GoogleEarth軟件在高校“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)中的應(yīng)用

王建軍，李媛媛，周桂生，高輝，孫成明

（揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009）

GoogleEarth軟件在高校“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)中的應(yīng)用

王建軍，李媛媛，周桂生，高輝，孫成明

（揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009）

本文探討了如何利用谷歌公司的Google Earth軟件輔助開展“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的研究性教學(xué)。該軟件能夠幫助教師精心設(shè)計(jì)科學(xué)問題和研究假設(shè)，創(chuàng)設(shè)科學(xué)研究的情境，也能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情，幫助學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，積極主動(dòng)地探索和解決科學(xué)問題，從而使學(xué)生得以深入理解課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，并獲得綜合利用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)這一新興交叉學(xué)科所涉及的不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，創(chuàng)造性地解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的實(shí)際問題的能力。

Google Earth軟件；農(nóng)業(yè)信息技術(shù)；研究性教學(xué)

1 “農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)

發(fā)展農(nóng)業(yè)、確保糧食安全離不開農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步。農(nóng)業(yè)科研、教育和技術(shù)推廣都要服務(wù)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)發(fā)展。特別是信息時(shí)代，必須加快以定性為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式向以定量為主的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化農(nóng)業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)這一新興交叉學(xué)科成功地將信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)科學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，為實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化和智能化的農(nóng)業(yè)信息管理與決策提供技術(shù)支持。

高校“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的教學(xué)，要求教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際、科研活動(dòng)緊密聯(lián)系，無縫銜接。研究性教學(xué)的教學(xué)模式和教學(xué)方法既重視知識(shí)的傳授，又強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)能力和研究能力的培養(yǎng)，因此適用于“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”這樣一個(gè)新興的、交叉的技術(shù)性課程的教學(xué)[1]。

在研究性教學(xué)中，教師通過指導(dǎo)或引導(dǎo)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境，學(xué)生從中主動(dòng)探索、主動(dòng)思考和主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力得到培養(yǎng)。在開展“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)的實(shí)踐中，遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)是如何整合課堂上所學(xué)理論與農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，如何整合該課程所涉及的不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)以及如何整合課程學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)生個(gè)人興趣。為應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，本文探討了如何利用谷歌公司的Google Earth 軟件輔助開展“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的研究性教學(xué)。雖然Google Earth 軟件已被用于“地貌學(xué)”和“地理信息系統(tǒng)”課程的輔助教學(xué)[2,3]，目前鮮有涉及Google Earth 軟件輔助“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程及其研究性教學(xué)的報(bào)道。

2 Google Earth軟件介紹

谷歌公司2005年6月推出了Google Earth 軟件。這一免費(fèi)且易用的軟件的全面推廣激發(fā)了專業(yè)及非專業(yè)人士對(duì)于空間技術(shù)及其在工作與生活中應(yīng)用的巨大興趣[4]。Google Earth 軟件通過地理信息系統(tǒng)技術(shù)將海量衛(wèi)星圖像和航空?qǐng)D像等遙感數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形成一個(gè)虛擬的三維地球儀，使得用戶可以輕松地觀察世界上任何一個(gè)角落的景象。

Google Earth 軟件通過使用美國國家航空航天局提供的數(shù)字高程模型，使用戶可以觀察地球表面的地形狀況。在某些城市，該軟件提供更為清晰的地表高程狀況甚至提供建筑物的立體模型。遙感圖像的空間分辨率從15厘米～15米不等。用戶可以模擬以不同的分辨率和不同區(qū)域尺度從不同高度和不同視角觀察全球任一區(qū)域的地球表面形態(tài)。該軟件不但可以展現(xiàn)真實(shí)的三維場(chǎng)景，還提供了“模擬飛行器”功能，使用戶可以獲得逼真的飛行體驗(yàn)。

從Google Earth 軟件5.0版開始，用戶可以看到同一地點(diǎn)不同時(shí)期拍攝的遙感圖像。只需點(diǎn)擊工具欄中的“顯示歷史圖像”，用戶即可輕松自主選擇加載該地點(diǎn)某一日期的圖像，從而觀察和比較該地點(diǎn)自然和人文景觀的歷史演變。

Google Earth 軟件所使用的遙感圖像已經(jīng)經(jīng)過了正射校正以及幾何校正，位置定位十分準(zhǔn)確。用戶可以很方便地查詢和記錄定位數(shù)據(jù)，亦可以將自己的定位信息標(biāo)定在該軟件中。用戶不但可以自行添加路徑和多邊形，還可以顯示標(biāo)尺，以及準(zhǔn)確量測(cè)線條、路徑和面積。此外，該軟件還提供了邊界和地名、地點(diǎn)、道路、海洋、天氣、照片、3D建筑等眾多圖層，用戶可以方便地根據(jù)需要自行選擇希望顯示的圖層。

3 Google Earth軟件輔助“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)

3.1 利用Google Earth軟件整合課堂上所學(xué)理論與農(nóng)業(yè)發(fā)展需求

我國農(nóng)業(yè)正在大力推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、提高綜合效益和競(jìng)爭(zhēng)力，“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程必須盡快培養(yǎng)有能力促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、提高作物品質(zhì)、減少勞動(dòng)力需求、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新型人才。這些農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求可以通過Google Earth 軟件與課堂所學(xué)理論結(jié)合起來。

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)科學(xué)與眾多學(xué)科的交叉學(xué)科，課堂上所學(xué)理論涵蓋農(nóng)業(yè)科學(xué)、數(shù)據(jù)庫及管理信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、模擬模型、虛擬技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。如何有效地在這些眾多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)與農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求之間為學(xué)生“擺渡”，對(duì)授課者是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

在“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的研究性教學(xué)中，首先，教師結(jié)合農(nóng)業(yè)發(fā)展的某一具體需求，提出能夠拓展課堂教學(xué)內(nèi)容的富有啟發(fā)性、針對(duì)性的研究假設(shè)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的科學(xué)理論，通過在課外廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)和搜集必需的資料，針對(duì)該研究假設(shè)進(jìn)行深入分析，然后通過自行設(shè)計(jì)和實(shí)施的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)該研究假設(shè)進(jìn)行具體的檢驗(yàn)，并在課堂上進(jìn)行交流討論。需要指出的是，在自行設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生往往無從下手。此時(shí)，教師可將Google Earth 軟件推薦給學(xué)生使用。例如，該軟件的“顯示歷史圖像”功能，可以顯示同一地點(diǎn)不同時(shí)期拍攝的遙感圖像。學(xué)生可以使用此功能研究某一區(qū)域土地利用方式的改變，并結(jié)合實(shí)地測(cè)量的農(nóng)田土壤重金屬含量空間分布特征，分析該區(qū)域工廠用地的增加與周邊農(nóng)田土壤重金屬污染有無內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，從而為采取農(nóng)田生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施提供依據(jù)。

3.2 利用Google Earth軟件整合課程所涉及的不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)

盡管農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)科學(xué)與信息科學(xué)的交叉學(xué)科，涉及農(nóng)業(yè)科學(xué)與數(shù)據(jù)庫及管理信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、模擬模型、虛擬技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，但由于課程體系安排等條件的限制，學(xué)生只能在尚未學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程的情況下學(xué)習(xí)“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程。基于“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的這一特點(diǎn)，教師不但需要在授課過程中幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和理解這些眾多不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，還需要在進(jìn)行研究性教學(xué)時(shí)，創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)研究的情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)動(dòng)手搜集和分析大量相關(guān)信息，積極探索和真正掌握如何綜合利用這些不同的專業(yè)知識(shí)來創(chuàng)造性地解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的實(shí)際問題。Google Earth 軟件可以有效地幫助老師和學(xué)生應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

例如，遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的主要組成部分。遙感技術(shù)通過利用各種傳感器對(duì)目標(biāo)所反射的電磁波信息進(jìn)行收集、處理，從而對(duì)各種地物特征進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。地理信息系統(tǒng)對(duì)以地理空間為基礎(chǔ)的地理信息，采用地理模型，進(jìn)行空間和動(dòng)態(tài)的地理分析，從而輔助進(jìn)行地理研究和地理決策。全球定位系統(tǒng)則是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，幫助用戶在全球任何地方全天候連續(xù)、精確地確定三維位置及時(shí)間，從而進(jìn)行交通工具導(dǎo)航、大地測(cè)量、工程測(cè)量等工作。全球定位系統(tǒng)所獲得的空間位置可以對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何校正和地理配準(zhǔn)，而地理信息系統(tǒng)則可以對(duì)從遙感圖像所提取的地物信息進(jìn)行空間分析。

學(xué)生在開展研究性教學(xué)中可能會(huì)使用到衛(wèi)星影像、或者是自行使用無人機(jī)拍攝的一些農(nóng)田圖像，而這些遙感圖像都必須進(jìn)行準(zhǔn)確的幾何校正和地理配準(zhǔn)。由于Google Earth 軟件所提供的遙感圖像均已進(jìn)行過精確的校正，具有精確的定位信息，學(xué)生可在該軟件所提供的遙感圖像上提取一些控制點(diǎn)（如道路之間的交叉點(diǎn)、道路與溪流的交叉點(diǎn)、田埂之間的交叉點(diǎn)等）的位置信息，從而進(jìn)行幾何校正和地理配準(zhǔn)。

在Google Earth 軟件中，學(xué)生可以直接測(cè)量距離、路徑、面積以及方位等地理信息。該軟件也提供了行政區(qū)邊界、地點(diǎn)、道路等眾多圖層，以及同一地點(diǎn)不同時(shí)期拍攝的遙感圖像。學(xué)生可以使用地理信息系統(tǒng)軟件將這些豐富的空間地理信息進(jìn)行疊加分析、緩沖區(qū)分析等空間分析，從而獲取所研究區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，如土地利用方式、作物種植面積、耕作制度變化等。

3.3 利用Google Earth軟件整合課程學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)生個(gè)人興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對(duì)于確保研究性教學(xué)的效果十分重要。它可以激發(fā)學(xué)生的參與熱情，并使得參與熱情在研究性教學(xué)的整個(gè)過程中得以保持。濃厚的興趣可以幫助學(xué)生克服依賴心理和無助感，從而更積極、主動(dòng)地參與研究性教學(xué)，更充分地發(fā)揮自己的能動(dòng)性，更大限度地挖掘自身的潛力，最終構(gòu)建學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)知識(shí)獨(dú)立地、創(chuàng)造性地解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的實(shí)際問題的能力。

學(xué)生往往對(duì)自己的家鄉(xiāng)具有濃厚興趣。鑒于Google Earth 軟件覆蓋了地球上的任一角落，其所能提供的豐富信息可以幫助學(xué)生以各自的家鄉(xiāng)作為項(xiàng)目區(qū)，針對(duì)教師所設(shè)定的科學(xué)問題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)揮自己的能動(dòng)性，獨(dú)立完成相關(guān)研究，并通過交流討論來提升研究性教學(xué)的效果。

4 結(jié)語

研究性教學(xué)模式擯棄了傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，強(qiáng)調(diào)同步提高學(xué)生的知識(shí)獲取能力、研究能力和動(dòng)手能力。Google Earth 軟件可用于輔助開展“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的研究性教學(xué)。該軟件能夠幫助教師精心設(shè)計(jì)科學(xué)問題和研究假設(shè)，創(chuàng)設(shè)科學(xué)研究的情境，也能夠幫助激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情，幫助學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，積極主動(dòng)地探索和解決科學(xué)問題，從而使學(xué)生得以深入理解課堂上所學(xué)理論知識(shí)，并獲得綜合利用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)這一新興交叉學(xué)科所涉及的不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)創(chuàng)，造性地解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的實(shí)際問題。

[1]王建軍,李媛媛,周桂生,高輝,孫成明.關(guān)于“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程研究性教學(xué)的思考[J].蘭州教育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,31 (12):99-100.

[2]鄭曉非.基于Google Earth 網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)地貌學(xué)課程輔助教學(xué)[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2014,16(04):514-516.

[3]李晶.Google Earth 在高校地理信息系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].開封教育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,35(10):120-121.

[4]Google Earth,在線: https://en.wikipedia org/wiki/Google_Earth.

G642

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.19.051

王建軍，博士，碩士生導(dǎo)師，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)。

教育部、農(nóng)業(yè)部、國家林業(yè)局卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計(jì)劃改革試點(diǎn)項(xiàng)目（教高函〔2014〕7號(hào)）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程一期項(xiàng)目（PPZY2015A060）；揚(yáng)州大學(xué)教學(xué)改革研究重點(diǎn)課題：復(fù)合應(yīng)用型卓越農(nóng)學(xué)人才培養(yǎng)模式的研究與探索（YZUJX 2015-6A）