鄧榮鑫，趙東保，許德合，王小東

（華北水利水電大學測繪與地理信息學院，河南鄭州 450046）

隨著信息技術的發(fā)展以及人們對地理信息系統認識的加深，各國在經濟社會發(fā)展中也越來越重視地理信息產業(yè)的發(fā)展[1]。地理信息系統（GIS）行業(yè)的快速發(fā)展，需要高校的地理信息科學專業(yè)教育適時地適應市場需求，更新人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有扎實的基礎理論知識、良好的實踐能力的高素質應用型人才[2]。根據地理信息科學專業(yè)培養(yǎng)的目標，我校地理信息科學專業(yè)的課程設置在基礎理論課程學習之外，也開設了很多注重應用和實踐的課程，《GIS與災害評價》就是一門將理論與應用相結合的專業(yè)選修課程。

1 課程總體設計

《GIS與災害評價》是該校地理信息科學專業(yè)針對大四本科生開設的專業(yè)選修課程。鑒于該階段學生已經有了較為充分的專業(yè)知識學習和積累，該課程的目的是能夠將學生的理論知識系統化和專業(yè)知識應用化。因此，該課程以應用GIS方法進行災害評價為目的，以GIS空間數據處理流程為主線，交叉地理學、遙感（RS）、全球定位系統（GPS）、地圖學等專業(yè)基礎知識，結合實際案例分析，使學生能夠提升對GIS理論的理解層次，并能夠運用GIS方法進行災害評價等方面的實際應用，提高學生該本專業(yè)的專業(yè)認知和動手能力。為達到以上目的，該課程首先側重于技術方法，以GIS技術方法和處理過程為主線，介紹所需要的GIS功能及其基礎理論；同時側重于應用和實踐，以運用GIS進行災害評價為中心，講述如何進行問題分析、如何設計技術流程并最終如何實現災害評價；在教學方法上，該課程實行融合式、探究式和交互式等教學方法，融合式教學體現在課程講述過程中綜合其他相關課程知識，引導學生形成專業(yè)知識體系；探究式教學方法體現在以問題導向為中心，引導學生分析問題和解決問題；交互式教學方法體現在組織課堂討論的形式展開對相關問題的探討。

2 課程理論設計

GIS可簡單地定義為用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機系統[3]。其中，空間數據是GIS的處理對象，空間分析是其核心。GIS基本理論是GIS課程的關鍵所在[4]，而具有應用技能水平則需要系統的學習地學、計算機、GIS等相關課程[5-6]。鑒于大四學生已有相應的理論基礎，該課程理論部分的講授從應用的角度，以空間數據為對象，以GIS空間數據技術處理流程的順序，設計基本理論、數據獲取、數據處理、數據分析和數據表達等環(huán)節(jié)（如圖1所示）。在GIS概念的講授中，通過融合式的教學方式，從地理學的角度理解GIS的應用目的，從地理信息的角度展示GIS的獨特特征，從信息系統的角度分析GIS的數據處理過程；在空間數據獲取部分的講授中，指出空間數據即為GIS處理的對象，從應用的角度講解GIS空間數據類型和獲取方法、不同數據類型和格式間的轉換方法以及空間數據的組織方式，其中遙感技術是獲取GIS空間數據的重要手段；在地理空間部分的講授中，強調空間數據區(qū)別于普通數據的根本是具有地理坐標，空間數據間的復合基礎是地圖投影，主要講解常用的地圖投影參數、地圖投影的轉換方法；在空間分析部分的講授中，強調空間分析是GIS的核心，是GIS理論部分的重點，從災害評價的角度，利用小型案例講解GIS的疊加分析、緩沖分析、DEM分析、統計分析等空間分析方法；在數據表達部分的講授中，強調地圖（以及系統設計）是GIS的“臉面”，地圖可視化是GIS數據處理和分析結果的展示，結合地圖學的內容講解地圖制圖設計過程，并通過系統設計和開發(fā)重現地理數據的獲取、處理、分析、管理和制圖的全過程。

在理論課程的設計中，既注重了課程的整體性，展現了GIS空間數據處理的一般過程，融合了該專業(yè)其他課程相關知識，搭建了GIS相關理論框架，又將每個部分的知識點與應用結合，加深了學生對于理論知識的認識，增加了GIS理論認知的深度。

圖1 課程理論教學體系

3 課程案例設計

結合學校和學院特色，從農業(yè)干旱、地質災害、森林火災、城市熱島等方面進行案例分析，剖析GIS災害分析和評價的一般思路，并綜合運用3S（GIS、RS和GPS）技術講解GIS災害分析和評價的一般過程，重點培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，能夠讓學生掌握GIS災害分析和評價的具體方法。該文以地質災害評價為例，分析該部分內容的授課方法。

3.1 提出問題

某區(qū)域是滑坡易發(fā)區(qū)，滑坡的發(fā)生能夠掩埋房屋，摧毀建筑，堵塞河道，給人民的生命和財產造成巨大的損失。對區(qū)域滑坡發(fā)生風險進行科學評價，對于防災減災具有重要的意義。

3.2 思路分析

如何進行滑坡災害風險評價呢？需要有合理的評價體系；如何建立評價體系？需要有科學的評價因子；如何選擇評價因子？需要掌握引起滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素；如何能夠利用GIS技術完成區(qū)域滑坡災害風險評價？首先需要將滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素轉化為空間數據，通過空間數據處理建立地理數據庫，其次構建滑坡災害風險評價指標體系，并利用空間分析方法基于評價模型實現滑坡災害易發(fā)性評價，最后利用地圖制圖方法完成區(qū)域滑坡災害易發(fā)性評價專題圖。因此，在問題分析過程中，從根本上要掌握滑坡發(fā)生的機理和過程，建立滑坡易發(fā)性的評價體系，然后再利用GIS技術，明確相關數據的獲取、處理、分析和輸出方法，最終完成目標。

3.3 技術流程

技術流程如圖2所示。

圖2 滑坡災害易發(fā)性評價技術流程

3.4 具體方法

（1）數據獲取方法：利用地圖數字化方法獲取地層巖性和地質構造數據；利用DEM分析方法獲取坡度、坡向、高程和斜坡結構等數據；利用空間插值方法降雨數據；利用遙感信息提取方法獲取道路數據。（2）數據處理方法：建立統一坐標系統，統一數據格式，建立滑坡災害風險評價因子地理數據庫。（3）數據分析方法：基于指標評價體系，利用緩沖區(qū)分析、重分類等方法建立各因素評價等級；基于評價模型（可通過層次分析法等模型建立），利用地圖代數方法完成滑坡災害易發(fā)性分析。（4）數據輸出方法：基于網格法完成專題制圖。

3.5 擴展思考

考慮評價單元和數據獲取等方面因素，空間分析是基于柵格數據完成，能否利用矢量數據來完成分析？為便于學生比較思考，后續(xù)的實驗課程會設計一個基于矢量數據分析的災害分析案例——森林火災風險評估，并讓學生分析解題思路，完成風險評價，并比較兩個案例的異同點，總結類似評價方法的一般思路和過程。通過相關案例分析，引導學生主動思考，激發(fā)其學習興趣，培養(yǎng)學生思考分析問題的能力和動手能力。

4 課程考核設計

該課程側重于技術應用和實踐，為避免僵硬的理論考查模式，該課程設計了多樣靈活的考核模式：（1）實驗考核：通過設計實驗內容，讓學生獨立分析問題和解決問題，側重于考核學生對問題的分析和方法的比較，以及實踐動手能力；（2）小組討論：根據學生人數分成若干小組，每組按興趣確立一個GIS災害評價相關的題目，通過查閱資料獲取相關研究動態(tài)和分析方法，并安排2個學時用作組織匯報，鍛煉學生合作能力、自學能力以及科研匯報能力；（3）課程報告：給出一個災害評價需求并提供相關原始數據，學生自行設計研究方案，完成相關災害的GIS評價，并提交研究報告。通過合理調整綜合成績構成 （例如：10%平時成績+20%實驗成績+20%小組討論成績+50%課程報告成績），能較好地反映學生對知識的掌握情況，以及在分析問題和解決問題等方面的能力，并使學生能夠注重提高實踐中的動手和解決問題的能力。

5 結語

基于以上融合式的知識貫串、探究式的問題分析、交互式的課堂討論和靈活的課程考核等教學模式，通過課堂氣氛、課堂討論、學生提問和課程報告等方面的反饋可以發(fā)現，學生的學習目標更加明確、理論知識更加清晰、學習更加主動積極，學生分析問題和思考問題的能力得到了較好的開發(fā)，實際動手能力取得了較大的提高，該課程所采用的教學方法和方式深受學生的好評，取得了良好的教學效果。

在該課程的實施過程中，也存在著一些問題，如主要講解了GIS災害評價的一般方法，對于相關方面的前沿問題和技術方法，雖然在學生討論部分有所涉及，但并沒有能夠實踐實施，相關內容需要進一步深化，今后應注意將GIS災害評價的前沿問題和方法引入到課程教學中，這對教師的科研能力也提出了較高的要求。