强化信息技术在环境科学专业教学中的应用

　　人口、资源问题已成为制约人类经济、社会可持续发展的重要因素，而环境则是连接自然与社会的桥梁。环境科学专业培养的学生，应能运用自然科学和社会科学有关学科的理论、技术和方法研究环境问题，无论在宏观尺度还是在微观尺度上能够了解人类同环境之间的相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，能理解环境影响及其作用机理，并寻求解决环境问题的多种方案。

　　环境科学专业的培养目标是让学生掌握环境科学的基本理论、基本知识和基本技能，了解学科发展的现状和动态，培育具有创造性思维、理论联系实际、独立从事科学研究和实际应用能力的人才。

随着信息化技术的发展， 越来越多的国家和地区在监测系统中将3S(3S具体指地理信息系统-GIS、全球定位系统-GPS、遥感-RS) 等信息技术与传统监测技术方法联合运用，扩展了获取环境质量信息和污染源排放信息的手段。日本在全国各地建立了包括水质、大气、噪音、振动、地表沉降等项目的自动观测网络， 在各种观测数据的基础之上建立了基于GIS 的环境信息系统，从而可以完成各种监测统计表格、监测统计图形及污染源分布图的输出， 同时还具有环境预测和管理决策的各种功能。

美国应用遥感与GIS 技术对密西西比河流域的地形、岩性、土壤类型、气候条件、植被类型、城市布局、两岸工厂和排污口分布等多种因素进行分析，根据环境模型可以计算出流域的水质变化， 进而判断出密西西比河的水质受流域自然环境背景和人工排污量影响的程度。

　　信息技术在环境科学的相关领域如环境监测、科学研究、决策制订、环境规划与预测等各个领域发挥了重要的作用，在环境科学以及环境决策与管理方面扮演着越来越重要的角色。

　　一 信息技术在环境科学领域的具体应用

　　1.环境信息挖掘

　　环境科学所涉及的大量环境信息具有时间性和动态性特点，另外还具有空间分布的特点。信息系统的最大特点在于把社会生活中的各种信息都能落实在地理位置中，并可根据用户需要对这些信息进行分析，与反映地理位置的图形信息有机地结合在一起。

　　随着经济社会的发展及人口的增加， 环境污染问题日益突出，迫切要求大范围、经常性和连续地监测环境参数。如何科学合理并有效地利用这些数据就显得尤为重要。多种途径得到的数据自身有一定的相关性，而且分布上有独特的空间差异，由观测到的环境变量衍生出新的环境数据是环境信息挖掘的重要方面。信息系统可以对环境实况数据采集与分析，结合强大的空间分析功能，对获取的环境信息进行深入的信息挖掘，对数据进行环境参数的定量、定性分析及环境动态变化的预测分析。

　　2.环境信息监测

环境科学是研究人类所处的自然环境的一门学科，而自然环境是由大气、水体、土壤等组成的复杂系统，信息技术中以遥感为代表的检测技术具有大范围、多时相、高分辨率、多光谱的特点，因此遥感信息技术在全球气候变化、局地水体监测、大气臭氧耗损监测以及多尺度范围的环境变化等全球环境变化研究中发挥着不可替代的作用。大范围的环境演变的周期较长，规律不容易被发现，但是由于其特殊性，一旦失衡，就难以复原。

因此，综合应用信息技术监测环境的变化规律、模拟环境演化，做到防患于未然就具有非常现实的意义。通过地理信息系统技术对多时相、多数据源的遥感数据分析，可以对全球的环境演变进行动态的监测。通过对多源、多时相遥感图像的分析，能对过去一段时间的环境变化过程进行反演与模拟，并可以根据模拟的结果对未来一段时间内的环境演变进行仿真的模拟和演示。

　　3.环境信息建模

　　环境模型是进行环境评价和环境预测的有力手段，是环境学研究中较为成熟的一个领域。由于许多环境问题和环境过程都具有非线性、空间分布特性、随机性以及随机变化特性，因此环境模型大都比较复杂，而信息系统如地理信息系统是专门针对地理数据及相关数据进行采集、存储管理、分析处理与实时显现的操作系统。

　　在地理信息系统中，基本概念是时空分布的拓扑关系，而研究的主题内容被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。而在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而这些基本研究对象诸如水的扩展、土壤有机质层次结构、大气运动、污染源在区域的分布等明显具有空间分布特性的环境要素。地理信息系统的属性结构和环境模型在概念和研究对象上具有很好的耦合性，这使得二者的结合是自然、合理又具有潜力的。

　　传统的环境模型空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍捉襟见肘。而空间分析和空间数据管理正是信息技术的优势，GIS 可以为环境模型提供一整套基于地理信息系统逻辑原理的空间科学范式，用以反映具有空间分布特性的环境模型研究对象的在地理空间上的移动、扩散，以及在时间范围内的动态变化及相互作用。环境模型对各种环境问题和环境过程描述准确、算法精练，能够体现环境问题的空间特性，比如现在常用的水质模型、大气扩散模型、污染物在地下水中运移模型等都可以在二维和三维中得到很好的应用。

　　二 强化信息技术在环境科学专业应用的意义

信息技术是对各类信息系统的分析、设计和应用。在环境领域也存在并需要各种各样的信息系统，环境信息就是通过加工的、能够用于环境保护工作的数据和符号，它反映了环境系统各个环节的时间、空间和状态特征，因而掌握这些基础知识十分必要。人类进入21世纪后，环境与人的关系得到了前所未有的重视，在我国亦是如此，特别是在发展中的典型区域环境与发展之间的矛盾日益突出。信息技术手段是近年来在各学科都得到长足发展的新生力量。

随着现代化技术手段的发展，人类对于环境科学的认识不断提高，传统意义的技术手段已不能满足人类对于环境的科学探索，因此需要强化信息技术在环境科学中的应用，所以在环境科学专业培养方案的制订中，应突出强调信息技术在环境科学中的重要作用。

　　对于信息技术在环境科学应用中的研究，可以对学校环境科学专业以后的教学相关内容做尝试性的分析。重点分析信息技术在环境科学中的具体应用;学校的环境科学专业在信息技术应用方面的理论课程和实验课程如何开设;为适应就业市场对人才的特殊需求，如何强化学校环境科学在信息技术应用方面的技术特长，为学校环境科学专业的发展壮大提供依据。

　　三 强化信息技术在环境科学专业中的应用途径

通过环境信息技术应用理论课程的设置以及实验平台的建设，让学生掌握信息技术在环境科学中的具体应用。利用所学的地理信息系统、环境遥感、数据库、管理信息系统进行环境保护系统的开发，拓展应用技能。通过学习掌握环境科学的基础知识，了解环境污染控制和管理的各种手段和方法，了解环境信息系统的结构和开发过程，熟练掌握环境信息系统的概念、作用及应用。通过对地理信息系统的特征、内容和基本结构及一些常用软件的运用和分析，掌握地理信息系统组成、数据结构和环境信息的空间分析，并学会如何用地理信息系统这门空间数据科学来解决环境科学中的一些管理、规划等问题。

通过信息技术的学习，能够对遥感技术和全球定位系统概念、应用及图像处理技术有所掌握，对环境信息系统数据的来源和收集方式有一定了解，并能掌握环境信息技术在环境监测和环境评价中的实际应用。所研究的内容主要集中在以下几个方面：

　　1.对环境科学专业信息技术课程开设的可行性论证 信息技术已经在环境科学中得到了广泛的应用，但是不同学校的课程设置与本学校的学科背景以及师资状况有着密切的联系。培养什么样的人才及如何培养在一定程度上决定了开设课程的性质。根据重庆工商大学的软硬件情况，构建环境科学专业信息技术应用教学的相关课程。

　　2.分析实验平台建设的现状及不足

　　信息技术平台由于自身的特征使得对庞杂的空间数据进行定量分析处理和信息的综合评价、预测成为可能，从而为环境科学研究与规划管理走向自动化、定量化和科学化开辟了广阔前景。我们学校已经在信息化教学方面特别是经济学相关专业建立了相对完备的技术平台和计算机信息中心，与经济信息教学有着密切的联系也有着明显的区别，该研究将在对现有的实验平台分析的基础之上，分析学校加强环境信息技术应用方面的优势与不足。

　　3.师资共享的联合机制探索

　　每个学校在专业设置和院系组合方面都有自己的优势，不同的专业之间有着较强的联系和互补。如何有效利用现有的师资，促进环境科学专业的建设则成为环境科学快速健康发展的必由之路。

　　四 结语

近年来，环境问题特别是经济发展过程中由人类活动而引起的环境问题较为突出，已成为制约经济和社会可持续发展的重要因素。环境科学是一个复杂的学科体系，涉及人口、资源与环境的各个方面。随着现代化技术手段的发展，社会对环境科学专业人才在环境信息处理能力方面有较高要求。

当前状况下，如何系统地构建学科体系、利用现有的软硬件设施强化信息教学、让学生掌握信息处理能力、优化学科脉络，是环境科学专业需突破的重要方面。以学校现有的师资状况、基础实验环境为基础，采用理论分析、实验模拟、高校走访、问卷调查等形式进行环境信息技术理论课程和实验课程设置的可行性论证，为环境科学专业的健康快速发展服务。

　　从粗放型的发展到集约节约型的可持续发展思路的转变，使得环境科学的相关学科得到了长足发展。各级部门和组织对环境问题尤为重视，围绕着环境问题开展了一系列的科学研究和实验观测，积累了大量的科学数据。环境信息技术是目前计算机技术应用方面继人工智能、信息系统、预测系统后，管理信息系统中最活跃的研究领域。因此，信息技术对环境数据信息的设计、开发和应用等工作也就显得格外迫切。

　　作者：吕志强 来源：学园 2011年4期