案例教學法在《3S技術在林業上的應用》課程教學中的應用

吳　英，鄧榮艷，賴　煉

(廣西大學　林學院，廣西　南寧　530004)

?

案例教學法在《3S技術在林業上的應用》課程教學中的應用

吳英，鄧榮艷，賴煉

(廣西大學林學院，廣西南寧530004)

摘要：對于3S技術在林業上的應用這一應用性和操作性很強的課程來說,案例教學能為學生在理論與實踐之間搭起一座橋梁，培養學生運用理論知識解決實際問題的能力。本文從課程的特點出發，結合專業培養目標,圍繞教學內容，設計具有教學典型性又能體現其實際操作性和綜合應用性特點的教學案例，將案例貫穿到理論和實驗教學中，通過案例反映教學的重點、難點，從而提高教學效果和教學質量。

關鍵詞：3S技術；案例教學法；林學專業

案例教學法就是在教師的指導下,根據教學目的和要求,以案例作為基本素材,把學生帶入特定的教學情境中進行思考,以此加深學生對基本原理和概念的理解,進而培養并提高學生運用理論知識分析問題和解決問題能力的一種教學方法[1]。《3S技術在林業上的應用》課程是林學專業的一門理論與實踐緊密結合的專業基礎課程，其理論內容包含了嚴謹的物理、數學和計算機的基本理論，實踐內容包含測樹學、森林經理學、森林培育學等林學專業知識，學生缺乏相應的背景知識，普遍感覺課程內容概念抽象，難學、難懂。在有限的課時內通過傳統的教學方法進行教學，學生難以理解與掌握相關的理論基礎知識，不能很好地把本課程所學的基本知識與專業知識相結合，削弱學生的學習積極性。如何讓學生在理解理論知識的同時，將理論知識和專業的實際應用有機結合，學會應用所學的理論知識解決實際應用問題，這就取決于教學方法。廣西大學林學專業于2008年開設《3S技術在林業上的應用》，課程組成員經過多年的教學實踐總結和林業規劃設計調查的實際經驗，在教學過程中，緊扣教學內容，選取案例進行教學，通過案例教學將理論知識講授與實驗教學環節很好地銜接，幫助學生理解教學內容，使學生所學的理論知識在實踐過程中得以應用，鞏固學生的基礎知識，激發學生的學習興趣，提高了課堂效率，取得了較好的教學效果。

一、開展案例教學的必要性

(一)案例教學是遵循課程特點和實現專業培養目標的需要

3S技術是測繪學、遙感學、地圖學、地理科學、計算機科學、衛星定位技術與現代通訊技術等的有機集成,是一門綜合交叉學科[2]。教學內容包括RS、GIS、GPS的概念、發展狀況和趨勢以及應用領域,RS基礎理論和方法,GIS的基本原理和應用,GPS原理和定位技術,3S集成技術及其在林業中的應用等[3]。林學專業的學生通過本課程的學習，掌握3S技術的基本原理、基本概念、技術方法；了解3S的最新技術、最前沿知識及3S技術在林業和其他領域的應用和發展方向，初步掌握地理信息系統軟件和遙感圖像處理軟件的基本應用和操作，能夠運用所學知識解決林業行業應用中的具體問題。

(二)案例教學能夠解決傳統教學中存在的問題

對于有理論和實驗教學的3S技術課程，傳統的教學方式通常是理論課和實驗課分開，且理論課都先于實驗課開課。理論課在教室授課，教師按教學大綱和教材的內容授課，主要以教師講授為主，學生幾乎不能參與其中，只是被動接受，課堂氣氛不活躍，很多內容學生不容易理解和接受，感覺課程枯燥。實驗課安排到計算機房授課，應用遙感圖像處理軟件和地理信息系統軟件完成相應的練習，學生雖然可以學會軟件的基本操作，但他們掌握的只是零碎的、分散的操作技能，學生對3S技術的實際應用與理論知識分離，不能把所學的知識有機地結合起來綜合應用。

因此,《3S技術在林業上的應用》課程的教學必須根據林學專業培養目標，緊扣教學內容，選取案例進行教學，提高學生應用所學的知識解決實際問題的能力。

二、案例教學的實施

(一)案例選擇

案例是案例教學的核心和基礎,案例的選擇直接影響教學效果，在進行案例教學之前,應根據教學內容和教學目的精心設計教學案例。案例選擇要注意以下幾點:

1.系統性。案例應包含遙感、地理信息系統、全球定位系統的基本知識和基本方法，能夠體現3個S的各知識點之間的聯系，學生可從案例中掌握3S的基本概念和學科的基本結構。

2.基礎性。案例的內容要與學生的背景知識相符,通俗易懂，容易被學生理解和接受，不能超過學生接受的能力范圍。

3.應用性。“學習3S技術這門課程與林學專業有什么關聯?”這是學生經常會提出的問題。案例選擇與林業工程項目相結合，與學生所學專業密切相關，使學生在掌握基本知識的同時，學會使用GPS進行信息采集，掌握使用遙感圖像處理軟件進行專題信息的提取，應用地理信息系統軟件進行森林資源信息管理和專題圖制作等林業方面的實際應用。

4.典型性。案例的內容能夠代表3S技術這門學科在林業上的典型應用，通過案例的教學也能讓學生學會和掌握非案例內容的實際應用。

5.綜合性。選擇的案例涉及的知識點能涵蓋該課程的絕大部分知識點，體現出課程體系的集成應用，同時能夠將計算機應用基礎、測量學、林學專業主干課程等有機結合起來，形成從林業資源信息的調查、數據存儲、數據分析到數據應用的一個整體的技術體系，讓學生從理論到實踐形成一個整體的概念。

森林資源規劃設計調查是以國有林場、自然保護區、森林公園等森林經營單位或縣級行政區域為調查單位，以小班為調查單元，以摸清森林、林地和林木資源種類、數量、質量與分布，滿足森林經營方案、總體設計、林業區劃與規劃設計需要而進行的森林資源調查[4]，其成果是建立或更新森林資源檔案，制定森林采伐限額，進行林業工程規劃設計和森林資源管理的基礎，也是制定區域國民經濟發展規劃和林業發展規劃，實行森林生態效益補償和森林資源資產化管理，指導和規范森林科學經營的重要依據[5]。集體經營單位每10年進行1次，國有經營單位每5年1次。這項工作包含了測量學、數據庫原理、測樹學、森林經理學、森林生態學、森林培育學等林學專業的大部分基礎學科和專業學科的課程內容，是林業部門的一項綜合性工程項目。隨著3S技術的發展，森林資源規劃設計調查的外業調查已全面引進遙感技術，不僅能大大地降低勞動強度，而且提高了小班邊界定位的準確性。內業的小班圖、小班面積計算和所有圖件制作均在GIS軟件平臺完成，最終建立基于GIS平臺的“數字林業一張圖”。因此3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用是3S技術在林業上應用的典型例子。

綜上所述，筆者根據多年教學與實踐工作經驗,選擇了林業工程項目“森林資源規劃設計調查”1個案例為核心,以遙感圖像運算及圖像目視判讀等10個實驗項目為主線，反映《3S技術在林業上的應用》課程各章節知識點，案例內容幾乎覆蓋了《3S技術在林業上應用》應該掌握的基本知識和技能。案例與實驗項目及知識點的關系見下表。

表　案例與實驗項目及知識點的關聯表

(二)案例教學的組織

1.案例素材的收集

近年來《3S技術在林業上應用》的課程組成員作為主持或主要成員，先后完成了廣西二十多個單位的2009年森林資源規劃設計調查、2012年林地落界和林地保護規劃、2014年林地與森林資源變更調查等廣西林業規劃設計調查和規劃工作，為3S技術在林業上的應用積累了寶貴的實際工作經驗，也為案例教學收集了豐富的素材。考慮到學生對學校周邊的地形、環境比較熟悉，同時方便GPS數據采集。筆者選擇了學校所在的西鄉塘區2009年森林資源規劃設計調查相關資料作為主要案例素材，包括有1∶1萬的地形圖、外業調查手工圖、小班空間數據庫、小班屬性數據庫、基本圖、森林分布圖、2009的SPOT衛星影像圖等，在網上下載了LANDSAT 5.7.8數據和DEM數據，購買了包含學校所在地的2011年、2013年SPOT5、SPOT6數據和校園的無人機圖像等。

2.課堂教學組織

傳統的教學方法，往往是從概念、基本原理的講解中開始課堂的教學，令學生在被動接受中完成體系化內容的理解與掌握，而案例教學在一定程度上可以改變這一局面[6]。《3S技術在林業上應用》課程案例教學的課堂組織以“森林資源規劃設計調查”案例為核心,以實驗項目為主線，通過案例總結出教材中的概念與知識的基本思路展開的。理論課和實驗課合在一起在計算機房上課，每人一臺計算機，教師講授理論后讓學生當堂練習操作，或者先讓學生做練習操作后講理論課，突破傳統課程先理論后實踐的教學模式。

首先，以圖片、圖像、視頻等形式向學生講解森林資源規劃設計調查的工作流程和主要成果，工作流程中哪些環節哪些成果是應用到已經學習過的測量學、數據庫原理等相關課程解決的，哪些是要用到今后學的測樹學、森林經理學、森林培育學等課程知識，哪些需要應用3S技術來完成的,從而引出3S技術在森林資源規劃設計調查中需要完成上表所列的10個實驗項目內容，導出了遙感、地理信息系統、全球定位系統的概念，讓學生明確學習3S技術課程的目的，從而激發學生的學習興趣。

然后，按照教學大綱的內容結合上表所列的知識點，應用收集的案例素材，按森林資源規劃設計調查的工作流程,以實驗項目為主線，進行相關章節課程理論內容的教學。例如，森林資源規劃設計調查的準備工作首先是購買遙感圖像、遙感圖像幾何校正、遙感圖像預處理、工作手工圖編制等。購買遙感圖像就會涉及到圖像的空間分辨率、光譜分辨率等概念,講授這部分內容時讓學生在遙感圖像處理軟件中打開案例素材中的SPOT5、SPOT6、Landsat7、Landsat8圖像,裁剪出包含校園和有林地在內的局部圖像,通過“圖像運算及圖像目視判讀”這個實驗項目，比較SPOT、Landsat圖像，學生就很容易理解圖像的空間分辨率、光譜分辨率這兩個概念的含義。在進行這個實驗項目過程中向學生講解遙感平臺、遙感分類、傳感器、地物波譜特征、彩色原理、遙感圖像特征、圖像運算原理、圖像解譯標志、圖像目視判讀方法等遙感的基本知識。又如,森林資源規劃設計調查的外業工作完成后,需要建立小班空間數據庫,就通過“柵格圖的配準”和“圖層的建立和矢量化”這兩個實驗項目來完成，相應的課堂教學內容為空間數據種類，空間數據的采集、編輯和空間處理，建立空間數據庫等。

這種從切合實際的典型案例出發，再由案例總結出教材中的概念與知識，將抽象的概念、基本原理具體化，比先從概念、原理的講解中開始課堂的教學，然后再進行相應的實驗這種傳統教學方法，學生更容易理解和接受課程的理論內容，大大提高了課堂效率。學生不僅掌握3S基本概念和基本理論知識，而且熟悉遙感、地理信息系統軟件的使用和GPS的使用，掌握了3S技術在林業中應用的具體過程和涉及的內容，運用所學知識解決林業行業應用中的具體問題，真正做到理論與實際應用相結合。

三、案例教學的效果

案例教學把課堂的理論教學和實驗操作等教學環節有機地結合起來，打破傳統課程先理論后實踐的教學模式，并在林學2010—2013級的《3S技術在林業上的應用》課程教學中實施，教學效果得到普遍好評，主要表現為：

(一)調動學生學習的積極性和主動性

案例教學將3S的基本理論與真實、具體的林業工程項目相結合進行教學，課程內容與自己的專業密切相關，學生明確今后工作的內容，提前感受3S技術在林業上的應用，也充分認識到3S技術課程在林業中的重要性，學習興趣大大提高，在學習過程中由“要我學習”變為“我要學習”，真正成為學習的主人。

(二)提高了學生的學習效果

傳統方法授課方式以理論教學為主，學生普遍感到理論內容抽象、枯燥，不好理解，因而產生厭學情緒。應用案例教學，理論授課與實驗操作安排在計算機房內進行，老師在講授相關理論知識后讓學生當堂上機操作練習，或在學生完成上機操作后再講解相關的理論知識，讓學生通過自己的實驗操作去理解、感悟理論知識，將抽象的原理、概念具體化，促進了學生對理論知識的理解，真正做到理論教學與實踐環節的緊密結合，提高了學生的學習效果。

(三)學生的實際應用能力得到了提高

在實施案例教學的班級中，林學2010、2011級的學生已經參加了工作，根據用人單位的反饋，從事3S技術的同學基本能熟練應用3S技術解決實際應用問題，有的還成為單位里應用3S技術的技術骨干。目前還在校的林學2012、2013級同學在校期間能熟練應用3S技術完成森林生態學、測樹學、森林經理學、森林培育學等相關課程的課程設計，有的同學還參加了由老師主持的2014年縣級林地與森林資源變更調查的工作，有的同學利用課余時間到林業設計單位參加相關的3S技術工作，學生的實際應用能力得到了很大的提高。

四、結語

選擇合適的案例是實施案例教學的基礎和前提條件，它決定著實施效果的優劣[7]。對于《3S技術在林業上應用》課程的案例教學而言，案例的選擇要能夠及時反映林業的發展需要和現代信息技術的前沿動態,與林業行業需求密切結合,因此案例的內容要根據《3S技術的發展和應用》進行調整或更新。

(責任編輯：夏璐)

參考文獻：

[1]周云,辛華，姚新宇.案例教學在“計算機軟件技術基礎” 課程中的嘗試[J].高等教育研究學報,2007,30(8):57-59.

[2]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.

[3]張曉麗,馮仲科.林學專業3S技術課程體系研究與實踐[J].中國林業教育,2007(2):55-58.

[4]周昌祥.我國森林資源規劃設計調查的回顧與改進意見[J].林業資源管理,2014(4):1-3.

[5]李玉江，楊東，周文成.森林分類經營和二類調查中存在的問題與建議[J].林業勘查設計,2009,151(3):27-28.

[6]李友根.論基于案例研究的案例教學[J].中國大學教學,2015(3):47-50.

[7]趙秀蘭，魏世強，王定勇，等.案例教學法在《污染生態學》教學中的應用[J].西南師范大學學報(自然科學版),2015,40(1):158-161.

Application of Case Teaching Method in Teaching the Course of Application of “3S”Technology in Forestry

WU Ying，DENG Yong-yan，LAI Lian

(Forestry College, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract：Known as a module with strong requirements in practicality, applicability and operability, Application of 3S Technology in Forestry requires Case Tutorial Methodology to act as the linking bridge to tie up both theoretical and practical aspects, and further develop the capabilities of students in terms of issue analyzing and problem solving using theoretical knowledge. The following essay will start with the characteristics of the module itself, discuses the objectives and teaching material of training Forestry students, design the typical tutorial case to represent the comprehensive application of its operational characteristics in actual practice, and apply the designed tutorial case into theoretical and practical teaching process. The ultimate goal is to improve teaching effect and tutorial quality through the discussion of key and difficult points in the case.

Key Words：RS；GIS and GPS technology；case teaching method；forestry specialt

基金項目：2014年度廣西高等教育教學改革工程重點項目“《3S技術在林業上的應用》課程內容體系構建及案例教學模式的研究與實踐”(2014JGZ100)；2014年國家卓越農林人才教育培養計劃改革試點項目；2014年廣西高等學校優勢特色專業建設項目。

收稿日期：2016-01-20修稿日期：2016-02-15

作者簡介：吳英(1964-)，女，廣西桂平人，副教授，研究方向為林業3S技術及森林資源信息管理。

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9719(2016)3-0033-04