面向新农科的“四位一体”地理信息系统原理课程内容重构与实践

摘  要：针对地理信息系统（GIS）原理课程思政“三农”情怀融入不够、理论体系与农业科学理论知识交叉不紧密、实训内容与农业科学人才需求不匹配的问题，以四川农业大学农业资源与环境专业为例重构课程内容，以立德树人为引领，以思政案例库构建学科融合的“GIS+农业”思政知识体系；以“农业空间数据分析”为主线，关注农业空间数据采集、处理、分析与展示，构建GIS基础知识体系；以新农科要求为导向，拓展农业大数据分析等前沿内容，构建“GIS+农业”前沿知识体系；以农业现代化为目标，紧扣智慧农业等社会需求，构建“GIS+农业”应用知识体系。思政、基础、前沿和应用“四位一体”课程知识体系的实践取得良好的教学成效，可为新农科背景下一流专业的课程建设提供参考和借鉴。

关键词：新农科；地理信息系统；课程内容；四位一体；知识体系

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）34-0109-06

Abstract： Targeting the problems including insufficient integration of "Three Rural Feelings"， not tight cross-fusion between the course content and the theoretical knowledge of agricultural science， and the mismatch between the practical training and the agricultural science talent demand in the course of Principle of Geographic Information Systems（GIS）， and taking the major of agricultural resources and environment in Sichuan Agricultural University as an example， this paper reconstructs the curriculum content of Principle of GIS. Depending on the guidance of moral cultivation，"GIS-Agricultural" ideological and political knowledge system has been established on the ideological and political case database. Taking "agricultural spatial data analysis" as the main line， we established GIS basic knowledge system which focuses on collecting， processing， analyzing， and visualization of agricultura spatial data. Orienting by new agricultural science， the paper constructs "GIS-agricultural" frontier knowledge system including agricultural big data analysis， etc. Taking agricultural modernization as the goal， it builds "GIS-agricultural" applied knowledge system based on social needs such as smart agriculture. The practice of "four-in-one" curriculum knowledge system of ideology and politics， basic， frontier and application has achieved good teaching results， which can provide reference for the curriculum construction of first-class majors under the background of new agricultural science..

Keywords： new agricultural science; geographic information systems; curriculum content; quaternity; knowledge system

“安吉共识”“北大仓行动”和“北京指南”奏响了新农科建设的“三部曲”，提出了为适应我国农业农村现代化深入发展需要的农科教育改革未来方向，要求打破学科之间的壁垒，创多元融合协同发展之路，用生物技术、信息技术、工程技术等现代科学技术改造现有涉农专业，更好地服务于国家粮食安全、农业农村发展和生态文明建设[1]。作为农业信息技术组成部分之一，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）因其可以服务于现代农业大数据的产生、储存，以及分析和管理等各方面[2]，已成为新农科背景下农学类较多专业如智慧农业、农业资源与环境和土地科学与技术等必修课。

地理信息系统原理在课程建设和发展方面已作了大量卓有成效的工作，如张书亮等[3]、徐敬海等[4]、陈学兄[5]总结了线上线下混合式GIS原理课程的建设经验与举措；赵春燕等[6]设计了课程的研讨式教学内容和教学方式；史守正等[7]进行了课程思政的探索与实践。但已有的工作多数针对地理科学类和测绘学类专业，对于自然保护与环境生态类、植物生产类等农学类专业GIS原理教学的研究涉及较少。在新时代国家农业农村现代化和新农科建设要求下，农学类专业的GIS原理课程不仅要培育学生的GIS知识和技能，更加需要学生具备爱农知农为农的“三农”情怀，且能科学运用GIS技术解决农业领域的实际问题[8-9]。本文总结了四川农业大学国家一流本科专业建设点农业资源与环境GIS原理（以下简称“我校”）课程在新时代新农科导向下的课程内容重构方面的思路、举措及成效，以期为同类课程的改革与建设提供借鉴。

一  课程定位和课程建设存在的问题

（一）  课程定位

地理信息系统原理课程是四川农业大学国家一流本科专业建设点农业资源与环境的专业必修课，40个学时，其中理论教学24学时，实践教学16学时，开设于大二上学期。课程以理论讲授和课堂实践为主，教学目的是使学生掌握GIS的基本概念、基本理论、实际应用和前沿进展，旨在为新时代现代化农业的建设和发展培养具有创新能力、实践能力和自主学习探究能力的一流人才。作为农业资源与环境专业培养计划中唯一的一门信息技术类课程，通过本课程的学习，学生不仅可以掌握GIS知识和技术，而且更重要的是可以培养学生的农业科学研究空间思维，为后续如环境监测与质量评价土壤地理学、土壤资料调查与评价等课程打下必要的空间建构基础。

（二）  课程建设存在的问题

在深入探析当前GIS原理课程内容建设的基础上，结合农业资源与环境专业特点，分析现有GIS原理课程存在的问题。

1  课程思政个性不足，“三农”情怀融入不够

高校立身之本在于立德树人，课程思政是落实高校立德树人、铸魂育人的中心环节之一。尽管已有对于GIS原理课程思政的探索与研究，但对照教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》所提出的结合专业特点分类推进课程思政建设、将课程思政融入课堂教学建设全过程[10]，现有GIS原理课程思政多是探讨工匠精神、北斗精神和团队合作精神等的融入[7，11]，显得共性有余，个性不足，且少有针对农学类专业的GIS原理课程思政研究。在当下全面推进乡村振兴和生态文明建设、保障粮食安全的战略需求下，GIS原理课程思政需紧密联系与农业资源与环境专业相关联的乡村振兴、生态文明粮食安全等关键词，以达到“润物细无声”的思政教学效果。

2  GIS理论体系与农业科学理论知识交叉不紧密

本文对比罗列了GIS原理课程主要采用国内教材的基本信息（表1）。这六本教材的编者来自武汉大学、北京大学、南京大学、南京师范大学、中山大学和中国地质大学（武汉）。这些高等院校是目前我国地理信息科学专业本科生培养的中坚力量（以上高等院校的地理信息科学专业均入选国家一流本科建设点）。因此，表1所列出的教材可认为代表了地理信息科学专业GIS原理课程教材的整体情况。在对所列教材具体章节内容进行分析后，发现现有GIS原理教材均包括以下必修内容，GIS基本概念、地理数学基础、数据结构、数据采集与处理、数据组织与管理、空间分析与可视化表达。课程的教学难点为空间数据模型、两种常用空间数据结构、空间分析的原理。现有教材普遍以空间数据为主线的方式进行章节编排，章节知识点之间彼此串联而成，清晰明了，但现有教材与农业科学理论知识交叉不紧密，影响了农学类专业学生对课程学习的兴趣。此外，现有教材内容中较少涉及国家粮食安全、乡村振兴和生态文明建设等“三农”知识，不利于培养懂农业、爱农村、爱农民的卓越农林人才。

3  现有GIS实训内容与农业GIS人才需求不匹配

新农科建设背景下，农业信息化建设已成为支撑现代农业稳定长足发展的关键，传统的农业资源与环境管理技术与方法已满足不了多元化的信息收集、储存、处理和分析，作为一种地理空间数据获取、组织、分析和展示技术，GIS可以服务于现代农业大数据的产生、储存以及分析和管理等各方面，在推动精准农业、新农村建设和国家粮食安全战略等方面发挥着重要作用。随着GIS技术在农业资源与环境领域的广泛应用，对既熟知农业科学领域知识又具备一定GIS知识和软件操作技能的人才需求也在不断增长，而现有GIS原理课程主要面向的是理工科类专业，通用GIS实验教材较多针对国土规划、城乡规划、风景园林等专业领域，不能满足社会对农业科学专业人才的特殊需求。因此，对农林院校GIS原理课程的教学内容进行重构就显得更加迫切和重要。

二  课程内容重构

基于GIS原理课程存在的主要问题，我们将教学内容进行重新组织构建。在教学设计中，为达到知识构建、能力培养和价值塑造的课程目标，以“GIS+农业”为导向，构建“四位一体”课程内容（图1）。具体来说，以立德树人为引领，以思政案例库构建学科融合的“GIS+农业”思政知识体系。以“农业空间数据分析”为主线，关注农业空间数据采集、处理、分析与展示，构建GIS基础知识体系。以新农科要求为导向，拓展农业大数据分析等前沿内容，构建“GIS+农业”前沿知识体系，建成包含我校最新学术成果的前沿文献库。以农业现代化为目标，紧扣智慧农业等社会需求，构建“GIS+农业”应用知识体系。

图1  地理信息系统原理教学内容体系概念图

（一）  以立德树人为引领，构建学科融合的“GIS+农业”思政知识体系

立德树人是高校的根本使命，而课程思政建设是使命达成的有效途径[10]。课程思政建设不是“附加题”，而是“必选题”，直接关系到当代高等教育服务国家发展需求的最终效果。四川农业大学农业资源与环境专业的学生毕业后从事的岗位较多与农业、农村和农民有关。因此，在GIS原理课堂和实践教学中除培养学生的爱国情怀、科研实干和工匠精神外，还充分融入粮食安全、乡村振兴、生态文明建设等热点问题，让学生意识到“三农”问题的重要性和紧迫性，培养学生的“三农”情怀和“爱农知农为农”素养，增强学生服务“三农”和农业农村现代化的使命感和责任感（表2）。如通过第二次、第三次全国土壤普查，土壤资源调查样点布设和农田土壤养分数字制图等案例的介绍和实践技能的锤炼，培养学生的“三农”情怀、专业自信和使命担当；通过农用地土壤环境质量类别划分的实验，培养耕地质量安全和绿色生态发展意识，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的生态文明与可持续发展理念；通过耕地破碎化空间格局分析的实验，切实让学生体会到耕地是粮食生产的命根子，是中华民族永续发展的根基，是全面推进乡村振兴的基础，激发其爱国情操和“三农”意识。GIS原理课程实现了思政元素的“基因式”融入，做到了教学内容有“思政味道”，立德树人“润物细无声”，使得思政教育看得见、摸得着、记得住。