林業3S技術應用課程案例教學的構建與實施

舒清態

摘 要：針對傳統本科生“章節式”教學法在案例教學模式中存在的弊端，以本科生林業3S技術應用課程為教學案例，結合林學（專升本）本科生培養目標，從案例選取、案例設計、案例組織、案例實施和評價5個教學環節進行了案例教學設計并組織實施。實踐表明，圍繞林業3S技術應用課程教學內容和教學方式設計的具有典型性、可操作性和綜合性的教學案例得到本科生的肯定，但個別案例內容需要進行調整，以提升教學效果。

關鍵詞：林業3S技術應用課程;案例式教學;教學的組織與實施

中圖分類號 G712 文獻標識碼 A 文章編號 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

我國當前林業高等院校開設的3S（RS、GIS、GPS）基礎理論課程已無法滿足培養應用型技術人才的要求，怎樣在實際教學中提升學生動手能力，并讓學生系統深入掌握林業3S技術方法，以便服務于林業生產實踐？傳統“章節式”授課模式對基于案例式教學模式的林業3S技術與應用課程并不適合，需要對林業3S技術應用課程的授課內容和授課方式進行調整變化。為此，筆者在林業3S技術與應用課程案例教學中，根據近二十年的教學經驗，通過不斷對比和分析，構建并設計了林業3S技術與應用案例，并在林學（專升本）2020級本科生中進行了教學實踐。

1 林業3S技術與應用課程案例式教學內容的設計

1.1 典型專題案例的選取 對于林學（專升本）學生而言，“林業3S技術與應用”課程不僅在資源及生態環境調查與監測方面有著廣闊的應用前景，也是今后資源環境調查與監測技術的發展方向。而案例式教學模式就是為了學生把現有專業理論應用于林業生產實踐，專注特長培養。因此，在典型案例的設計上應遵循“以學生為本”的教學理念，同時結合當前空間技術發展趨勢與特點進行案例選擇。

林業3S技術與應用主要是探索3S技術及其他高新技術的原理方法在森林資源環境的調查與監測、評價及管理、管理信息系統等方面的應用研究。森林計測參數遙感監測是林業3S技術主要應用領域，包括森林物理結構參數（如森林蓄積量、森林生物量等）和森林生物化學參數（如葉綠素），這些參數的遙感監測屬植被定量遙感內容。因此，把“森林計測參數定量遙感反演”作為林業3S技術應用課程的代表性專題案例。

1.2 典型案例的設計 針對林學（專升本）開設的林業3S技術應用專業選修課，授課對象的專業水平卻參差不齊。因此，在進行“森林計測參數定量遙感反演”典型案例設計時，不僅要考慮到專題的代表性和普適性，既要兼顧到3S基礎知識一般的學生，又要照顧到基礎知識扎實的學生;同時，專題的設計還應與近幾年及今后一段時期研究熱點聯系在一起，注重專題內容的時效性。當前，森林計測參數定量遙感反演研究熱點主要包括多源遙感協同的森林計測參數反演、無人機遙感的森林計測參數的提取、森林生物量/碳儲量遙感定量反演、激光雷達（LiDAR）區域尺度森林參數遙感反演、高光譜遙感的森林樹種精細識別等;最后，專題的設計應遵循“少而精”的原則。

結合以上原則，筆者根據林業3S技術應用課程的教學經驗，林業3S技術與應用教學案例圍繞“森林計測參數定量遙感反演”展開，典型專題案例包括“基于多光譜數據的森林蓄積量遙感估測”“基于無人機高光譜的森林樹種精細識別”“基于激光雷達和多光譜遙感協同的森林生物量遙感反演”3個典型案例，內容兼顧當前及今后森林資源監測及定量遙感領域研究熱點及不同層次學生3S技術水平，各專題案例內容來自筆者3個國家自然科學基金部分成果，保證各專題教學和學生實踐。

2 林業3S技術與應用專題案例的組織

在案例教學模式中，典型案例的組織應與教學效果和學生的興趣直接關聯。為了提升教學效果，典型案例的組織應遵循：（1）系統性，即林業3S技術應用課程案例組織須應包含RS、GIS、GPS基本理論知識和基本方法，應體現3S為有機整體又各有側重點;（2）適用性，即案例應與當前及今后一定時期研究熱點相連，但不應超越現有的應用水平;（3）綜合性，典型案例須體現出該課程體系的集成應用，形成從林業基礎數據獲取、信息處理、數據分析、指標提取、模型的建立及專題圖制作整體技術體系。

為此，西南林業大學森林經理教研室團隊成員，針對“林業3S技術應用”本科生課程特點，甄選案例，把理論融入案例中，不僅幫助了學生對教學內容的理解，而且鞏固了學生理論基礎，激發了興趣，提高了聽課效率。考慮到專題的代表性、時效性和論文篇幅，本文只列出典型案例一知識點的組織及細化，具體內容見表1。

3 專題案例式教學的實施與評價

3.1 案例教學的實施 進行案例課程教學前，先應進行各專題案例背景知識介紹。在講授案例一“基于多光譜數據的森林蓄積量遙感估測”時，以當前迅猛發展的空間技術和林業3S技術應用熱點問題為切入點，讓學生從林業遙感信息獲取模式相關的前沿技術，如高光譜遙感技術、激光雷達技術和微波雷達技術，去了解3S技術在林業中應用;從森林計測參數遙感監測手段的發展變化，引出無人機遙感平臺在實時信息獲取的可能。在進行遙感數據預處理時，筆者要求每位學生獨立操作，練習了遙感數據預處理;通過遙感模型指標變量提取，讓學生對遙感圖像處理軟件ENVI5.3有了更深刻的認識;通過蓄積量專題圖的制作，讓學生熟悉了ArcGIS10.5軟件的操作;通過遙感模型的參數求解，讓學生對傳統的數據處理軟件SPSS進行了應用。案例的設計與實施，培養了學生自主學習能力和動手能力。

案例教學離不開教師的科研項目成果，二者相輔相成。對科研專題案例的進行剖析是案例式教學重要途徑。案例二“基于無人機高光譜的森林樹種精細識別”是筆者第3個國家自然科學基金部分研究內容。在講授中筆者發現，對于3S技術基礎理論一般的學生，需采用穿插回顧3S理論方式，如高光譜和多光譜在進行森林信息提取時區別、成像高光譜與非成像高光譜進行森林測參數提取時差異;而對于林學基礎知識缺乏的學生，在講野外數據采集時，需適時把林分調查因子及角規測樹方法進行補充。

案例三“基于激光雷達和多光譜遙感的森林生物量遙感反演”是筆者第2個國家自然科學基金部分研究內容，研究方法先進，數據較全，具有較好的時效性，而本科生在激光雷達數據獲取及應用方面幾乎是空白，所以，在實踐教學中，激光雷達實驗數據發放給學生進行實驗操作，邊講邊練習，及時發現問題和解決問題;同時建立“林業3S技術應用專題”釘釘聯系群，便于學生進行激光雷達數據處理時遇到問題適時交流，通過該案例分析，學生對激光雷達協同光學影像進行森林生物量反演相關技術有了深刻的認識。

3.2 案例教學的評價 為了有效評價案例式教學效果，教研組成員設計了“林業3S技術應用”案例式教學方法效果問卷，調查在該門課程結課后，進行無記名的調查，評價內容涉及授課內容和授課方式7個問題3個等級水平（較差、一般、滿意），具體包括：①本門課程案例典型性如何;②教學案例的難易程度如何;③教學案例信息量及時效性如何;④案例對3S知識點的串聯如何;⑤案例個數與講授的詳細程度如何;⑥對本人專業能力及動手能力提升如何;⑦對畢業論文及以后項目申報是否有幫助如何。并對林學2020（專升本）91名學生進行回收統計。結果表明，在教學內容（問題①-④）評價中，問題①③④結果滿意度為90人，接近100%，說明學生對案例的設計和和當前熱點聯接較好;而問題②結果為一般81人，占89%。說明在案例選擇時偏難，進一步了解得知，專題3“基于激光雷達和多光譜遙感的森林生物量遙感反演”大部分學生覺得偏難，主要是對激光雷達數據處理及指標參數提取需要編程實現，大部分學生這方面能力較弱;在授課方式（問題⑤-⑦）上，問題⑤⑥⑦結果滿意度較高，均為90%以上，說明學生對課程案例的設計及講授方式基本能接受。問卷調查結果表明，對“林業3S技術應用”本科生課程授課內容需進一步調整，以適應不同水平的學生。

4 結語

典型案例的設計和因人施教的教學方式是進行專題案例式教學基本前提，它決定著案例式教學的效果。對于本科生林業3S技術應用課程案例教學模式而言，案例的選擇須有代表性，應與當前國際研究熱點和我國當前林業發展需要的林業信息前沿技術相銜接，并能解決具體生產實踐。此外，專題案例的內容應根據授課對象水平不同進行適當調整，以提升教學效果。

參考文獻

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（責編：王慧晴）