS实践内容，从时间、内容、软件操作等方面优化实践组织流程，进行RS与GIS实践有效融合，构建了专业认证背景下城乡规划专业RS与GIS一体化综合实践教学体系，为高等学校开展RS、GIS实践一体化教学提供了思路与借鉴。

关键词：RS;GIS;综合实践;体系构建;专业认证

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）12-0277-03

RS、GIS技术在农业、水利、国土、规划等方面应用越来越广泛，高校GIS的教学问题已引起社会的广泛关注[1-4]。相关研究涉及RS、GIS教育的宏观思考[5，6]、实践教学[7，8]、课程改革[9-11]等内容。经过对RS、GIS高等教育的相关文献统计分析发现，以上内容大部分将RS、GIS课程单独进行研究，极少进行RS、GIS一体化综合教学实践，忽视了RS、GIS课程理论、实践方面的联系。本文构建了专业认证背景下RS与GIS一体化综合实践教学体系，评估了其教学效果，为高等学校RS、GIS实践一体化教学提供了借鉴。

一、RS与GIS课程实践存在的问题

1.作为工科类专业，与当前在国际上得到普遍认可的工程教育认证联系不紧密，实践体系与专业培养目标、毕业要求等不匹配，更与用人单位的需求严重脱节。

2.在各高校教学安排上，存在将两门课程孤立对待，忽视了两门课程理论内容上的承接关系、实践操作中的互补关系、逻辑中的紧密联系的现象，导致实践效果不理想。

3.学生中存在重软件操作、轻理论教学的倾向，实验操作能完成实验步骤，但对于为什么这么做，存在一知半解的现象，缺少充分挖掘的钻研精神。

二、RS与GIS专业认证课程目标

专业认证高度聚焦培养目标、毕业要求的制定，课程内容必须明确培养目标、毕业要求对学生能力的支撑程度，因此课程实践显得尤为重要。

RS专业认证课程目标：要求学生系统掌握遥感数字图像处理的基础知识和基本理论;掌握遥感数字图像的几何处理、辐射校正、增强处理、计算机分类以及分类后评价等内容;掌握基本遥感图像处理流程，具有遥感图像分析的基本能力。GIS专业认证课程目标：学生系统掌握GIS的基础知识和基本理论;通过实践，重点掌握GIS数据库建库、矢量化、数据转换、地图投影、DEM、空间分析等基本能力;培养学生在实际工程中解决问题的能力。

三、专业认证背景下RS与GIS一体化综合实践教学体系构建

（一）实践内容设计

目前，大部分高校对RS和GIS的实践教学是独立的，割裂了实践内容和技能培养方面的联系，降低了学生的培养质量。为了满足城乡规划专业应用需求，有必要将RS和GIS的实践内容和组织进行整体考虑，构建RS与GIS一体化综合实践教学体系。

1.RS实践内容设计。RS实践以研究区高分辨率遥感影像为材料，开展影像预处理、野外核查、影像监督分类、分类评价、影像后处理等实践，其中影像预处理包括影像裁剪与拼接、影像几何精纠正、影像增强处理等;野外核查需确定影像存疑区域、制作野外核查路线图;影像监督分类需制作影像解译库、选取训练样本、执行监督分类;分类评价包括分类模板评价、分类进度评价等;影像后处理包括去除分析、重分类、栅格转矢量等。野外核查对解译结果进行验证，对解译错误的地方进行标记，提高了学生参与实践的热情。

2.GIS实践内容设计。利用影像监督分类结果，进行生态环境评价及空间分析。步骤为：第一，对RS综合实践数据进行分类、整理、编码等，分层建立空间数据库，掌握数据库相关知识，汇总各种土地利用类型面积;第二，对矢量数据进行统计分析，计算评价指数，对生态环境进行评价;第三，分别计算滇池湖面500米、2000米、5000米范围土地利用类型面积，涉及提取面、缓冲分析、相交分析等操作，通过以上实践，提高学生GIS的实际操作能力。

（二）RS与GIS课程一体化综合实践体系构建

RS和GIS实践采用学校附近昆明市北市区遥感影像图，分类图斑属性录入数据从分析谷歌地图及实地调查资料获得，昆明市土地利用数据利用地理信息系统云上免费下载的Landsat8 OLI遥感影像进行解译。

1.RS实践组织。RS实践教材采用汤国安、杨昕、邓凤东等主编，科学出版社出版的《ERDAS遥感数字图像处理实验教程》，实践内容是ERDAS遥感影像监督分类，实践时间一般安排在第三学期的第一周，总共24学时，一般安排学生8∶00—12∶25学习图像预处理、示例操作、影像解译、野外核查、图斑纠正、分类评价等实践内容，14∶30—15∶30进行更进一步的操作练习，巩固实践成果。具体安排为：图像预处理3学时，书上练习内容及示例操作3学时，影像解译8学时，野外核查5学时，图斑纠正3学时，分类评价1学时，集中讲解、结果检查1学时。

RS实践要注意以下四点：（1）野外核查采用分组的方式进行，每组4人;（2）每组在野外核查前一晚，根据前期解译存疑区域，确定野外核查路线及核查重点;（3）根据不同地物类型的光谱、纹理特征，建立解译数据库;（4）野外核查一定要注意安全。

2.GIS实践组织。GIS实验教材采用《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》，汤国安等编写，科学出版社出版，实践内容进行实践研究区生态环境评价及空间分析，实践时间一般安排在第三学期的第二周，总共24学时。与RS实践类似，安排学生在8∶00—12∶25学习实践内容，14∶30—15∶30进行巩固练习。具体安排为：栅格转矢量、数据拓扑检查等2学时;建立空间数据库、属性数据编辑等3学时;土地利用类型面积汇总、统計、检查等3学时;根据生态环境评价技术规程，进行生态环境评价6学时;练习书上的空间分析示例3学时;提取昆明市土地利用图中滇池湖面数据，进行缓冲分析、相交分析等操作5学时;RS和GIS一体化综合实践总结2学时。

3.RS和GIS一体化综合实践的融合。为进一步促进RS和GIS一体化综合实践的融合，需做到以下三点：（1）第一周周五RS实践结束后，进一步布置利用Landsat8 OLI遥感影像进行昆明市土地利用类型遥感解译的作业，充分利用周末时间，进一步加强练习，巩固所学。（2）加强RS、GIS软件的互通互联。RS、GIS软件具有许多类似的功能，通过相互交叉使用处理数据，对RS、GIS软件的操作有进一步的客观认识。（3）RS实践为GIS实践提供基础处理数据，GIS实践可以进一步验证RS实践数据处理的准确性。

四、专业认证背景下RS、GIS一体化综合实践教学效果

RS、GIS一体化综合实践教学活动全程贯彻了工程教育认证的核心理念。（1）以学生为中心。始终围绕学生知识和能力达到既定标准而进行教学设计，始终以学生学习结果为唯一标准而进行教学质量评价。（2）产出导向。本次RS、GIS一体化综合实践教学改变了传统以课程为中心的教学设计，而以学生的毕业要求为导向进行教学设计。（3）持续改进。对培养目标、毕业要求、教学环节进行评价，同时建立评价的机制和周期，且评价结果必须用于改进课堂教学，如将GIS生态质量评价的结果反馈于RS影像监督分类，验证分类结果的正确性。

本次RS、GIS一体化综合实践教学主要效果如下：（1）通过遥感影像解译，进行野外核查，建立解译数据库，并进一步解译出昆明市土地利用类型图，计算汇总出各种土地利用类型面积数据。（2）学生系统地掌握了RS的坐标转换、投影变换、影像校正、监督分类、野外核查等，GIS数据库建库、矢量化、数据转换、DEM、数据统计与分析、空间分析等知识要点及操作技能，历届学生大部分能按时提交设计作品，少部分同学通过申请延长实践时间也能完成实践任务。

五、结束语

RS、GIS课程实践中，存在将两门课程孤立对待，忽视两门课程理论内容上的承接关系的现象，导致实践效果不理想。本文针对以上问题，开展了专业认证背景下城乡规划专业RS与GIS一体化综合实践教学体系构建研究，在厘清RS与GIS课程逻辑关系基础上，落实以产出为导向的课程培养、毕业要求目标，精心设计RS与GIS实践内容，从时间、内容、软件操作等方面优化实践组织流程，进行RS与GIS实践有效融合，与一体化综合实践教学体系构建之前相比，学生的软件操作能力大幅度提高，按时保质提交作品，成效显著。

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