生態學專業《3S技術及其應用》課程的教學實踐與思考*

葉延瓊++章家恩

摘要：根據“3S”技術在生態學領域中的應用和發展趨勢，結合近年來華南農業大學生態學專業《3S技術及其應用》課程的教學實踐，分析了該課程教學中存在的問題，針對性地選擇了教學重點內容，探討了該課程的實踐教學方式，提出了該課程今后在實踐教學方面的發展方向和教學改革建議，旨在不斷提高該課程的教學質量。

關鍵詞：3S技術；生態學；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）28-0131-03

“3S”技術，即遙感（Remote Sensing，RS）、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）和地理信息系統（Geographical Information System，GIS）的統稱[1]，是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術，是一門非常綜合的學科[2]，并具有獲取信息及時、準確、宏觀等優點[3]。目前，“3S”技術已被廣泛應用于工業、農業、交通、軍事、通訊等行業和部門，成為世界各國角逐尖端技術的熱點[4]。

生態學是研究生物與環境之間相互關系的一門學科[5]。近年來，隨著人口的增加和工業、技術的進步，人類正以前所未有的規模和強度影響環境。而諸如能源消耗、資源枯竭、人口膨脹、糧食短缺、環境退化、生態失調等世界資源環境問題的出現，均有賴于生態學理論的指導[6]。“3S”技術由于具有快速、實時地采集、存儲、管理、更新、分析和應用與資源環境有關數據的能力，被越來越廣泛地應用到生態學研究領域。華南農業大學生態學本科專業自2003年招生以來，一直十分重視學生研究方法與手段的掌握，《3S技術及其應用》課程也因此作為生態學本科專業的一門必修課。為此，本文結合“3S”技術的綜合性，突出生態學的學科特點，在概述“3S”技術在生態學領域的應用與發展趨勢、分析當前課程教學中存在的相關問題基礎上，探討了在教學中重點教學內容的選擇以及今后實踐教學的方向，以期不斷提高該課程的教學質量。

一、“3S”技術在生態學領域的應用與發展

在生態學研究領域，“3S”技術主要涉及全球變化、區域生態環境資源（大氣環境、水環境、海洋環境）監測與評價、環境污染的生態效應、城市生態環境保護與管理、生態系統健康管理、退化生態系統恢復、生物多樣性保護、生態規劃、生態工程與生態設計、區域可持續發展等[1，7]。目前，“3S”技術的結合與集成是其發展的一個重要方向。在“3S”集成系統中，RS在生態學上的應用包括收集數據信息源、大面積的生態資源調查和動態監測，間接應用包括預測預報和災害危險等級確定等。GIS在生態學上的應用主要是對各種來源的數據進行管理和處理，分析生態實體與其他生物體或環境的相關空間定位對其自身功能的影響，分析多種空間尺度下的海量數據。GPS則主要用于生態調查和定位。

二、課程教學存在的問題

（一）內容豐富，學時數有限

“3S”技術是一門內容涵蓋廣泛的學科，通常包括空間信息技術基礎、遙感系統和遙感技術的物理基礎、遙感技術系統、遙感圖像處理技術、GIS的組成和功能、空間數據的結構、空間數據分析、GPS的構成、GPS定位方法和測量以及3S技術的綜合應用等。此外，在實踐教學過程中，還需要結合專業特點，適時擴充“3S”技術的前沿知識。可見，《3S技術及其應用》課程涉及范圍相當廣泛。但在課程教學中，為了與其他專業課程相協調，本課程僅安排了32學時（其中理論16學時，實踐16學時），學生普遍反映通過本課程的教學，較難理解與掌握相關的基礎理論知識，也難掌握相關的軟件操作。

（二）缺乏基礎，理論掌握難

“3S”技術是測繪學、攝影測量與遙感學、地圖學、地理科學、計算機科學、信息學等學科的有機集成，是一門綜合交叉學科，涉及的基礎學科多[8]。但生態學專業側重于向學生講授生態學相關的基礎理論知識，在教學計劃中較多設置體現生態學專業領域（主要為微觀和中觀生態學）的基礎理論課程，而未開設與“3S”技術相關的基礎課程，如地理學、地圖學等。因此，學生在學習過程中，對所涉及的學科術語及理論知識缺乏而較難銜接和掌握。

（三）學生畏難，動手實踐少

實踐性強不僅是《3S技術及其應用》課程教學內容的特點之一，更是“3S”技術采集、測量、分析、存儲、管理、顯示、傳播以及應用與地理、空間分布相關數據的關鍵技術手段的要求。在《3S技術及其應用》課程教學中，RS、GIS軟件操作和GPS儀器使用是掌握3S技術的必要環節，也是“3S”技術的豐富內容和廣泛應用的實現方式[4]。但目前因相關軟件均是英文版本，學生通常從傳統的中文版本軟件轉到用復雜的英文版本軟件，加之軟件的操作步驟較平常使用的Word、Excel、PowerPoint等復雜，學生需要花大量時間來適應。另一方面，由于教學課時相對較少，學生畏難而不愿在課后花時間熟悉相關軟件，最終導致動手實踐少，軟件操作能力差，難以結合專業知識進行有效應用。

三、教學內容選擇

根據“3S”技術在生態學中的應用與發展趨勢可知，《3S技術及其應用》課程涉及的教學內容較為廣泛，主要包括：（1）遙感圖像處理及生態學應用；（2）遙感解譯與應用；（3）GIS空間分析及應用；（4）GPS精確定位與導航應用等。但“3S”技術的集成或融合目前只是在個別的科學研究項目中實施，國內外均沒有相應的專業教材作為參考[9]，而要在有限的學時內系統地講述“3S技術及其應用”顯然不切實際。因此，針對《3S技術及其應用》課程的操作性以及實踐的綜合性等特點，及其在該課程教學中存在的上述問題，重點提出了具體的理論教學內容與實踐操作環節（表1）。即在教學過程中，既要讓學生掌握RS、GIS和GPS的基本理論和三種技術的基本使用方法，又要選擇性地進行重點內容的講授。由表1可知，在《3S技術及其應用》課程教學中，RS和GIS理論與軟件上機操作是教學的主體內容，其中RS理論講授安排了6個學時，遙感圖像處理軟件Erdas Imaging實踐操作6學時；GIS理論講授7學時，GIS軟件ArcView實踐操作8學時；而GPS則作為輔助內容講授，理論與手持GPS的操作分別安排了3學時和2學時。endprint

四、課程實踐教學環節改革探討

鑒于《3S技術及其應用》課程的操作性以及綜合實踐性強等特點，結合上述教學內容的選擇重點，提出了在教學實踐中還需加強的一些環節。

（一）充分利用多媒體教學

目前，多媒體計算機輔助教學已在各高校得到普遍推廣。而“3S”技術涉及遙感圖像的增強處理、裁剪與拼接、虛擬現實、計算機模擬等操作，必須運用多媒體教學才能更好地展示教學內容，活躍課堂氣氛，調動學生學習的積極性和參與課堂教學的熱情，加深學生對知識的理解和鞏固[4]。因此，在教學過程中，應充分利用好多媒體教學，提高教學質量。

（二）注重軟件的上機實踐操作

RS、GIS和GPS儀器的使用以及軟件操作是掌握“3S”技術的重要環節。因此，上機操作應重點練習遙感圖像的增強處理、裁剪與拼接和幾何校正、計算機自動分類、GIS的數字化及數據庫構建、空間疊加分析以及專題圖制作、GPS定位及野外數據采集與導航。此外，由于上機實踐學時數有限，還需要學生課后自行安裝相關軟件，加強軟件操作練習，最終達到熟練操作軟件的目的。

（三）突出案例教學

在“3S技術及其應用”課程教學中，教師應結合專業特色，結合案例進行分析講解。為突出“3S”技術的綜合性，任課教師可結合相關研究課題，選擇能反映本專業特色的典型案例，以更好地把研究中的細節問題講透。例如，“生態學景觀格局及其動態分析的綜合應用”較適合用于生態學專業的教學案例，通過此案例教學，學生可以了解并掌握GPS的坐標定位、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態變化分析等。

五、課程教學改革建議

針對當前《3S技術及其應用》課程在生態學專業教學中存在的一些問題和實際情況，特提出以下教學改革建議。

（一）在專業教學計劃中增加相關基礎課程的設置和學時數

由于“3S”技術涉及的基礎課程較多，故建議在今后的人才培養計劃修訂中，增加一門與“3S”技術聯系緊密的基礎課程，如地理學或地圖學，讓生態學專業學生在學習完地理學或地圖學課程后，再學習《3S技術及其應用》課程，將會更加輕松且易掌握。此外，“3S”技術內容豐富、范圍廣泛，為讓學生更好地掌握“3S”的基礎理論知識與相關軟件操作，建議在人才培養計劃修訂中，可將總學時數增加到48學時。

（二）與其他專業課程的實踐教學環節相結合

目前，在本校生態學專業人才培養計劃中，實踐操作性較強的課程，除《3S技術及其應用》外，還有《生態規劃學》和《生態學野外綜合實習》等課程，這些課程均與《3S技術及其應用》課程存在著較為密切的關系。因此，在教學計劃設置中，可考慮在《生態規劃學》課程實踐和《生態學野外綜合實習》中增設“3S”技術的相應實踐環節，以培養學生解決生態學相關問題的能力。如可在“生態規劃學”課程教學實踐中，把“3S”技術實踐融合進去：確定生態規劃項目和規劃區域→學生收集RS數據（可從Google Earth下載）→野外現場調查時用GPS對特定點進行坐標定位→室內對RS數據進行幾何糾正等處理→提取基本信息和用地分類→擬定規劃初步方案→方案討論→確定方案→利用GIS進行專題圖制作。但需注意的是，相關課程實踐的結合必須在課時上進行統籌安排。

（三）與校院各級大學生科技創新課題研究相結合

為了建立研究性學習、探究性學習和協作性學習的良好氛圍，學校和學院設立了不同類型的大學生科技創新課題，如華南農業大學科技創新計劃、農學院金穗計劃等，以鼓勵本科生結合課程學習內容，申請課題，開展課外科研活動。而對于學習《3S技術及其應用》課程的生態學專業學生而言，可以鼓勵他們走出課堂，積極申請與“3S”技術相關的科技創新課題，以科研實踐方式，激發和鼓勵學生的研究興趣，使學生在科研實踐中了解和熟悉“3S”技術及其具體應用，以提升學生的專業技能，培養學生發現問題、解決問題和進行科技創新的能力[10]。

參考文獻：

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[8]余坤勇，劉健，賴日文，等.《3S技術》課程引進科研成果的教學分析探討[J].內蒙古農業大學學報（社會科學版），2009，11（4）：131-133.

[9]王功文，陳建平.“3S”技術課程在地球科學領域中的教學實踐探討[J].中國地質教育，2007，（1）：54-56.

[10]劉健，賴日文，余坤勇，等.《3S技術》課程教學實習的改革與實踐[J].福建農林大學學報（哲學社會科學版），2007，10（6）：83-85.endprint