生態建設背景下“林業遙感”課程教學改革實踐

張 瑜 王鵬程 滕明君

(華中農業大學園藝林學學院，武漢 430070)

遙感是在航空攝影測量的基礎上，隨著空間信息技術、計算機技術的迅速發展而形成的一門新興的綜合探測技術。我國是較早將遙感技術應用于林業的國家之一。遙感技術在林業中的應用包括森林資源調查與規劃、森林生物物理參數反演、森林病蟲害監測、森林火災監測預報、森林災害損失評估、森林生態系統碳循環模擬、森林可視化經營等多個方面[1]。隨著國家“智慧林業”“數字林業”以及天地一體化信息網絡的建設，包括遙感在內的3S技術與林業的結合更加緊密，因此林業行業和林業相關部門對遙感技術人才的需求也更加迫切[2]。在此背景下，為了培養更多與行業發展需求相匹配的人才，2005年華中農業大學園藝林學學院針對本科生開設了“林業遙感”選修課程，至今已形成了較為完整的課程教學體系。

一、生態建設背景下遙感技術在林業建設中的作用

遙感技術是信息技術新的發展方向[3]，也是進行空間數據采集最有效的手段，可快速獲取不同時間和空間分辨率的地理空間信息[4]。遙感技術在林業建設中發揮著重要作用。一是改變了林業數據的獲取方式。傳統的林業數據獲取主要是依靠人工調查的方式，要快速高效地獲取宏觀的林業信息存在一定困難，而遙感技術可借助不同高度的遙感平臺，快速獲取宏觀的林業資源分布信息，為林業相關部門掌握林業資源的總體分布情況并對其進行宏觀規劃與管理提供支撐。二是遙感技術有助于病蟲害與火災的監測。遙感技術能提供實時的病蟲害與火災監測信息，方便林業部門迅速對病蟲害與火災等作出科學決策與應對措施，盡可能地降低受災程度，避免不必要的經濟損失。三是遙感技術豐富了可獲取林業信息的類型。隨著遙感技術的發展，利用遙感數據可提取的林業信息越來越豐富，例如利用多光譜遙感數據可計算多種不同的植被指數，還可通過不同類型的遙感數據提取樹高、冠幅、蓄積量、生物量等參數。

二、“林業遙感”課程教學存在的問題

(一)課程教材落后于遙感技術的發展

目前，“林業遙感”課程還沒有全國統編教材，各高校所選用的教材多為全國高等農林院校“十二五”規劃教材，如《林業遙感》《遙感導論》《遙感基礎與應用》等。這些教材編寫時間較早，內容陳舊，相比于發展迅速的遙感技術，教材中的知識與實際逐漸脫節[5]。

(二)學生對課程的重視程度有待加強

“林業遙感”雖然是一門應用前景廣闊的課程，但學生對該課程并沒有引起足夠的重視。究其原因，首先，課程教學內容涵蓋了大量的物理知識，如電磁波原理、攝影測量技術、光學與彩色原理等，部分學生物理知識基礎較為薄弱，因此學習該課程有一定難度[6]；其次，在學習遙感類課程之前，林學專業學生對遙感相關知識缺乏總體認識，對于遙感在林業中的應用了解得較少，這也在一定程度上導致學生的學習興趣不高[5]。

(三)實踐教學環節較為薄弱

理論教學環節對遙感技術的應用起著基礎的支撐作用，而實踐則是培養學生應用遙感技術能力的關鍵環節。但是，由于實踐教學的學時較少，在有限的學時內，實驗教學更多地停留在室內圖像的處理與分析上，導致學生無法全面掌握理論應用的方法，對一些實驗操作的目的和內涵缺乏較為深入的理解。例如，“林業遙感”課程實驗部分僅有16課時，分為4次實驗。在這有限的4次實驗當中，只能安排遙感圖像預處理、遙感圖像目視解譯、遙感圖像監督分類與非監督分類等實驗內容，而對于同樣較為重要的數字圖像增強與變換等內容則由于課時原因無法涵蓋。

在生態建設背景下，林業空間數據采集、森林資源調查與監測、森林火災及病蟲害監測等都需要遙感技術提供快速、高效、精準的信息，以方便林業資源的現代化管理。林學專業學生能否掌握“林業遙感”課程的關鍵理論知識與實踐技能，關系到林業的發展與未來。基于生態建設背景下林業發展對遙感技術的需求及當前“林業遙感”課程中存在的問題，開展“林業遙感”課程改革顯得尤為必要。

三、生態建設背景下“林業遙感”課程教學改革的實踐

(一)將遙感技術發展的最新動態融入課程教學內容

“林業遙感”課程理論教學應當與學科發展前沿緊密結合，將最新的發展和應用實例引入課程教學，從不同的角度讓學生深入了解最新的遙感技術的發展動態，這樣在增加課程趣味性的同時，激發學生的學習興趣。在課程教學過程中，筆者及時補充了近年來遙感技術的發展情況，例如Planet Labs遙感衛星群、高景1號、吉林1號、珞珈1號等商業衛星的應用現狀，植被高光譜遙感技術的興起與發展，DMSP/LOS遙感夜間燈光數據的應用等。同時，筆者還將新近發生的一些遙感技術應用的典型事例，以小專題的形式向學生進行了介紹。例如，在講授地物電磁波譜時，加入利用嫦娥4號和玉兔2號光譜探測數據對月幔物質開展研究的最新進展；在電磁波章節引入2019年關于世界上第一張黑洞照片的發布情況等。將最新遙感技術融入課程教學，可以使學生及時了解遙感技術的應用現狀，拓展學生的視野，提高學生的就業競爭力。

(二)注重與其他相關課程知識的融合

“林業遙感”課程與林學專業的“數字林業技術”“景觀生態學”“森林經理學”等課程具有密切聯系，注重與其他相關課程知識的融合，有助于學生更好的將課程知識應用到林業生產的實踐中。首先，在課程開始時，筆者向學生介紹了“林業遙感”課程與其他課程的關系，讓學生有一個總體認識。其次，在講授與其他課程有聯系的知識點時，要強調該知識點在其他課程中的應用情況。例如，講授遙感影像處理時，在向學生介紹遙感影像處理方法的同時，也向學生介紹了獲取的數據在景觀生態學中可為景觀格局、景觀動態變化以及景觀功能分析提供數據支撐，在森林經理學中則能為林業資源的經營管理提供森林資源的空間分布、數量與質量等信息。此外，在實驗內容的設計方面，也安排了與其他課程相關的實驗，便于學生從具體的操作中學會如何綜合運用交叉學科知識。

(三)實施案例教學

案例教學可以保證學生在有限的課時里，快速了解遙感技術在林業中的應用方法和途徑，讓他們深刻體會遙感技術對于林業的重要性，激發他們開展科學研究的熱情。同時在吸收案例信息的同時，也能逐漸強化他們解決實際問題的能力[7]。因此，在課程教學中，筆者圍繞森林資源遙感監測、森林結構參數反演、森林災害遙感監測等設置了遙感技術在林業生產中應用的案例，通過對這些案例的介紹分析，讓學生了解我國“一類清查”和“二類清查”等森林資源遙感監測的基本過程和方法、森林結構參數的基本類型和反演方法、主要森林災害的監測過程等內容，為學生在林業生產實際中應用遙感技術奠定理論基礎。

(四)強化實踐教學環節

在開展案例教學的同時，還要強化相應的實踐環節，以培養學生的實踐能力。在實踐教學環節，學生可以利用無人機、激光雷達等技術完成相關數據的采集，加深對理論知識的理解，并將相關技術應用于具體的實踐中。以森林病蟲害為例，在講授完理論知識后，筆者帶領學生到發生森林病蟲害的林地開展野外調查，讓學生利用遙感技術調查森林病蟲害的嚴重程度，分析森林病蟲害發生前后林地光譜的變化特征，并嘗試構建相應的森林病蟲害監測系統，制定應對策略。通過開展森林病蟲害遙感調查的實踐教學，學生學會如何獲取遙感影像，并能通過對林地的光譜特征的分析快速識別出森林病蟲害區域的光譜特征。實踐教學環節不僅強化了學生對相關知識點的理解，也為以后的工作奠定基礎。

(五)增加文獻閱讀及匯報教學環節

為了幫助學生快速掌握和消化課程知識，提升學生解決問題的能力[7]，在課程學習初期，筆者給學生布置了文獻閱讀與匯報的任務，要求學生圍繞遙感技術在林業中的應用，從《Remote Sensing of Environment》《Forest Ecology and Management》等林業和遙感行業的權威期刊上，選擇最新的學科前沿研究案例，從遙感數據、技術方法、應用結果等方面，對所選文獻案例進行閱讀分析，在課程結束時，每位學生要對閱讀的文獻進行匯報展示。在這個過程中，每位學生對自己閱讀文獻中的林業遙感技術應用的實例都有較為深入的研究，通過匯報，可以加深學生對遙感技術在林業生產中應用范圍的了解。

四、生態建設背景下“林業遙感”課程教學改革的成效

(一)提升了學生對專業的認同感

“林業遙感”課程教學改革后，在課程教學內容中增加了遙感技術的最新動態，有效提升了學生的學習熱情，學生在課堂上注意力較為集中，在課后也會針對一些相關內容積極與教師討論。同時，案例教學的實施，有助于學生將課程知識與林業生產的實際應用相結合，使學生能夠透過這些教學案例切身體會到林學專業的使命感。近年來，有越來越多的林學專業學生通過該課程的學習，積極參加全國高校GIS技能大賽、高光譜遙感影像智能處理行業應用大賽，并在比賽中獲獎。學生逐步對林學專業有了全面深入的認識，專業認同感也在逐步提高。

(二)提升了畢業生的就業率

通過課程教學改革，林學專業學生在掌握了扎實的專業知識的同時，也提升了實踐能力，從而增強了考研和就業的競爭力，林學專業畢業生就業率逐年提升。據統計，近3年來，華中農業大學林學專業就業率由2016年的92.2%提高到2018年的97.8%。每年均有一批優秀的學生被保送或考入武漢大學、廈門大學、浙江大學、華東師范大學等高校與科研院所進行研究生階段的學習與深造。同時，畢業生的就業面也在逐步拓展，呈現出多元化的趨勢，包括了空間信息采集與管理、森林災害智能監測與預警等林學專業相關行業與領域。

資助項目：華中農業大學2019年教學研究與改革項目“成果導向(OBE)理念下林學類專業生態學課程群建設與改革”，項目編號2019116；華中農業大學2019年教學研究與改革項目“深度融合信息技術的林學專業綜合實習課程整合實踐”，項目編號2019124。