林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程案例教學(xué)的構(gòu)建與實(shí)施

舒清態(tài)

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)本科生“章節(jié)式”教學(xué)法在案例教學(xué)模式中存在的弊端，以本科生林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程為教學(xué)案例，結(jié)合林學(xué)（專升本）本科生培養(yǎng)目標(biāo)，從案例選取、案例設(shè)計(jì)、案例組織、案例實(shí)施和評(píng)價(jià)5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了案例教學(xué)設(shè)計(jì)并組織實(shí)施。實(shí)踐表明，圍繞林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式設(shè)計(jì)的具有典型性、可操作性和綜合性的教學(xué)案例得到本科生的肯定，但個(gè)別案例內(nèi)容需要進(jìn)行調(diào)整，以提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程;案例式教學(xué);教學(xué)的組織與實(shí)施

中圖分類號(hào) G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2021）23-0165-03

The Construction and Implementation of Typical Case in Teaching of 3S Technology Application in Forestry

SHU Qingtai

（College of Forestry， Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： For the problem existing in the traditional “Chapter-based teaching ”? method in the case teaching mode， in this paper the undergraduate Courses of “3S technology application in forestry”is? token as the teaching case， and the teaching mode of cases is explored. Combined with the training objectives of forestry specialty， the case-based teaching design and implementation from five teaching links are carried out， including the selection of typical topics， the design of representative thematic cases， the introduction of thematic background knowledge points， the association of thematic and case knowledge points， the organization and implementation of cases and the effect evaluation. Practice shows that the design of typical， operable and comprehensive teaching cases around the teaching content and teaching methods of the advanced course of ′ Forestry 3S Technology Application Project ′ has been affirmed by graduate students who have entered the road of scientific research， but the contents of individual thematic cases need to be adjusted to improve the teaching effect.

Key words： “3S” technology application in forestry; Case teaching; Construction and implementation of teaching

我國當(dāng)前林業(yè)高等院校開設(shè)的3S（RS、GIS、GPS）基礎(chǔ)理論課程已無法滿足培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才的要求，怎樣在實(shí)際教學(xué)中提升學(xué)生動(dòng)手能力，并讓學(xué)生系統(tǒng)深入掌握林業(yè)3S技術(shù)方法，以便服務(wù)于林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐？傳統(tǒng)“章節(jié)式”授課模式對(duì)基于案例式教學(xué)模式的林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用課程并不適合，需要對(duì)林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程的授課內(nèi)容和授課方式進(jìn)行調(diào)整變化。為此，筆者在林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用課程案例教學(xué)中，根據(jù)近二十年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過不斷對(duì)比和分析，構(gòu)建并設(shè)計(jì)了林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用案例，并在林學(xué)（專升本）2020級(jí)本科生中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

1 林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用課程案例式教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

1.1 典型專題案例的選取 對(duì)于林學(xué)（專升本）學(xué)生而言，“林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用”課程不僅在資源及生態(tài)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測方面有著廣闊的應(yīng)用前景，也是今后資源環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。而案例式教學(xué)模式就是為了學(xué)生把現(xiàn)有專業(yè)理論應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，專注特長培養(yǎng)。因此，在典型案例的設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前空間技術(shù)發(fā)展趨勢與特點(diǎn)進(jìn)行案例選擇。

林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用主要是探索3S技術(shù)及其他高新技術(shù)的原理方法在森林資源環(huán)境的調(diào)查與監(jiān)測、評(píng)價(jià)及管理、管理信息系統(tǒng)等方面的應(yīng)用研究。森林計(jì)測參數(shù)遙感監(jiān)測是林業(yè)3S技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域，包括森林物理結(jié)構(gòu)參數(shù)（如森林蓄積量、森林生物量等）和森林生物化學(xué)參數(shù)（如葉綠素），這些參數(shù)的遙感監(jiān)測屬植被定量遙感內(nèi)容。因此，把“森林計(jì)測參數(shù)定量遙感反演”作為林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程的代表性專題案例。

1.2 典型案例的設(shè)計(jì) 針對(duì)林學(xué)（專升本）開設(shè)的林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用專業(yè)選修課，授課對(duì)象的專業(yè)水平卻參差不齊。因此，在進(jìn)行“森林計(jì)測參數(shù)定量遙感反演”典型案例設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到專題的代表性和普適性，既要兼顧到3S基礎(chǔ)知識(shí)一般的學(xué)生，又要照顧到基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)的學(xué)生;同時(shí)，專題的設(shè)計(jì)還應(yīng)與近幾年及今后一段時(shí)期研究熱點(diǎn)聯(lián)系在一起，注重專題內(nèi)容的時(shí)效性。當(dāng)前，森林計(jì)測參數(shù)定量遙感反演研究熱點(diǎn)主要包括多源遙感協(xié)同的森林計(jì)測參數(shù)反演、無人機(jī)遙感的森林計(jì)測參數(shù)的提取、森林生物量/碳儲(chǔ)量遙感定量反演、激光雷達(dá)（LiDAR）區(qū)域尺度森林參數(shù)遙感反演、高光譜遙感的森林樹種精細(xì)識(shí)別等;最后，專題的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“少而精”的原則。

結(jié)合以上原則，筆者根據(jù)林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)案例圍繞“森林計(jì)測參數(shù)定量遙感反演”展開，典型專題案例包括“基于多光譜數(shù)據(jù)的森林蓄積量遙感估測”“基于無人機(jī)高光譜的森林樹種精細(xì)識(shí)別”“基于激光雷達(dá)和多光譜遙感協(xié)同的森林生物量遙感反演”3個(gè)典型案例，內(nèi)容兼顧當(dāng)前及今后森林資源監(jiān)測及定量遙感領(lǐng)域研究熱點(diǎn)及不同層次學(xué)生3S技術(shù)水平，各專題案例內(nèi)容來自筆者3個(gè)國家自然科學(xué)基金部分成果，保證各專題教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐。

2 林業(yè)3S技術(shù)與應(yīng)用專題案例的組織

在案例教學(xué)模式中，典型案例的組織應(yīng)與教學(xué)效果和學(xué)生的興趣直接關(guān)聯(lián)。為了提升教學(xué)效果，典型案例的組織應(yīng)遵循：（1）系統(tǒng)性，即林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程案例組織須應(yīng)包含RS、GIS、GPS基本理論知識(shí)和基本方法，應(yīng)體現(xiàn)3S為有機(jī)整體又各有側(cè)重點(diǎn);（2）適用性，即案例應(yīng)與當(dāng)前及今后一定時(shí)期研究熱點(diǎn)相連，但不應(yīng)超越現(xiàn)有的應(yīng)用水平;（3）綜合性，典型案例須體現(xiàn)出該課程體系的集成應(yīng)用，形成從林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、信息處理、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)提取、模型的建立及專題圖制作整體技術(shù)體系。

為此，西南林業(yè)大學(xué)森林經(jīng)理教研室團(tuán)隊(duì)成員，針對(duì)“林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用”本科生課程特點(diǎn)，甄選案例，把理論融入案例中，不僅幫助了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，而且鞏固了學(xué)生理論基礎(chǔ)，激發(fā)了興趣，提高了聽課效率。考慮到專題的代表性、時(shí)效性和論文篇幅，本文只列出典型案例一知識(shí)點(diǎn)的組織及細(xì)化，具體內(nèi)容見表1。

3 專題案例式教學(xué)的實(shí)施與評(píng)價(jià)

3.1 案例教學(xué)的實(shí)施 進(jìn)行案例課程教學(xué)前，先應(yīng)進(jìn)行各專題案例背景知識(shí)介紹。在講授案例一“基于多光譜數(shù)據(jù)的森林蓄積量遙感估測”時(shí)，以當(dāng)前迅猛發(fā)展的空間技術(shù)和林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)問題為切入點(diǎn)，讓學(xué)生從林業(yè)遙感信息獲取模式相關(guān)的前沿技術(shù)，如高光譜遙感技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)和微波雷達(dá)技術(shù)，去了解3S技術(shù)在林業(yè)中應(yīng)用;從森林計(jì)測參數(shù)遙感監(jiān)測手段的發(fā)展變化，引出無人機(jī)遙感平臺(tái)在實(shí)時(shí)信息獲取的可能。在進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，筆者要求每位學(xué)生獨(dú)立操作，練習(xí)了遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理;通過遙感模型指標(biāo)變量提取，讓學(xué)生對(duì)遙感圖像處理軟件ENVI5.3有了更深刻的認(rèn)識(shí);通過蓄積量專題圖的制作，讓學(xué)生熟悉了ArcGIS10.5軟件的操作;通過遙感模型的參數(shù)求解，讓學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件SPSS進(jìn)行了應(yīng)用。案例的設(shè)計(jì)與實(shí)施，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力。

案例教學(xué)離不開教師的科研項(xiàng)目成果，二者相輔相成。對(duì)科研專題案例的進(jìn)行剖析是案例式教學(xué)重要途徑。案例二“基于無人機(jī)高光譜的森林樹種精細(xì)識(shí)別”是筆者第3個(gè)國家自然科學(xué)基金部分研究內(nèi)容。在講授中筆者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于3S技術(shù)基礎(chǔ)理論一般的學(xué)生，需采用穿插回顧3S理論方式，如高光譜和多光譜在進(jìn)行森林信息提取時(shí)區(qū)別、成像高光譜與非成像高光譜進(jìn)行森林測參數(shù)提取時(shí)差異;而對(duì)于林學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)缺乏的學(xué)生，在講野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，需適時(shí)把林分調(diào)查因子及角規(guī)測樹方法進(jìn)行補(bǔ)充。

案例三“基于激光雷達(dá)和多光譜遙感的森林生物量遙感反演”是筆者第2個(gè)國家自然科學(xué)基金部分研究內(nèi)容，研究方法先進(jìn)，數(shù)據(jù)較全，具有較好的時(shí)效性，而本科生在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取及應(yīng)用方面幾乎是空白，所以，在實(shí)踐教學(xué)中，激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)放給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，邊講邊練習(xí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題;同時(shí)建立“林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用專題”釘釘聯(lián)系群，便于學(xué)生進(jìn)行激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理時(shí)遇到問題適時(shí)交流，通過該案例分析，學(xué)生對(duì)激光雷達(dá)協(xié)同光學(xué)影像進(jìn)行森林生物量反演相關(guān)技術(shù)有了深刻的認(rèn)識(shí)。

3.2 案例教學(xué)的評(píng)價(jià) 為了有效評(píng)價(jià)案例式教學(xué)效果，教研組成員設(shè)計(jì)了“林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用”案例式教學(xué)方法效果問卷，調(diào)查在該門課程結(jié)課后，進(jìn)行無記名的調(diào)查，評(píng)價(jià)內(nèi)容涉及授課內(nèi)容和授課方式7個(gè)問題3個(gè)等級(jí)水平（較差、一般、滿意），具體包括：①本門課程案例典型性如何;②教學(xué)案例的難易程度如何;③教學(xué)案例信息量及時(shí)效性如何;④案例對(duì)3S知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)如何;⑤案例個(gè)數(shù)與講授的詳細(xì)程度如何;⑥對(duì)本人專業(yè)能力及動(dòng)手能力提升如何;⑦對(duì)畢業(yè)論文及以后項(xiàng)目申報(bào)是否有幫助如何。并對(duì)林學(xué)2020（專升本）91名學(xué)生進(jìn)行回收統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，在教學(xué)內(nèi)容（問題①-④）評(píng)價(jià)中，問題①③④結(jié)果滿意度為90人，接近100%，說明學(xué)生對(duì)案例的設(shè)計(jì)和和當(dāng)前熱點(diǎn)聯(lián)接較好;而問題②結(jié)果為一般81人，占89%。說明在案例選擇時(shí)偏難，進(jìn)一步了解得知，專題3“基于激光雷達(dá)和多光譜遙感的森林生物量遙感反演”大部分學(xué)生覺得偏難，主要是對(duì)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及指標(biāo)參數(shù)提取需要編程實(shí)現(xiàn)，大部分學(xué)生這方面能力較弱;在授課方式（問題⑤-⑦）上，問題⑤⑥⑦結(jié)果滿意度較高，均為90%以上，說明學(xué)生對(duì)課程案例的設(shè)計(jì)及講授方式基本能接受。問卷調(diào)查結(jié)果表明，對(duì)“林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用”本科生課程授課內(nèi)容需進(jìn)一步調(diào)整，以適應(yīng)不同水平的學(xué)生。

4 結(jié)語

典型案例的設(shè)計(jì)和因人施教的教學(xué)方式是進(jìn)行專題案例式教學(xué)基本前提，它決定著案例式教學(xué)的效果。對(duì)于本科生林業(yè)3S技術(shù)應(yīng)用課程案例教學(xué)模式而言，案例的選擇須有代表性，應(yīng)與當(dāng)前國際研究熱點(diǎn)和我國當(dāng)前林業(yè)發(fā)展需要的林業(yè)信息前沿技術(shù)相銜接，并能解決具體生產(chǎn)實(shí)踐。此外，專題案例的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)授課對(duì)象水平不同進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳玲，郝文乾，劉艷春.林業(yè)遙感類高級(jí)課程案例式教學(xué)模式的實(shí)踐與思考[J].中國林業(yè)教育，2016，34（04）：67-74.

[2]李友根.論基于案例研究的案例教學(xué)——以“經(jīng)濟(jì)法學(xué)”課程為例[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015，000（003）：47-50，66.

[3]吳英，鄧榮艷，賴煉.案例教學(xué)法在《3S技術(shù)在林業(yè)上的應(yīng)用》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高教論壇，2016（03）：33-36.

（責(zé)編：王慧晴）