基于森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升要求的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)改革

(北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京 100083)

2016年1月26日，習(xí)近平總書(shū)記從國(guó)家生態(tài)安全的戰(zhàn)略高度，做出了“著力提高森林質(zhì)量”“實(shí)施森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程”的重要指示[1]。在此背景下，作為培養(yǎng)高層次林業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的高等林業(yè)院校，如何才能更好地服務(wù)于森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題?！皽y(cè)樹(shù)學(xué)”是林業(yè)技術(shù)核心課程，其實(shí)踐教學(xué)在森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升中發(fā)揮著重要作用。因此，筆者基于現(xiàn)有的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐過(guò)程設(shè)計(jì)，結(jié)合近年來(lái)一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)的改革措施。

一、森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升的內(nèi)涵

我國(guó)林業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了以擴(kuò)大森林面積為主的外延式發(fā)展到圍繞森林質(zhì)量、兼顧森林生產(chǎn)力和生態(tài)功能并重的內(nèi)涵式發(fā)展[1]過(guò)程。森林質(zhì)量的精準(zhǔn)提升就是要通過(guò)采取科學(xué)、合理的經(jīng)營(yíng)措施，改善森林結(jié)構(gòu)，加速森林的生長(zhǎng)和正向演替以提高森林的生產(chǎn)力，增強(qiáng)森林的供給和調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)森林經(jīng)營(yíng)全過(guò)程的精細(xì)化和差異化管理[1]。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，林業(yè)經(jīng)理人必須具備能夠建立精準(zhǔn)的森林生長(zhǎng)模型、制定精準(zhǔn)細(xì)致的森林經(jīng)營(yíng)決策方案的能力。所以，“測(cè)樹(shù)學(xué)”作為林業(yè)技術(shù)核心課程，其實(shí)踐教學(xué)具有培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的重任。

二、“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握林分因子的調(diào)查方法和測(cè)算林木的林分材積、總量、蓄積量和生長(zhǎng)量，最終構(gòu)建林分生長(zhǎng)和收獲預(yù)估模型[2]，為制定科學(xué)的森林經(jīng)營(yíng)措施提供技術(shù)保障[1]。但現(xiàn)有的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)體系還存在著一定的問(wèn)題，影響了森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工作的推進(jìn)。

(一)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容有待完善

首先，現(xiàn)有的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容僅包括測(cè)樹(shù)儀器的使用方法、資料分組整理及樹(shù)高曲線繪制、標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查及林分調(diào)查因子的測(cè)定、林分蓄積量測(cè)定以及利用角規(guī)測(cè)定林分?jǐn)嗝娣e和蓄積量等8個(gè)部分，缺少生長(zhǎng)模型構(gòu)建與預(yù)估等數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)生長(zhǎng)模型構(gòu)建難點(diǎn)問(wèn)題的理解也只能停留在理論層面上。例如，全林分模型為什么無(wú)法準(zhǔn)確反映林分材種結(jié)構(gòu)、徑階分布模型如何受到直徑分布的影響、單木模型的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪里，這些理論知識(shí)無(wú)法在實(shí)踐中得到進(jìn)一步深化。林分生長(zhǎng)收獲預(yù)估模型是森林經(jīng)營(yíng)管理的重要理論依據(jù)，也是進(jìn)行森林質(zhì)量提升的基礎(chǔ)，因此，有必要完善現(xiàn)有“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加模型的構(gòu)建與應(yīng)用內(nèi)容。

其次，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容缺少樹(shù)輪方法原理介紹與應(yīng)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。樹(shù)輪方法是基于樹(shù)木寬度、密度元素獲取單木準(zhǔn)確年齡和高精度生長(zhǎng)量的方法?，F(xiàn)有“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)了基于樹(shù)輪方法確定林分年齡的內(nèi)容，但教材中沒(méi)有對(duì)樹(shù)輪方法原理進(jìn)行系統(tǒng)介紹，實(shí)踐過(guò)程中也沒(méi)有規(guī)范具體采集樣芯的方法。學(xué)生無(wú)法掌握判定變異年輪的基礎(chǔ)知識(shí)，在查數(shù)單木年齡時(shí)不能識(shí)別異常輪，造成單木年齡查數(shù)不正確。同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中采集的樣芯數(shù)量較少，無(wú)法保證單木生理年齡的準(zhǔn)確性[3]，進(jìn)而導(dǎo)致林分年齡判定不準(zhǔn)確，達(dá)不到應(yīng)有的實(shí)踐教學(xué)效果。

“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的不完善直接影響了學(xué)生對(duì)林學(xué)知識(shí)的構(gòu)建，影響了林業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。目前專(zhuān)業(yè)林業(yè)技術(shù)人才的缺失已成為制約我國(guó)現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)的瓶頸[4]。

(二)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理

首先，“步驟式”指導(dǎo)不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行踏查，選定具體調(diào)查區(qū)域，并制定詳細(xì)的實(shí)踐活動(dòng)。這樣“步驟式”的指導(dǎo)使學(xué)生逐漸養(yǎng)成了按部就班的心態(tài)，機(jī)械地完成各種指標(biāo)的調(diào)查工作，不了解測(cè)定這些指標(biāo)的意義及其數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法，缺少探究和質(zhì)疑精神，不利于林業(yè)行業(yè)領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)。

其次，獨(dú)立式樣地的布設(shè)模式影響了學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地理論的理解?，F(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是學(xué)生以組為單位進(jìn)行野外實(shí)踐，一般5～6人一組。每個(gè)小組都需要布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地。按照相關(guān)要求，標(biāo)準(zhǔn)地需要滿足幼齡林在250株以上，中齡林在200株以上，成過(guò)熟林在150株以上的條件。但實(shí)際上，每個(gè)小組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)僅能夠完成20米*20米的樣地布設(shè)，樣地內(nèi)林木的株數(shù)無(wú)法滿足理論要求，這就給接下來(lái)的數(shù)據(jù)分析帶來(lái)了一系列問(wèn)題，影響了學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地概念和林分特征的理解。

(三)林業(yè)數(shù)表使用不統(tǒng)一

林業(yè)數(shù)表是森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)和評(píng)估的基本要素，林業(yè)數(shù)表規(guī)范化也是準(zhǔn)確評(píng)估森林質(zhì)量的基本保證。然而現(xiàn)有“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中計(jì)算單木材積時(shí)，缺少統(tǒng)一規(guī)范的林分特征標(biāo)準(zhǔn)表和材積表，導(dǎo)致同一研究區(qū)域每年調(diào)查數(shù)據(jù)的結(jié)果存在著較大差異，造成實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)缺少連續(xù)性。

(四)部分教學(xué)儀器使用方法復(fù)雜、測(cè)量精度不高

現(xiàn)有“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)使用的儀器普遍存在著重量大、操作繁瑣、攜帶不便等問(wèn)題，降低了野外調(diào)查效率。同時(shí)部分測(cè)定儀器獲取的數(shù)據(jù)精度偏低，不能滿足現(xiàn)代林業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)精度的需求，阻礙了數(shù)字化林業(yè)與精準(zhǔn)林業(yè)的建設(shè)。以布魯來(lái)測(cè)高器為例，使用布魯來(lái)測(cè)高器測(cè)定樹(shù)木的高度時(shí)，對(duì)距離和目標(biāo)位置都有一定要求。首先，要求距目標(biāo)樹(shù)10米的距離進(jìn)行樹(shù)高測(cè)定，而在郁閉度高的林內(nèi)，相隔10米很難看清楚目標(biāo)樹(shù)。其次，需要對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)樹(shù)的梢頂位置，學(xué)生在測(cè)定梢頂不明顯的闊葉樹(shù)時(shí)，常常無(wú)法判斷最高點(diǎn)的位置，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確?，F(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)儀器沒(méi)有隨著信息科學(xué)與傳感器技術(shù)的發(fā)展而及時(shí)進(jìn)行更新?lián)Q代，影響了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的提升。

(五)課程考核方式單一

現(xiàn)有“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)的考核方式僅是學(xué)生提交一份實(shí)習(xí)報(bào)告，缺乏對(duì)實(shí)踐各個(gè)環(huán)節(jié)的考查，不利于學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在實(shí)習(xí)報(bào)告中，學(xué)生只是把調(diào)查得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單羅列，并沒(méi)有結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行深入分析，缺乏對(duì)實(shí)踐過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題的探究以及對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的思考，影響了學(xué)生對(duì)林業(yè)調(diào)查技術(shù)要領(lǐng)的掌握。

三、“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)改革措施

(一)規(guī)范實(shí)踐內(nèi)容，編制“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)手冊(cè)

“測(cè)樹(shù)學(xué)”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不完善和配套數(shù)表使用不統(tǒng)一問(wèn)題的根源在于現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)手冊(cè)沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行更新，相關(guān)實(shí)習(xí)內(nèi)容不規(guī)范，因此，應(yīng)確立科學(xué)合理的實(shí)習(xí)內(nèi)容。

首先，應(yīng)增加生長(zhǎng)模型構(gòu)建與應(yīng)用的內(nèi)容，包括林分年齡結(jié)構(gòu)、徑級(jí)結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建模型等。學(xué)生通過(guò)對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)分析，可以鞏固林分特征知識(shí)點(diǎn)，鍛煉構(gòu)建3種林分收獲模型的數(shù)據(jù)分析能力，深入理解3種模型在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，增強(qiáng)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行生長(zhǎng)預(yù)測(cè)的能力。因此，在原有實(shí)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)基礎(chǔ)上，任課教師結(jié)合課程理論知識(shí)和實(shí)習(xí)地的實(shí)際情況，適時(shí)修訂“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)手冊(cè)。

其次，應(yīng)增加樹(shù)輪方法原理的介紹與應(yīng)用規(guī)范的內(nèi)容，針對(duì)林分年齡確定及單株木生長(zhǎng)過(guò)程量化的不同需求，參照1987年白云慶主編的《測(cè)樹(shù)學(xué)》[5]，F(xiàn)ritts的《Tree Rings and Climate》[6]和吳祥定等人的《樹(shù)木年輪與氣候變化》等論著，制定統(tǒng)一的樣芯采集標(biāo)準(zhǔn)和變異年輪判定原則。

(二)完善實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

首先，應(yīng)采取“問(wèn)題式”指導(dǎo)模式，“問(wèn)題式”指導(dǎo)模式可以使教學(xué)過(guò)程個(gè)性化，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在實(shí)習(xí)前，教師可以給學(xué)生分發(fā)選題，讓學(xué)生選擇自己感興趣的科學(xué)問(wèn)題，如徑級(jí)對(duì)各樹(shù)種生長(zhǎng)的影響等。學(xué)生根據(jù)實(shí)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)，自行制定野外具體實(shí)施方案，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)審核方案的可行性，提出相應(yīng)的改進(jìn)意見(jiàn)。在制定解決方案的過(guò)程中，學(xué)生可以進(jìn)一步掌握林分徑級(jí)的結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)量測(cè)定等野外調(diào)查技術(shù)，同時(shí)理解各調(diào)查因子之間的內(nèi)在關(guān)系。這樣的指導(dǎo)模式既可以激發(fā)學(xué)生實(shí)習(xí)的主動(dòng)性，又培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

其次，應(yīng)構(gòu)建“聯(lián)合”樣地的布局模式。“聯(lián)合”樣地布局就是改變?cè)械莫?dú)立實(shí)踐單元，將各實(shí)習(xí)小組布設(shè)的樣地相互連接，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)地面積的要求。北京林業(yè)大學(xué)鷲峰實(shí)習(xí)林場(chǎng)的林分較為破碎，很難找到900m2以上的、且林分特征一致的樣地，所以樣地布設(shè)較為困難。筆者引導(dǎo)學(xué)生采取“聯(lián)合”樣地布局的模式來(lái)解決樣地面積不足的問(wèn)題?！奥?lián)合”樣地既可以設(shè)置多個(gè)400m2的標(biāo)準(zhǔn)地，也可以設(shè)置多個(gè)半徑為18m的串行圓樣地?！奥?lián)合”樣地布局的模式不僅降低了選取標(biāo)準(zhǔn)地的難度，也讓學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地選取標(biāo)準(zhǔn)的理解更加深刻。

(三)更新實(shí)踐教學(xué)配套儀器，提高學(xué)生的野外實(shí)踐能力

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，森林計(jì)測(cè)儀器設(shè)備正在向數(shù)字化、集成化方向發(fā)展。森林調(diào)查MINI型攝影超站儀、手持式高精度立木胸徑測(cè)量設(shè)備等具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精準(zhǔn)、作業(yè)效率高等特點(diǎn)。因此，應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)配套儀器設(shè)備，以提高學(xué)生今后從事森林資源調(diào)查等林業(yè)工作技術(shù)的能力。

(四)完善課程考核，培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的林業(yè)技術(shù)人才

林業(yè)高校旨在培養(yǎng)科技領(lǐng)軍人才、管理技術(shù)人才、高級(jí)技能人才，因此，實(shí)踐教學(xué)的考核也應(yīng)從這3個(gè)方面展開(kāi)。

首先，通過(guò)對(duì)學(xué)生野外調(diào)查方案的審定，考核學(xué)生解決實(shí)際科學(xué)問(wèn)題的能力。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)習(xí)方案中要明確關(guān)鍵問(wèn)題，設(shè)計(jì)完善的實(shí)施步驟，確定合理的數(shù)據(jù)分析方法等。其次，在具體的調(diào)查過(guò)程中，應(yīng)對(duì)學(xué)生森林資源調(diào)查的工作能力和協(xié)調(diào)組織能力進(jìn)行考核。優(yōu)秀的學(xué)生應(yīng)有計(jì)劃性、具備組織能力、有合作意識(shí)、協(xié)調(diào)溝通方法得當(dāng)。在方案匯報(bào)過(guò)程中，應(yīng)考核學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和邏輯思維能力。最后，對(duì)學(xué)生提交的實(shí)習(xí)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)習(xí)報(bào)告應(yīng)不拘泥于固有形式，可以根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)形成一篇研究論文或者是對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程及實(shí)習(xí)結(jié)果進(jìn)行思考，提出改進(jìn)建議。通過(guò)以上3個(gè)方面的考核，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高了學(xué)生綜合素質(zhì)。

四、“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)改革的成效

(一)豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

改進(jìn)后的“測(cè)樹(shù)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)增加了樹(shù)輪方法、林分結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)模型等內(nèi)容，并采取了啟發(fā)式的教學(xué)方式，使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到了充分的調(diào)動(dòng)，能夠圍繞教師給定的林業(yè)科學(xué)研究中的某一實(shí)際問(wèn)題，獨(dú)立制定野外調(diào)查方案。學(xué)生通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的深入分析，結(jié)合理論知識(shí)，給出科學(xué)的解釋并提出合理的解決方案。同時(shí)，針對(duì)學(xué)生的不同學(xué)業(yè)水平，布置有針對(duì)性的實(shí)習(xí)內(nèi)容，保障了每位學(xué)生都能掌握林業(yè)調(diào)查的技術(shù)要領(lǐng)。

(二)提升了學(xué)生的野外實(shí)踐能力

案例式教學(xué)鍛煉了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)挖掘問(wèn)題實(shí)質(zhì)的能力。例如部分學(xué)生能對(duì)樹(shù)輪數(shù)據(jù)提供的精確林分年齡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行深入思考，同時(shí)結(jié)合野外調(diào)查中的樹(shù)種組成的數(shù)據(jù)，重建林分的更新歷史，部分學(xué)生還以此為基礎(chǔ)成功申請(qǐng)了大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。