資源環境信息學課程體系建設探討與實踐

劉華波 章愛群

摘 要：分析國內高?！百Y源環境信息學”方向的課程建設現狀與不足，結合教學實踐，提出資源環境信息學教學創新的思路。認為要重視“資源環境信息學”的教學研究工作，制定符合社會需要的培養目標和教學計劃，積極開展教學內容的組織與創新，加強教學資源建設，提高資源環境科學專業學生的綜合能力，以適應社會發展的需要。

關鍵詞：資源環境科學 資源環境信息學 課程建設

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）03（b）-0099-03

當代社會信息技術迅猛發展，利用信息技術為資源環境科學服務是大勢所趨[1～2]。資源環境信息學（informatics of resources and environment）就是面向資源環境領域的數據、信息和知識，將計算智能應用于資源環境分析和評價，為資源開發和環境保護及管理提供方法和理論支持，使之走上可視化、數字化、智能化、精確化、高效化的道路[3～5]。近十年來，國內各高校資源環境和環境工程專業相繼開設了“資源環境信息學”方向的課程，不斷充實資源環境科學的教學體系，為培養符合社會需要的人才作出了積極努力和探索[6～8]。

資源環境信息方向人才是國家緊缺人才，探索資源環境信息學的課程創新，對資源創建環境科學專業高效的教學體系，培養學生的創新能力，向“知識—素質—能力”型教育模式轉變，具有積極意義。學校要為學生掌握扎實專業知識、提高實踐動手能力和創新能力搭建堅實的平臺，使培養的人才能適應21世紀社會經濟發展的需要。

1 國內“資源環境信息學”課程設置與教學體系存在的主要問題

1.1 “資源環境”與“信息”融合度不夠

資源環境信息學的著眼點應該是“資源與環境”問題，信息技術是方法和工具。但在現階段，不少高校院系在師資和教材都不到位的情況下倉促上馬，開設資源信息學課程，造成信息技術和理論知識與資源環境問題脫節，與資源環境問題實例結合少，難以突出課程特色。如大部分高校的環境科學專業都開設了《環境信息系統》課程，但實際教學大多采用的仍然是地信專業的《地理信息系統》作為教材，教學內容上沿用地信專業的教學思路，缺乏與環境問題的結合，達不到應有的教學效果。且各校開設的資源信息學課程，多偏重傳統資源學的教學思路，與信息學結合不夠。

1.2 缺乏實踐教學

資源環境信息學本身是一門實踐性強，面向應用的學科。但在教學中，相關課程的教師，特別在國內非重點大學的資源環境專業，教師沒有科研支撐，缺乏實踐經驗，加上教學素材不足，教學成了無源之水，只能照本宣科，極易脫離實際。如《環境遙感》課程，多由原非環境專業方向的教師承擔，缺乏環境專業的知識背景和科研經驗。這種情況下導致教學內容只能“遙感概論”為主，而沒有結合環境學的案例進行講解，不符合應用型課程的教學特點。如果由環境專業出身的老師授課，則會出現缺乏信息學知識，教學能力跟不上教學要求的情況。資源信息學的教學同樣面臨問題，基于測繪學、勘探學的傳統專業如礦產資源信息學、海洋資源信息學等可由傳統信息技術升級實現，過渡的難度較小，而如水資源信息學、生物資源信息學轉型的難度很大，極易脫離實踐而依賴理論。

1.3 綜合運用能力培養不足

環境信息技術綜合性強，涉及領域多。比如，要完整開發一個資源環境信息系統，制作出某地區的大氣污染情況分布專題圖，就必須使用到環境化學、環境監測、遙感及圖像處理、地理信息系統等知識。一味孤立地學習以上各類知識，不通過課程將上述內容整合，使學生對所學知識融會貫通，且無法通過實踐鍛煉，走向社會以后，面對一些實際工作會感到無從下手。而在現階段的教學體系中，資源環境科學專業的資源環境信息教學尚難以將上述知識進行整合，對學生進行綜合能力培養。再如在資源調查與評價中，政府各部門已普遍使用了GIS系統進行信息處理、統計分析。廣大的資源科學專業畢業生，必須了解到一個GIS前期計劃設計、數據采集，中期數據處理分析、調查，后期制圖、結論評價等各階段的基本過程，形成完整的思路，在未來的工作中，才能胸懷全局，心中有數。

1.4 “資源信息”與“環境信息”未能有機融合

資源與環境二者相互依存相互轉化，是人類社會發展的物質基礎。當人類以己為中心，只顧利用資源而忽視環境保護，將出現嚴重的生態失衡和環境危機等問題，從而制約人類社會可持續發展。資源與環境是一對矛盾統一體，相輔相成，相生相克，開發利用自然資源會影響自然環境生態，而強調生態環境保護也可能限制經濟的發展。如果孤立地研究“資源”或“環境”，尤如盲人摸象，視野狹窄。資源與環境專業通常同屬一院，公共基礎課內容相通，也是為了培養學生的宏觀視角。資源信息學和環境信息學的基本研究方法是一致的，研究工具大體相同，只是研究角度不同，出發點不同，但在現階段，“資源信息學”與“環境信息學”各自的教學體系尚不成熟和完備，如何實現資源觀點與環境觀點的融合，引導資源學專業和環境學專業的學生辯證思維，進行宏觀思考，尚有待在教學實踐中進行探索。

2 “資源環境信息學”課程建設不力的主要原因

2.1 對資源環境信息學的重要性認識不足

國內高校的資源環境科學或資源環境工程專業的教學體系，一般依托學校專業背景和院系師資，會設置“資源（環境）生態、資源（環境）經濟、資源（環境）評價”、等幾個主要方向，而對于“資源（環境）信息”這個近十年才逐漸形成并發展的學科方向，從上至下，尚未形成統一的認識，各界投入明顯不足。

在歐美和日本等發達國家高校，“資源（環境）信息學”在不少高校已成為資源（環境）科學專業的專業必修課程，甚至是學位課程，資源（環境）信息方向已與其他傳統領域一起構成資源環境科學的課程體系。另外，已有大學開設了獨立的資源（環境）信息學本科專業，制定了較完善的培養方案，培養資源環境信息學專業人才。同時有些高校成立了資源（環境）信息學院，并開設了碩士點?？梢钥闯?，資源環境信息學的學科建設是與社會經濟發展程度直接關聯的。

在國內，由于信息技術起步較晚，在資源環境科學中的應用尚不成熟，同時受師資力量和軟硬件條件的限制，相關課程的設置隨意性強，課程建設投入少，這與信息技術在資源環境科學中的日益重要地位明顯不相符，也不符合社會發展對資源環境應用型人才的要求。從目前的社會需求來看，重視資源環境信息學的教學，培養具備資源環境信息學素養的人才，在緩解資源環境科學畢業生就業壓力上有較大的潛力。

2.2 教學目標不清晰，課程體系不完善

現階段國內高校資源環境科學專業對資源環境信息方向的認識尚不成熟，仍處于探索實踐階段，對于此類課程的意義和培養目標缺乏清晰的認識，造成教學計劃定位模糊，課程設置無特色，教學內容前后重復矛盾，缺乏連續性和邏輯性，綜合應用更是紙上談兵。資源環境信息學的教學研究幾近空白，各級精品課程無人申報，長此以往，前景堪憂。資源環境信息學亟待教育主管部門的重視和扶持，亟待高校院系加大投入，組織攻關。

2.3 師資力量不足和教材建設不力

資源環境信息學教學效果差的重要原因是師資力量和教學資源缺乏，特別是對于大量省屬普通本?？圃盒?，教師們常常是心有余而力不足。國內大學尚沒有資源（環境）信息學本科專業，自然沒有專業完全對口的教師。此方向課程的老師主要由具有“資源環境”或“信息”某一方向的老師通過自學或進修來擔任，不但要花費大量精力，教學質量也難以保證，甚至有些學校還存在相關課程無人愿意接手的尷尬狀況。

另外，資源環境信息學課程教材建設不力，缺乏精品教材?！顿Y源信息學》《資源信息系統》《環境信息系統》《環境遙感》等近年也有多種教材和專著出版，但有的內容龐雜，理論性過強，有的與資源環境專業結合不緊密，缺乏案例，又無配套素材和數據，師生使用不便，導致這些教材的實際采用率有限，師生反響平平。

3 資源環境信息學教學創新思路探討

3.1 制定符合社會需要的培養目標和教學計劃

社會需求是大學培養學生的基本出發點。資源環境科學專業方向培養的人才要具有鮮明的專業特色，突出專業優勢，才是資源環境科學專業立足和發展的根本。進行21世紀，計算機和網絡全面普及，各行各業都會直接或間接地使用到信息技術，利用信息技術來輔助處理復雜的資源環境問題具有傳統方法不可替代的優勢。

對于普通的資源環境科學和資源環境工程專業，需要讓同學們了解地理信息系統、遙感技術的基本知識、基本技能，具有運用地理信息系統分析和解決資源環境問題的基本技能及初步的研究和管理能力， 為資源環境信息管理培養專業的信息服務人員。

根據國內實際情況，參考國外比較成熟的經驗，國內普通高校的資源環境信息學相關專業可以先確定培養目標，從以下三個方面設立教學目標并制定教學計劃：（1）資源環境專業專題電子地圖制作。學生根據所學相關技術，可以使用各類素材和GIS軟件，完成多種資源和環境相關的專題圖，如區域污染企業分布圖、土地資源適宜性評價圖等；（2）面向實際應用，進行資源環境空間數據和屬性數據的處理分析，完成資源環境的評價管理等工作；（3）掌握GIS平臺二次開發技術，在基礎軟件上完成資源環境科學各個應用領域的數據平臺建設，包括軟件分析與工具開發。

3.2 教學內容的組織與創新

學習和借鑒國際國內一流大學課程的建設經驗并結合各校資源環境專業實際情況以及課程建設現狀，對資源環境信息學方向系列課程進行全面建設與改革。包括課程體系的邏輯完整性構建，分析各相關課程知識結構，明確先導和后續課程，建立完整的課程體系。

建議整合《資源環境遙感》《地理信息系統》《資源（環境）調查與評價》《數據庫系統》《資源（環境）監測》《資源環境信息管理》等課程，建立完整而科學的課程體系與模式。完善“資源環境綜合信息”課程，面向應用和綜合集成，將前期課程知識點串成知識鏈，并通過全程項目跟蹤實習，引導學生動手動腦，全面提升綜合能力。例如，在前期《環境監測》《環境化學》等課程的實驗實習中，可以依據空間數據的樣點分布要求進行采樣點的設置，在采樣的同時，利用手持GPS等工具記錄坐標信息，可以為后期的環境信息系統實驗創造條件。前期課程得到的資源環境屬性數據，可作為《資源環境信息系統》課程上機實驗時的基礎數據使用。通過以上連貫的實踐學習，同學們可以較深刻地理解資源環境信息系統屬性數據的獲取和導入方式、空間數據的獲取及與屬性數據的聯接方式，最終得到該區域直觀的資源環境指標專題圖。這樣的教學效果比完全使用二手數據資料更加符合實踐教學規律，也沒有重復增加教學成本，但要求教學計劃和課程設置更加科學和細致。

3.3 加強教學資源建設

高校資源與環境科學院系可以適當政策傾斜，激勵優秀教師進行教材的創編工作，并不拘一格，吸引跨專業老師合作，協調組織各級環保機構、資源環境信息研究院所、遙感研究所等力量，針對當前資源環境學科發展現狀，結合教學實踐，提供素材，引入最新科研成果，編寫符合不同層次、不同程度需求的資源環境信息學系列教材。

資源環境信息學相關各門課程，均需要大量數據進行實驗實習工作。對于大部分資源環境遙感圖像、空間數據和屬性數據，各普通高校難以直接采集或保證足夠經費采購，只能依靠教材提供和網絡搜索，遠遠滿足不了教學需要。鑒于資源環境信息學的學科特點，教委或高校組織協調，建立適應教學要求、統一管理的網絡共享資源環境資源數據庫，有利于解決資源環境信息教學資源缺乏和無序使用引發的知識產權糾紛問題。

4 資源環境信息學的教學實踐與展望

湖北工程學院農學院自2002年開設《環境信息系統》至今，一貫重視資源環境信息學方向的教學研究和課程建設工作，從十年前的一個專業一個班一門課，發展到2013年本院及二級學院、本?？?，4個專業10多個班5～6門課的教學規模，逐漸形成了以社會需求為導向，以提高學生應用能力為目標的教學思路和課程體系。

學院將“資源環境信息學”方向確定為“環境科學”專業和“農業資源利用”專業的各自主要培養方向之一，不斷完善培養方案，改進課程體系。目前，經過多年教學實踐，該教學方向已經形成了由三名青年骨干教師為核心的教學團隊，1人為資源環境信息工程博士，1人為在讀博士，均具有交叉學科知識背景和出國進修訪學經歷，有多年的教學和工作經驗。團隊教師多次參加省級、校級講課競賽并獲獎。

該教學團隊朝氣蓬勃，具有創新精神，勇于實踐，構建了較完備的資源環境信息學課程群，按照高中低三層次開展教學，教學目標明確，思路清晰。第一層次，在大一下或大二上學期開設《資源環境信息學概論》課程，使學生全面了解本領域基本知識、應用范圍和研究方法。開設上機實驗，使學生初步使用地信軟件的基本操作，如地圖數字化、空間數據和屬性數據輸入和關聯，簡單的空間分析及遙感圖像識別入門；第二層次，中高年級開設專業選修課，如《地理信息系統》《遙感導論》《資源環境調查與評價》，拓展專業理論知識，強調動手能力，進行較多的戶外作業和機房實驗。以上課程均打通資源和環境專業，整體教學方案一致，由任課老師根據專業特點，靈活調整教學案例，既能保持資源環境專業內在統一，又能兼顧專業差別；第三層次，開設《資源環境綜合信息》課程，面向實踐應用，進行科研式教學，要求同學們組成小組，撰寫項目計劃，展開調查研究，將信息學方法全面運用到具體資源環境調查評價工作去，并輸出結果得到結論。該課程實現了與其他若干課程如《環境化學》《土壤學》《水（大氣）污染控制工程》的教學對接。感興趣和有能力的同學，還可根據老師指導，將教學內容不斷深入并作為畢業論文選題，對就業和考研大有裨益。

院系重視和支持資源環境信息學的課程建設，提供專項經費進行機房改造，儀器及軟件資料采購。團隊積極申報省市各級科研題目，就近開展科研工作，帶領學生在實踐中學習。團隊注重搜集教學資源，關注最新教材和素材，使用最新的教學輔助軟件，取得了較好的教學效果。經過統計，以資源環境信息為就業和考研方向的學生比率逐年上升。

近年來，各高校和研究機構在資源環境信息方向的科研投入不斷加大，此方向的研究生陸續畢業，他們具有良好的科研實踐和綜合能力，隨著他們充實到高校教師隊伍，會給學科發展帶來強大動力?？梢灶A見，隨著社會經濟的需求日益加大，資源環境信息方向的課程將更加受到重視，教學體系將不斷完善，課程設置將更為合理，實踐性綜合課程將更加突出，人才培養質量也將邁上新的臺階。

參考文獻

[1] 孫九林.廣泛開展資源信息科學研究和應用[J].自然資源學報，2000，15（1）：11-16.

[2] 張榮群，嚴泰來.資源環境信息技術的內容、特點及其發展研究[J].國土資源遙感，2000，43（1）：11-14.

[3] 申廣榮.資源環境信息學[M].上海：上海交通大學出版社，2008.

[4] 孫九林.資源信息學的發展與展望[J].資源科學，2005，27（3）：2-8.

[5] 孫鴻烈，封志明.資源科學研究的現在與未來[J].資源科學，1998，20（1）：1-12.

[6] 汪云甲.資源信息學的內涵、發展、研究內容及其教學[J].測繪通報，2004（8）：56-59.

[7] 段昌群，和樹莊，主編.環境科學專業建設探索與實踐[M].北京：科學出版社，2011.

[8] 楊敏，汪云甲.資源信息學課程教學探討[J].科教文匯：中旬版，2008，12：118-120.