葉延瓊++章家恩

摘要：根據(jù)“3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合近年來(lái)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐，分析了該課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，針對(duì)性地選擇了教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，探討了該課程的實(shí)踐教學(xué)方式，提出了該課程今后在實(shí)踐教學(xué)方面的發(fā)展方向和教學(xué)改革建議，旨在不斷提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；生態(tài)學(xué)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）28-0131-03

“3S”技術(shù)，即遙感（Remote Sensing，RS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）和地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）的統(tǒng)稱[1]，是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)，是一門非常綜合的學(xué)科[2]，并具有獲取信息及時(shí)、準(zhǔn)確、宏觀等優(yōu)點(diǎn)[3]。目前，“3S”技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、軍事、通訊等行業(yè)和部門，成為世界各國(guó)角逐尖端技術(shù)的熱點(diǎn)[4]。

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的一門學(xué)科[5]。近年來(lái)，隨著人口的增加和工業(yè)、技術(shù)的進(jìn)步，人類正以前所未有的規(guī)模和強(qiáng)度影響環(huán)境。而諸如能源消耗、資源枯竭、人口膨脹、糧食短缺、環(huán)境退化、生態(tài)失調(diào)等世界資源環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)，均有賴于生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)[6]?！?S”技術(shù)由于具有快速、實(shí)時(shí)地采集、存儲(chǔ)、管理、更新、分析和應(yīng)用與資源環(huán)境有關(guān)數(shù)據(jù)的能力，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)本科專業(yè)自2003年招生以來(lái)，一直十分重視學(xué)生研究方法與手段的掌握，《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程也因此作為生態(tài)學(xué)本科專業(yè)的一門必修課。為此，本文結(jié)合“3S”技術(shù)的綜合性，突出生態(tài)學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，在概述“3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)、分析當(dāng)前課程教學(xué)中存在的相關(guān)問(wèn)題基礎(chǔ)上，探討了在教學(xué)中重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的選擇以及今后實(shí)踐教學(xué)的方向，以期不斷提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、“3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

在生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域，“3S”技術(shù)主要涉及全球變化、區(qū)域生態(tài)環(huán)境資源（大氣環(huán)境、水環(huán)境、海洋環(huán)境）監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、環(huán)境污染的生態(tài)效應(yīng)、城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)與管理、生態(tài)系統(tǒng)健康管理、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生物多樣性保護(hù)、生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)工程與生態(tài)設(shè)計(jì)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等[1，7]。目前，“3S”技術(shù)的結(jié)合與集成是其發(fā)展的一個(gè)重要方向。在“3S”集成系統(tǒng)中，RS在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用包括收集數(shù)據(jù)信息源、大面積的生態(tài)資源調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，間接應(yīng)用包括預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)確定等。GIS在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用主要是對(duì)各種來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理，分析生態(tài)實(shí)體與其他生物體或環(huán)境的相關(guān)空間定位對(duì)其自身功能的影響，分析多種空間尺度下的海量數(shù)據(jù)。GPS則主要用于生態(tài)調(diào)查和定位。

二、課程教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）內(nèi)容豐富，學(xué)時(shí)數(shù)有限

“3S”技術(shù)是一門內(nèi)容涵蓋廣泛的學(xué)科，通常包括空間信息技術(shù)基礎(chǔ)、遙感系統(tǒng)和遙感技術(shù)的物理基礎(chǔ)、遙感技術(shù)系統(tǒng)、遙感圖像處理技術(shù)、GIS的組成和功能、空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)分析、GPS的構(gòu)成、GPS定位方法和測(cè)量以及3S技術(shù)的綜合應(yīng)用等。此外，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，還需要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，適時(shí)擴(kuò)充“3S”技術(shù)的前沿知識(shí)?？梢?jiàn)，《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程涉及范圍相當(dāng)廣泛。但在課程教學(xué)中，為了與其他專業(yè)課程相協(xié)調(diào)，本課程僅安排了32學(xué)時(shí)（其中理論16學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)），學(xué)生普遍反映通過(guò)本課程的教學(xué)，較難理解與掌握相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，也難掌握相關(guān)的軟件操作。

（二）缺乏基礎(chǔ)，理論掌握難

“3S”技術(shù)是測(cè)繪學(xué)、攝影測(cè)量與遙感學(xué)、地圖學(xué)、地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科的有機(jī)集成，是一門綜合交叉學(xué)科，涉及的基礎(chǔ)學(xué)科多[8]。但生態(tài)學(xué)專業(yè)側(cè)重于向?qū)W生講授生態(tài)學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，在教學(xué)計(jì)劃中較多設(shè)置體現(xiàn)生態(tài)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域（主要為微觀和中觀生態(tài)學(xué)）的基礎(chǔ)理論課程，而未開(kāi)設(shè)與“3S”技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)課程，如地理學(xué)、地圖學(xué)等。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)所涉及的學(xué)科術(shù)語(yǔ)及理論知識(shí)缺乏而較難銜接和掌握。

（三）學(xué)生畏難，動(dòng)手實(shí)踐少

實(shí)踐性強(qiáng)不僅是《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)之一，更是“3S”技術(shù)采集、測(cè)量、分析、存儲(chǔ)、管理、顯示、傳播以及應(yīng)用與地理、空間分布相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)手段的要求。在《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程教學(xué)中，RS、GIS軟件操作和GPS儀器使用是掌握3S技術(shù)的必要環(huán)節(jié)，也是“3S”技術(shù)的豐富內(nèi)容和廣泛應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式[4]。但目前因相關(guān)軟件均是英文版本，學(xué)生通常從傳統(tǒng)的中文版本軟件轉(zhuǎn)到用復(fù)雜的英文版本軟件，加之軟件的操作步驟較平常使用的Word、Excel、PowerPoint等復(fù)雜，學(xué)生需要花大量時(shí)間來(lái)適應(yīng)。另一方面，由于教學(xué)課時(shí)相對(duì)較少，學(xué)生畏難而不愿在課后花時(shí)間熟悉相關(guān)軟件，最終導(dǎo)致動(dòng)手實(shí)踐少，軟件操作能力差，難以結(jié)合專業(yè)知識(shí)進(jìn)行有效應(yīng)用。

三、教學(xué)內(nèi)容選擇

根據(jù)“3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)可知，《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程涉及的教學(xué)內(nèi)容較為廣泛，主要包括：（1）遙感圖像處理及生態(tài)學(xué)應(yīng)用；（2）遙感解譯與應(yīng)用；（3）GIS空間分析及應(yīng)用；（4）GPS精確定位與導(dǎo)航應(yīng)用等。但“3S”技術(shù)的集成或融合目前只是在個(gè)別的科學(xué)研究項(xiàng)目中實(shí)施，國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有相應(yīng)的專業(yè)教材作為參考[9]，而要在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)系統(tǒng)地講述“3S技術(shù)及其應(yīng)用”顯然不切實(shí)際。因此，針對(duì)《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程的操作性以及實(shí)踐的綜合性等特點(diǎn)，及其在該課程教學(xué)中存在的上述問(wèn)題，重點(diǎn)提出了具體的理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐操作環(huán)節(jié)（表1）。即在教學(xué)過(guò)程中，既要讓學(xué)生掌握RS、GIS和GPS的基本理論和三種技術(shù)的基本使用方法，又要選擇性地進(jìn)行重點(diǎn)內(nèi)容的講授。由表1可知，在《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程教學(xué)中，RS和GIS理論與軟件上機(jī)操作是教學(xué)的主體內(nèi)容，其中RS理論講授安排了6個(gè)學(xué)時(shí)，遙感圖像處理軟件Erdas Imaging實(shí)踐操作6學(xué)時(shí)；GIS理論講授7學(xué)時(shí)，GIS軟件ArcView實(shí)踐操作8學(xué)時(shí)；而GPS則作為輔助內(nèi)容講授，理論與手持GPS的操作分別安排了3學(xué)時(shí)和2學(xué)時(shí)。endprint

四、課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革探討

鑒于《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程的操作性以及綜合實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合上述教學(xué)內(nèi)容的選擇重點(diǎn)，提出了在教學(xué)實(shí)踐中還需加強(qiáng)的一些環(huán)節(jié)。

（一）充分利用多媒體教學(xué)

目前，多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已在各高校得到普遍推廣。而“3S”技術(shù)涉及遙感圖像的增強(qiáng)處理、裁剪與拼接、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)模擬等操作，必須運(yùn)用多媒體教學(xué)才能更好地展示教學(xué)內(nèi)容，活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與課堂教學(xué)的熱情，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和鞏固[4]。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分利用好多媒體教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）注重軟件的上機(jī)實(shí)踐操作

RS、GIS和GPS儀器的使用以及軟件操作是掌握“3S”技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。因此，上機(jī)操作應(yīng)重點(diǎn)練習(xí)遙感圖像的增強(qiáng)處理、裁剪與拼接和幾何校正、計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類、GIS的數(shù)字化及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、空間疊加分析以及專題圖制作、GPS定位及野外數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航。此外，由于上機(jī)實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)有限，還需要學(xué)生課后自行安裝相關(guān)軟件，加強(qiáng)軟件操作練習(xí)，最終達(dá)到熟練操作軟件的目的。

（三）突出案例教學(xué)

在“3S技術(shù)及其應(yīng)用”課程教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合專業(yè)特色，結(jié)合案例進(jìn)行分析講解。為突出“3S”技術(shù)的綜合性，任課教師可結(jié)合相關(guān)研究課題，選擇能反映本專業(yè)特色的典型案例，以更好地把研究中的細(xì)節(jié)問(wèn)題講透。例如，“生態(tài)學(xué)景觀格局及其動(dòng)態(tài)分析的綜合應(yīng)用”較適合用于生態(tài)學(xué)專業(yè)的教學(xué)案例，通過(guò)此案例教學(xué)，學(xué)生可以了解并掌握GPS的坐標(biāo)定位、RS的遙感圖像處理與解譯、GIS的景觀專題圖生成與景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析等。

五、課程教學(xué)改革建議

針對(duì)當(dāng)前《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程在生態(tài)學(xué)專業(yè)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題和實(shí)際情況，特提出以下教學(xué)改革建議。

（一）在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中增加相關(guān)基礎(chǔ)課程的設(shè)置和學(xué)時(shí)數(shù)

由于“3S”技術(shù)涉及的基礎(chǔ)課程較多，故建議在今后的人才培養(yǎng)計(jì)劃修訂中，增加一門與“3S”技術(shù)聯(lián)系緊密的基礎(chǔ)課程，如地理學(xué)或地圖學(xué)，讓生態(tài)學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)完地理學(xué)或地圖學(xué)課程后，再學(xué)習(xí)《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程，將會(huì)更加輕松且易掌握。此外，“3S”技術(shù)內(nèi)容豐富、范圍廣泛，為讓學(xué)生更好地掌握“3S”的基礎(chǔ)理論知識(shí)與相關(guān)軟件操作，建議在人才培養(yǎng)計(jì)劃修訂中，可將總學(xué)時(shí)數(shù)增加到48學(xué)時(shí)。

（二）與其他專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合

目前，在本校生態(tài)學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中，實(shí)踐操作性較強(qiáng)的課程，除《3S技術(shù)及其應(yīng)用》外，還有《生態(tài)規(guī)劃學(xué)》和《生態(tài)學(xué)野外綜合實(shí)習(xí)》等課程，這些課程均與《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程存在著較為密切的關(guān)系。因此，在教學(xué)計(jì)劃設(shè)置中，可考慮在《生態(tài)規(guī)劃學(xué)》課程實(shí)踐和《生態(tài)學(xué)野外綜合實(shí)習(xí)》中增設(shè)“3S”技術(shù)的相應(yīng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生解決生態(tài)學(xué)相關(guān)問(wèn)題的能力。如可在“生態(tài)規(guī)劃學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中，把“3S”技術(shù)實(shí)踐融合進(jìn)去：確定生態(tài)規(guī)劃項(xiàng)目和規(guī)劃區(qū)域→學(xué)生收集RS數(shù)據(jù)（可從Google Earth下載）→野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)用GPS對(duì)特定點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)定位→室內(nèi)對(duì)RS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正等處理→提取基本信息和用地分類→擬定規(guī)劃初步方案→方案討論→確定方案→利用GIS進(jìn)行專題圖制作。但需注意的是，相關(guān)課程實(shí)踐的結(jié)合必須在課時(shí)上進(jìn)行統(tǒng)籌安排。

（三）與校院各級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新課題研究相結(jié)合

為了建立研究性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)和協(xié)作性學(xué)習(xí)的良好氛圍，學(xué)校和學(xué)院設(shè)立了不同類型的大學(xué)生科技創(chuàng)新課題，如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃、農(nóng)學(xué)院金穗計(jì)劃等，以鼓勵(lì)本科生結(jié)合課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，申請(qǐng)課題，開(kāi)展課外科研活動(dòng)。而對(duì)于學(xué)習(xí)《3S技術(shù)及其應(yīng)用》課程的生態(tài)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，可以鼓勵(lì)他們走出課堂，積極申請(qǐng)與“3S”技術(shù)相關(guān)的科技創(chuàng)新課題，以科研實(shí)踐方式，激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生的研究興趣，使學(xué)生在科研實(shí)踐中了解和熟悉“3S”技術(shù)及其具體應(yīng)用，以提升學(xué)生的專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和進(jìn)行科技創(chuàng)新的能力[10]。

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