農(nóng)林院?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的組織及教學(xué)方法的選擇

余坤勇 劉 健，2 賴日文 俞欣妍

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002；2.三明學(xué)院資源與化工學(xué)院，福建三明 365000)

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農(nóng)林院校現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的組織及教學(xué)方法的選擇

余坤勇1劉 健1，2賴日文1俞欣妍1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002；2.三明學(xué)院資源與化工學(xué)院，福建三明 365000)

在農(nóng)林類院校開展現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)過程中，存在著前導(dǎo)性基礎(chǔ)課程欠缺、理論與實(shí)踐教學(xué)未能同步、學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)差異性大等問題，直接影響了課程的教學(xué)效果和學(xué)生對知識的掌握程度。針對這些問題，從補(bǔ)充前導(dǎo)性基礎(chǔ)性課程、消除學(xué)生專業(yè)背景的差異性、協(xié)同理論與實(shí)踐課程教學(xué)等角度，提出了現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的組織原則，即結(jié)合“3S技術(shù)”和“遙感應(yīng)用”2門課程，將現(xiàn)代空間信息技術(shù)類教學(xué)知識點(diǎn)與科研成果有機(jī)結(jié)合，開展教學(xué)素材的組織及教學(xué)過程的設(shè)計(jì)探討，并結(jié)合案例進(jìn)行展示。實(shí)踐證明，對于現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)中復(fù)雜的、抽象的知識點(diǎn)，以具體的科研成果為教學(xué)素材，通過項(xiàng)目教學(xué)法等教學(xué)模式，可良好地修正學(xué)生的空間思維，促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的理解和掌握，提高農(nóng)林類院?？臻g信息技術(shù)類課程的教學(xué)效果。

現(xiàn)代空間信息技術(shù)；3S技術(shù)；遙感；教學(xué)素材

現(xiàn)代空間信息技術(shù)已成為當(dāng)前對資源進(jìn)行宏觀尺度監(jiān)測、定量化測定乃至微觀環(huán)境量化研究的重要技術(shù)手段，其核心技術(shù)如“3S技術(shù)”“遙感應(yīng)用”“地理信息系統(tǒng)”等是農(nóng)林類院校學(xué)生必須掌握的課程知識?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)在資源環(huán)境監(jiān)測的過程中具有多維的、空間性特征，所以現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程涉及的內(nèi)容較多，學(xué)習(xí)此類課程的學(xué)生要掌握的前期課程的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識較多，只有扎實(shí)地掌握了專業(yè)基礎(chǔ)知識，才能較好地從模擬的遙感數(shù)據(jù)中分析出資源的空間特征，在虛擬的信息中實(shí)現(xiàn)對資源的管理[1-3]。

教師在授課過程中應(yīng)選擇能較好地聯(lián)系課程理論知識和需要空間思維表達(dá)的教學(xué)素材，以簡單的生活案例引導(dǎo)為起點(diǎn)，促進(jìn)理論知識在思維表達(dá)上的提升，再通過實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等綜合性的實(shí)踐和大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生的空間思維。這一教學(xué)過程，將對學(xué)生空間思維的培養(yǎng)發(fā)揮重要的作用，可極大地提升學(xué)生對現(xiàn)代空間信息技術(shù)類相關(guān)課程知識的理解與掌握。

一、農(nóng)林類院?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)的現(xiàn)狀

(一)前導(dǎo)性基礎(chǔ)課程欠缺

當(dāng)前農(nóng)林類院校的林學(xué)、生態(tài)學(xué)、水土保持與荒漠化防治等專業(yè)開設(shè)的“3S技術(shù)”課程，自然地理與資源環(huán)境等專業(yè)開設(shè)的“遙感應(yīng)用”“地理信息系統(tǒng)”等課程均是選修課或基礎(chǔ)課。各專業(yè)在設(shè)置課程體系時(shí)，因?qū)W時(shí)的限制，無法開設(shè)與“現(xiàn)代空間信息技術(shù)”課程相關(guān)的基礎(chǔ)課程。由于前導(dǎo)基礎(chǔ)課程的欠缺，無法對學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代空間信息技術(shù)抽象思維的系統(tǒng)訓(xùn)練。同時(shí)，由于專業(yè)背景上的差異，在面向農(nóng)林類院校學(xué)生開展現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)過程中，學(xué)生在空間信息的表達(dá)、理解上有較大差異，學(xué)生對課程知識點(diǎn)的理解或存在偏差、或難以掌握較深的專業(yè)內(nèi)涵，影響了課程的教學(xué)效果和知識的具體應(yīng)用[4]。

(二)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的協(xié)同性差

現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，教師在課堂上講解和演示的內(nèi)容與步驟需要學(xué)生在課后進(jìn)行實(shí)際操作，才能更好地理解和掌握。但受儀器設(shè)備少、實(shí)驗(yàn)單元學(xué)時(shí)數(shù)少等因素的影響，在實(shí)踐過程中僅能有針對性地設(shè)置一些實(shí)驗(yàn)主題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)無法與理論教學(xué)同步。同時(shí)，學(xué)生在課后自我學(xué)習(xí)過程中，受現(xiàn)代空間信息技術(shù)所需軟件系統(tǒng)不易安裝以及實(shí)驗(yàn)練習(xí)素材缺失等因素影響，無法通過與教師的實(shí)時(shí)、簡單的交流及時(shí)解決疑難問題，因此影響了現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)的課外實(shí)踐，影響了學(xué)生對知識的鞏固和延伸。

(三)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)的差異性導(dǎo)致課程教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)

教學(xué)素材表達(dá)的深度、教學(xué)模式的選擇等都會影響學(xué)生對現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程理論的認(rèn)識與理解。若教師簡單地闡述實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作過程，課程理論與實(shí)踐的聯(lián)結(jié)過快，學(xué)生會覺得“只要照著老師做，就有結(jié)果了”而不會聯(lián)想到這樣做的基礎(chǔ)是什么，結(jié)果有什么作用；若教師較為細(xì)致地闡述實(shí)驗(yàn)原理各知識點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)操作步驟的關(guān)系，則實(shí)驗(yàn)課過程中理論知識講授占用時(shí)間多、學(xué)生自我實(shí)踐的時(shí)間則相對較短，學(xué)生又會覺得難以形成理論知識與具體應(yīng)用思維的聯(lián)系，往往“記住這一步，忘了下一步”。

在現(xiàn)代空間信息技術(shù)類相關(guān)課程的綜合性實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)過程中，部分前導(dǎo)基礎(chǔ)知識較為一般的同學(xué)未能形成良好的應(yīng)用空間信息技術(shù)相關(guān)知識的發(fā)散思維，缺乏相關(guān)知識點(diǎn)“知源、知用”的解決方法，在遇到技術(shù)問題時(shí)不知所措，易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)受挫，信心受創(chuàng)的現(xiàn)象，從而形成一種現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程難學(xué)的看法，在一定程度上影響了學(xué)生對現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程的認(rèn)識和學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)設(shè)計(jì)往往難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

二、農(nóng)林類院?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的組織原則

現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程涉及空間信息技術(shù)、地圖學(xué)、光學(xué)、氣象氣候、物理、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)及諸多應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)科，要求學(xué)習(xí)者具備物理知識以及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的知識與經(jīng)驗(yàn)，還需要豐富的空間想象力和較強(qiáng)的數(shù)學(xué)分析與應(yīng)用能力，才能比較容易理解和掌握[5-6]。

(一)補(bǔ)充前導(dǎo)性基礎(chǔ)課程

現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程涉及較多基礎(chǔ)學(xué)科，要求學(xué)生具備的基礎(chǔ)知識較多。教師在教學(xué)過程中，教學(xué)教材的選取應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)性、易理解、具有良好的空間思維的連貫性，并通過案例教學(xué)法，展示相關(guān)教學(xué)知識的前導(dǎo)課程的基礎(chǔ)知識，彌補(bǔ)學(xué)生對現(xiàn)代空間信息技術(shù)的前導(dǎo)課程欠缺的不足。同時(shí)，可對現(xiàn)代空間信息技術(shù)以外的基礎(chǔ)課程或其他知識進(jìn)行相應(yīng)的說明，以便使學(xué)生更好地掌握現(xiàn)代空間信息技術(shù)。

(二)消除學(xué)生專業(yè)背景的差異性

由于學(xué)生基礎(chǔ)上的差異，在理論與案例的展示過程中，有的學(xué)生缺乏理論知識的空間虛擬與抽象的訓(xùn)練，難于從模擬的抽象角度思考空間實(shí)物與抽象思維間的具體變換。理科學(xué)生相對于文科的學(xué)生在數(shù)學(xué)分析、幾何空間性的抽象理解力方面要好于文科學(xué)生。如在“遙感應(yīng)用”課程中地形起伏對遙感影像成像影響(即投影差知識點(diǎn))的教學(xué)過程中，理科學(xué)生就比較容易理解空間投影差的概念，而文科學(xué)生由于抽象能力相對較弱，在空間幾何學(xué)理解上相對較難。因此，教師在相關(guān)教學(xué)過程中，教學(xué)素材應(yīng)選取能增強(qiáng)理論知識虛擬表達(dá)的空間思維模擬分析，以消除學(xué)生專業(yè)背景上的差異性，促進(jìn)教學(xué)的三同，即“同教材、同方法、學(xué)生的同理解”。

(三)加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的協(xié)同

由于缺乏前導(dǎo)基礎(chǔ)課程，學(xué)生對于現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程相關(guān)知識的空間思維抽象模擬表達(dá)較弱，且缺乏相應(yīng)系統(tǒng)的空間思維的引導(dǎo)與訓(xùn)練，所以對相關(guān)課程知識點(diǎn)的理解有一定的限度。如在GIS技術(shù)應(yīng)用過程中，學(xué)生無法根據(jù)空間分析數(shù)據(jù)，有針對性地依據(jù)目標(biāo)空間分析的目的，建立相應(yīng)的抽象模型，構(gòu)建所需要的二維數(shù)據(jù)庫。因此，教師在講授與實(shí)踐聯(lián)結(jié)性較強(qiáng)的知識時(shí)，可選取能體現(xiàn)理論與實(shí)踐協(xié)同教學(xué)的素材(案例)，在課堂上結(jié)合“理論+案例”的教學(xué)方式，不僅可增強(qiáng)學(xué)生對抽象知識點(diǎn)的理解，也可在一定程度上解決實(shí)踐課時(shí)短、實(shí)踐內(nèi)容與理論教學(xué)未能協(xié)同開設(shè)的不足。

三、農(nóng)林類院?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)方法的選擇

(一)啟發(fā)式

對學(xué)生進(jìn)行概念性的空間思維與表達(dá)的培養(yǎng)，主要是以現(xiàn)實(shí)資源環(huán)境存在的現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)，引入相關(guān)的“現(xiàn)代空間信息技術(shù)”課程的知識點(diǎn)、概念和相關(guān)表述技巧，通過生活常識的引入，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)清生活常識與“現(xiàn)代空間信息技術(shù)”課程相關(guān)知識點(diǎn)的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)概念的理解和掌握。

(二)圖示法

教師在教學(xué)過程中，可以將資源環(huán)境與現(xiàn)代林業(yè)信息技術(shù)間的關(guān)系以圖示的方法進(jìn)行展示，結(jié)合科研成果和實(shí)驗(yàn)相關(guān)流程，引導(dǎo)學(xué)生形成三維的虛擬空間圖示表達(dá)思維，促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。如在模擬區(qū)域土地利用動態(tài)變化的環(huán)境教學(xué)過程中，由于區(qū)域的景觀格局變化難于表述，可通過不同時(shí)期的圖示的疊置變換與轉(zhuǎn)移，直觀地查看區(qū)域土地利用的變化過程，從而在意識里形成動態(tài)變化的思維過程，促進(jìn)學(xué)生空間思維的表達(dá)和對相關(guān)知識的理解和掌握。

(三)項(xiàng)目法

對于較復(fù)雜的知識點(diǎn)尤其是技術(shù)操作具有聯(lián)貫性的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系，教師在講授過程中，以現(xiàn)實(shí)的資源環(huán)境生產(chǎn)任務(wù)為素材，并輔助于具體的科研成果的展示，給學(xué)生一個(gè)輪廓清晰、目標(biāo)明確的任務(wù)，通過對產(chǎn)生的任務(wù)項(xiàng)目建設(shè)需要性分析、項(xiàng)目建設(shè)的理論基礎(chǔ)、項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)支撐和應(yīng)用3個(gè)環(huán)節(jié)，形成以項(xiàng)目為中心，展開相應(yīng)知識的自行組織、安排和實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的抽象思維與應(yīng)用的聯(lián)系，完成對學(xué)生空間性思維的培養(yǎng)。教學(xué)素材與教學(xué)模式的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 與教學(xué)素材對應(yīng)的教學(xué)方法

四、農(nóng)林類院?，F(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)案例的實(shí)施

首先，圍繞成像原理知識點(diǎn)，設(shè)計(jì)了地物顏色與光譜特征、遙感成像之間關(guān)系的教學(xué)案例，涉及到的相關(guān)知識點(diǎn)有光譜特征、遙感波段和太陽輻射，所需教學(xué)素材有TM影像、SPOT等遙感影像和遙感圖像處理軟件。教學(xué)案例設(shè)計(jì)的基本步驟為：首先通過指令學(xué)生睜開與閉合眼睛感覺對顏色的視覺差異，詢問學(xué)生地物有顏色的原因，讓學(xué)生分析地物成色及所成顏色差異的原因，引導(dǎo)學(xué)生回憶高中物理學(xué)中紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的成色過程，進(jìn)而引出光譜的概念。在此基礎(chǔ)上，通過單一灰色和彩色合成展示遙感影像的視覺差異，引出波段與光譜的關(guān)系和概念，進(jìn)而綜合地物成像原理的過程與各知識點(diǎn)的聯(lián)貫性，促進(jìn)學(xué)生對該知識點(diǎn)的理解與掌握。啟發(fā)教學(xué)過程的關(guān)系見圖1。

五、農(nóng)林類院校現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)改革的成效

遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代空間信息技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，為當(dāng)前宏觀尺度上的資源監(jiān)測、微觀環(huán)境的定量化測定提供了重要技術(shù)手段。在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)過程中，現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的組織與教學(xué)的實(shí)施，對學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代空間信息技術(shù)具有重要的推動作用。結(jié)合科研成果的啟發(fā)性、實(shí)用性和探索性，開展相關(guān)現(xiàn)代空間信息技術(shù)類課程教學(xué)素材的設(shè)計(jì)與編制，體現(xiàn)了綜合性、探究性、先進(jìn)性、實(shí)用性和普遍性的教學(xué)內(nèi)涵。通過課程改革中的案例展示，良好地激發(fā)了學(xué)生的空間思維和創(chuàng)新意識，2012屆、2013屆和2014屆福建農(nóng)林大學(xué)資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)的學(xué)生提出大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)思路，在課題組教師的指導(dǎo)下，連續(xù)3屆獲得現(xiàn)代空間信息技術(shù)類領(lǐng)域的國家級大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)立項(xiàng)資助。

圖1 地物顏色與光譜特征、遙感成像的關(guān)系

[1] 張加龍.林業(yè)院校非地理信息系統(tǒng)專業(yè)GIS教學(xué)的探討[J].中國林業(yè)教育，2013，31(3)：60-64.

[2] 余坤勇，劉健，賴日文，等.“3S技術(shù)”課程引進(jìn)科研成果的教學(xué)分析探討[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社科版，2009，11(4)：131-133.

[3] 馬丹.農(nóng)業(yè)院校遙感課程的教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2013(9)：59-61.

[4] 劉建，賴日文，余坤勇，等.“3S技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高教理論與實(shí)踐，2008(1)：46-51.

[5] 戚鵬程，郭廣猛，潘竟虎.遙感數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式的構(gòu)建[J].測繪科學(xué)，2012，37(3)：194-197.

[6] 劉春，程效軍，吳杭彬.“地理信息系統(tǒng)”案例教學(xué)的特征分析與應(yīng)用[J].中國地質(zhì)教育，2012(3)：90-94.

(責(zé)任編輯 王 偉)

福建農(nóng)林大學(xué)校級教學(xué)改革項(xiàng)目“空間信息類課程綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與編制”，項(xiàng)目編號111412067；福建省“3S技術(shù)”精品課程建設(shè)項(xiàng)目。