陳陽 李冠
[摘 要]國土空間規(guī)劃在全國范圍內(nèi)如火如荼地開展,為土地信息系統(tǒng)的課程革新提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。文章從土地信息系統(tǒng)的課程教學切入,從課程內(nèi)容、技術方法、課程定位等方面分析了課程特征和問題,結合國土空間規(guī)劃實施的背景,提出了土地信息系統(tǒng)課程教學在應用支撐、技術拓展、學生培養(yǎng)等層次的改革需求?;诖耍瑯嫿ㄒ哉n程結構多元化、技術方法集成化、教學模式實用化為核心的教學改革路徑,為推進土地信息系統(tǒng)課程的教學改革提供參考。
[關鍵詞]土地信息系統(tǒng);國土空間規(guī)劃;教學改革;多學科交叉
[中圖分類號]G642[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437(2024)04-0045-04
土地信息系統(tǒng)(Land Information System,以下簡稱LIS)是面向土地數(shù)據(jù)信息應用,集存儲、管理、分析、仿真、決策等功能于一體的計算機系統(tǒng),被廣泛應用于國土監(jiān)測、空間規(guī)劃、土地登記等領域[1-3]。經(jīng)過多年發(fā)展,LIS已蛻變?yōu)橐婚T集成土地管理、地理科學、遙感測繪、計算機技術的交叉學科,兼具理論性、實踐性與操作性[4]。目前,LIS被設為土地資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、地理科學等專業(yè)的核心課程,為培養(yǎng)技術型和科研型人才提供專業(yè)技能抓手。考慮到LIS課程教學在學生掌握學科內(nèi)容與技術過程中的基礎性地位,探索多元化、全方位、深層次的LIS課程教學模式對推動土地信息人才培養(yǎng)具有重要意義。
隨著國土空間規(guī)劃的全面實施,LIS課程教學面臨新的機遇與挑戰(zhàn)。一方面,2019年,中共中央、國務院出臺《關于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》,提出建立全國統(tǒng)一的國土空間基礎信息平臺,標志著LIS管理與技術創(chuàng)新已成為國家“五位一體”總體布局的重要支撐[5]。這為LIS教學注入了新的視角與內(nèi)容,為課程體系建設提供了革新的契機。另一方面,國土空間規(guī)劃不僅依賴于LIS,也需要大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習等技術集成支持實踐決策[6],這對LIS課程涉及的技術深度和領域廣度提出了拓展的新要求。然而,目前對LIS課程教學改革的探討多從教研互動[7]、“三創(chuàng)”教育理念[8]、新工科[9]等視角切入,融入國土空間規(guī)劃的研究仍然缺乏。因此,結合國土空間規(guī)劃的實踐需求,完善LIS課程體系迫在眉睫。
鑒于此,本文致力于梳理LIS課程教學現(xiàn)狀,闡述國土空間規(guī)劃對LIS課程的現(xiàn)實需求,提出LIS課程教學改革路徑,以期為服務于國土空間治理的土地信息人才優(yōu)化培養(yǎng)提供思路。
一、LIS課程教學現(xiàn)狀
厘清LIS課程教學現(xiàn)狀是優(yōu)化課程體系的基礎。LIS課程教學現(xiàn)狀的特點與問題表現(xiàn)為以下幾方面。
在課程內(nèi)容上,針對土地管理現(xiàn)實需求構建教案,側(cè)重土地利用和規(guī)劃的實務。在理論上,LIS涉及數(shù)據(jù)獲取與存儲、數(shù)據(jù)庫管理、空間分析、應用系統(tǒng)等知識體系;在應用上,涉及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、拓撲應用分析、土地定量評價、土地分等定級、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、用地擴張模擬等案例[9]。其中,土地利用與土地規(guī)劃在課程體系中扮演重要角色。在需求端,土地利用與土地規(guī)劃市場份額大,業(yè)務種類繁多,也是土地信息人才就業(yè)的重要抓手;在供給端,LIS是支撐土地利用和土地規(guī)劃決策的基本工具。在此背景下,LIS理論和實踐多沿用土地利用與土地規(guī)劃的素材,便于與實務銜接。
在技術方法上,以學習軟件功能為主,但對新興技術的拓展不足。土地信息系統(tǒng)課程的技術重點是掌握專業(yè)軟件,如ArcGIS。技術方法學習囊括數(shù)據(jù)庫建設、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、拓撲處理、綜合制圖等環(huán)節(jié),涵蓋數(shù)據(jù)編輯、存儲、分析、建模、表達等操作。總體上,課程側(cè)重軟件內(nèi)置技術工具的運用,推動學生掌握不同的模塊功能。然而,LIS實踐應用性強,技術迭代更新快,新技術層出不窮,大數(shù)據(jù)、云計算、機器學習等新興技術在土地信息領域廣受推崇。目前,課程對這些新興技術關注不夠,也缺少實踐訓練的銜接,未凸顯LIS前沿化、智能化、信息化特色。
在課程定位上,強調(diào)工具屬性與技術操作,但對應用的啟發(fā)性教學薄弱。LIS的課程內(nèi)容包含理論講解與實驗操作,但大多高校的課程安排以實驗操作為主,側(cè)重培養(yǎng)學生應用LIS相關軟件的能力,囿于LIS軟件與案例原理復雜且理論內(nèi)容繁多,通常采用單向講授方式,將知識點逐一灌輸給學生[10]。學生更多的是被動接受知識傳輸,對技術原理興趣有限且理解不深。特別是一些土地資源管理、城市管理、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃等社會科學專業(yè)學生,數(shù)理基礎較為薄弱,常常陷入“不知其所以然”的困境。同時,教師演示與學生模仿的實驗教學方式,未給學生預留充足空間來了解具體原理,容易導致其對技術操作的認知停留在課堂案例,難以實現(xiàn)具體問題具體應用。
二、國土空間規(guī)劃背景下LIS教學改革的多維需求
國土空間規(guī)劃突破傳統(tǒng)土地利用規(guī)劃范疇,將主體功能區(qū)規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃等納入統(tǒng)一的空間規(guī)劃體系,對LIS教學改革提出了多層次需求。
首先,LIS教學改革的基本性需求是為國土空間規(guī)劃提供應用支撐。LIS作為一門實踐應用性極強的課程,是面向土地管理實務的,恰恰國土空間規(guī)劃的實施推動LIS課程由土地管理范疇向空間治理領域拓展。這意味著課程內(nèi)容需突破對土地利用與土地規(guī)劃的關注,銜接國土空間規(guī)劃的相關業(yè)務,重組知識結構和內(nèi)容框架。具體地,錨定國土空間規(guī)劃實務,選擇一定規(guī)劃專題為素材,輔以土地信息技術的實踐教學,推進課程教學的空間治理轉(zhuǎn)向。
其次,提供應用支撐僅明確了課程內(nèi)容改革,而在其之上的技術延伸才是應有之義。這對LIS課程教學改革提出“發(fā)展性”需求。應針對國土空間規(guī)劃編制、實施、監(jiān)測、監(jiān)督等技術,開展技術方法革新,包括:第一,面向國土空間規(guī)劃“一張圖”,改變以土地信息軟件介紹為主的教授方式,融入規(guī)劃技術方法;第二,根據(jù)課程內(nèi)容的外延,加入相關領域的軟件應用;第三,嘗試引入大數(shù)據(jù)、云計算、機器學習等新興技術,拓展課程廣度和學生視野。
最后,培養(yǎng)學生解決實踐應用問題的能力是提升性需求。事實上,國土空間規(guī)劃是一項全新的集成性空間規(guī)劃,涌現(xiàn)出新問題和新方案。例如,集成“雙評價”(資源環(huán)境承載力和國土空間開發(fā)適宜性評價)、三類空間劃定、主體功能權衡的主體功能區(qū)劃優(yōu)化方案充分體現(xiàn)國土空間規(guī)劃特色[11],但與傳統(tǒng)思路差異較大。相應地,LIS課程教學改革需以實踐教案為起點,從邏輯思路和技術流程推進,形成系統(tǒng)化、有層次、可操作的過程式培養(yǎng)方式,培養(yǎng)學生理解和建構方案的能力。
三、土地信息系統(tǒng)課程優(yōu)化路徑
針對LIS課程教學現(xiàn)狀,結合國土空間規(guī)劃的多維需求,本研究提出以課程結構多元化、技術方法集成化、教學模式實用化為核心的教學改革路徑(見表1)。
(一)課程結構多元化
LIS是一項集成多學科門類、覆蓋多專業(yè)內(nèi)容、涉及多技術領域的新興學科。國土空間規(guī)劃進一步豐富了LIS既有知識體系,在土地利用和管理基礎上,賦予其生態(tài)保護、用途管制、國土整治等新內(nèi)容和新任務。在此背景下,解決國土空間規(guī)劃實務問題作為LIS課程教學的出口,特別強調(diào)對信息科學、土地管理、地理科學、生態(tài)學等多學科內(nèi)容的集成運用。對此,除LIS基礎理論和技術方法外,重點加入國土空間規(guī)劃相關的知識點和操作應用,將國土空間規(guī)劃內(nèi)容與LIS技術有機融合,實現(xiàn)課程結構的升級迭代。
對此,本文以34個LIS課時為例,提出以既有LIS課程結構為基礎、以規(guī)劃多元業(yè)務為導向的課程體系優(yōu)化思路。首先,遵循慣有的LIS課程內(nèi)容的章節(jié)組織,由簡入難開展LIS課程教學。其次,充分吸取已有的LIS理論精華,沿用課程原有的緒論、土地信息數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫和管理、數(shù)據(jù)分析等經(jīng)典理論。最后,在LIS實踐應用方面,在動態(tài)監(jiān)測、集成評價、模擬仿真與應用、綜合應用等環(huán)節(jié)上,引入國土空間的規(guī)劃實務,開展國土監(jiān)測預警、“雙評價”、空間模擬與“三線劃定”、“三區(qū)優(yōu)化”等課程內(nèi)容教學。
(二)技術方法集成化
LIS涉及數(shù)據(jù)庫、空間分析、遙感應用等技術,國土空間規(guī)劃實施和新興技術盛行為LIS技術方法革新注入活力。對此,可以從三個層次著手,探索LIS技術方法的集成化思路。
第一,對接國土空間規(guī)劃,強化已有的LIS技術方法。在LIS基礎平臺和數(shù)據(jù)上,打通土地管理與城鄉(xiāng)規(guī)劃的融合路徑。對于LIS介紹,應包含ArcGIS、ENVI、CAD等傳統(tǒng)“多規(guī)”基礎工具的基本功能與適應范圍;在數(shù)據(jù)獲取上,強化土地管理與城鄉(xiāng)規(guī)劃常用數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成與格式轉(zhuǎn)換;在數(shù)據(jù)庫上,嘗試將城鄉(xiāng)規(guī)劃的城區(qū)宗地數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫建設,開展細粒度的拓撲分析訓練。
第二,拓展規(guī)劃相關技術與軟件的應用。實際上,LIS本就是廣義的,涵蓋了其上下游技術方法、應用程序與軟件工具,如早期利用WalkISurvey軟件輔助土地利用規(guī)劃。課程內(nèi)容多元化進一步拓展了相關專業(yè)性的技術軟件應用。在空間分析上,引入Fragstats、Guidos等工具;在空間模擬上,采用PLUS(Patch?generating Land Use Simulation)、FLUS(Future Land Use Simulation)等模型;在綜合應用上,推介InVEST模型、Linkage Mapper、Circuitscape等軟件。
第三,引入新興技術方法。大數(shù)據(jù)、云計算、機器學習、深度學習等技術方法是LIS課程的進階要求,但由于專業(yè)基礎和課程學時所限,宜作為LIS課程的興趣拓展??赏ㄟ^兩種途徑將新興技術融入課程體系中:一是引入大數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)源,如將興趣點、熱力圖、建筑輪廓等用于城鎮(zhèn)空間優(yōu)化;二是推介云處理技術,如將Google Earth Engine云平臺融入國土動態(tài)監(jiān)測專題。
(三)教學模式實用化
LIS教學模式的核心之一是培養(yǎng)學生使用LIS解決國土空間規(guī)劃實踐問題的能力。特別對于土地資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、地理科學等專業(yè)學生,LIS是未來就業(yè)擇業(yè)和科研深造的基本工具,是理論聯(lián)系實務的橋梁,亟須培養(yǎng)解決規(guī)劃問題的啟發(fā)性思維和應用性能力。對此,可以從案例專題、教學主體、教學過程等方面,建構面向?qū)嵺`應用的教學模式。
1.實務化案例專題
引入國土空間規(guī)劃專題,以LIS為支撐,實現(xiàn)課程技術應用和實務問題的嫁接。圍繞國土空間綜合監(jiān)測與評估、優(yōu)化開發(fā)、關鍵區(qū)帶協(xié)同與融合、動態(tài)診斷與預警、整治修復與功能提升、智能優(yōu)化與管控技術體系等關鍵領域[12],選擇國土空間規(guī)劃實務案例。同時,為匹配課程內(nèi)容體系變化,替換部分專題的實踐操作內(nèi)容,如將土地適宜性評價對接為“雙評價”、將城市用地擴張模擬拓展為“三線”劃定、增設全域土地綜合整治和生態(tài)修復專題等。
2.多主體參與教學
在LIS應用實踐課程中,探索教師與學生多主體參與、“授課—評論—分析”多維分工的多元化主體教學模式。在課前,教師將國土空間規(guī)劃和LIS應用的文件、資料和視頻發(fā)給學生,指導學生開展課前預習。在課上,由部分學生輪流講授專題內(nèi)容和操作步驟,以反映預習成果;由其余學生承擔評論者,提出肯定意見或疑問;教師針對參與授課和評論同學對國土空間規(guī)劃和LIS應用的掌握程度,分析課程重點難點。
3.研討式教學過程
針對LIS課程重要實務問題,推行多元化研討式教學。針對某個專題案例和技術操作,在課堂上倡導學生對多方案和多流程的探討,分析可行性和可操作性;設定重點專題案例的課后作業(yè),根據(jù)學生的課后作業(yè)完成情況,于后續(xù)課上概括典型問題;選擇8~10個實務案例,以3~4位學生為小組單位,開展學習、調(diào)研、研討和設計,花費2~4個課時,開展課程匯報。
四、結語
土地信息系統(tǒng)是一門面向國土空間規(guī)劃現(xiàn)實需求的多學科交叉課程。目前,土地信息系統(tǒng)課程面向土地管理現(xiàn)實需求構建教案,關注相關軟件學習,重視工具屬性與技術操作。然而,也存在對新興技術拓展不足、對實踐應用的啟發(fā)性教學薄弱等問題。國土空間規(guī)劃的實施對土地信息系統(tǒng)課程教學改革提出了應用支撐轉(zhuǎn)向、技術方法革新、培養(yǎng)學生實踐能力等多維需求。對此,可以圍繞課程結構多元化、技術方法集成化、教學模式實用化,探索土地信息系統(tǒng)教學改革路徑。在課程結構上,強調(diào)多學科內(nèi)容的集成運用,基于已有課程架構,以規(guī)劃多元業(yè)務為導向,優(yōu)化課程體系;在技術方法上,強化已有的土地信息技術,拓展國土空間規(guī)劃相關技術與軟件應用,引入新興技術方法;在教學模式上,建構以實務化案例專題、多主體參與教學、研討式教學過程為核心的路徑。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 劉耀林,胡石元,劉艷芳,等.土地信息系統(tǒng)課程實踐教學改革探討[J].地理空間信息,2008(1):7-10.
[2] 聶宜民.土地資源管理專業(yè)GIS課程教學的改革與實踐[J].高等農(nóng)業(yè)教育,2010(6):63-65.
[3] 鄭新奇,胡業(yè)翠,張春曉,等.中國土地信息學30年發(fā)展研究[J].中國土地科學,2018,32(1):90-96.
[4] 劉耀林,胡石元,劉艷芳,等.土地信息系統(tǒng)課程建設研究[J].地理空間信息,2007(6):4-7.
[5] 郭仁忠.“五位一體”布局下的土地科技創(chuàng)新[J].中國土地,2019(2):4-7.
[6] 亢孟軍,劉珮玥,鞏玥,等.國土空間規(guī)劃輔助決策平臺關鍵技術研究[J].地理信息世界,2019,26(4):13-19.
[7] 劉耀林,胡石元,劉艷芳,等.《土地信息系統(tǒng)》課程建設中的教學與科研良性互動[J].測繪地理信息,2010,35(3):49-52.
[8] 焦利民,劉耀林,劉艷芳,等.“三創(chuàng)”教育理念下的《土地信息系統(tǒng)》教學改革[J].地理空間信息,2013,11(1):153-155.
[9] 岳文澤,熊昌盛.土地信息系統(tǒng)理論與實踐[M].北京:科學出版社,2019.
[10] 李曉明,洪武揚,王偉璽,等.新工科背景下地理信息系統(tǒng)教學改革探討[J].地理空間信息,2022,20(10):158-160.
[11] 吳桐,岳文澤,夏皓軒,等.國土空間規(guī)劃視域下主體功能區(qū)戰(zhàn)略優(yōu)化[J].經(jīng)濟地理,2022,42(2):11-17.
[12] 張衍毓,張曉玲,鄧紅蒂.新時代國土空間治理科技創(chuàng)新體系研究[J].中國土地科學,2021,35(4):9-16.
[責任編輯:雷 艷]