《森林資源管理概論》課程實驗方法改革探索

趙浩彥+++張潔+++張民俠+++閆德民+++陳戈萍

【摘要】為了改進《森林資源管理概論》課程實驗的方法，本文以繪制樹高曲線為例，嘗試采用數式法在Excel中擬合了常綠闊葉樹林木胸徑和樹高的相關關系模型并與圖解法作了比較。研究發現，與圖解法相比，數式法的精度和工作效率更高，從而促進了本實驗方法和完成方式的轉變。筆者建議在今后的教學中，應盡可能地將現代化的計算機信息化技術與教學內容結合，從而提高教師的教學質量并培養學生運用信息技術的能力。

【關鍵詞】樹高曲線 Excel 圖解法 數式法 計算機信息化技術

【基金項目】1.南京森林警察學院教研項目“《森林資源管理概論》課程‘面積測量模塊教學內容的改革探索”（QN14105）；2.南京森林警察學院教研項目“我院創新人才培養模式下的生態學類課程教學改革研究”（YB15110）；3.江蘇省自然科學基金項目“我國南方典型火燒跡地植被恢復動態研究”（BK20141501）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）48-0214-02

《森林資源管理概論》教材第三章“大量林木蓄積量調查”一節重點介紹了標準地調查法并安排了《標準地調查》實驗。這個實驗很重要的一項工作是測量部分優勢樹種林木的樹高并繪制樹高曲線圖[1]。

根據優勢樹種不同徑階林木株樹正態分布規律，中央徑階需測量3-5株林木的樹高，兩端徑階測量1-2株，其他徑階測量2-3株，總計測量20-25株林木的樹高。根據這些林木的胸徑和樹高（或各徑階的平均胸徑和平均樹高），在方格紙上以樹高為縱軸，以胸徑為橫軸繪制樹高與胸徑的散點圖，根據散點分布趨勢，隨手繪制一條均勻圓滑曲線，即為樹高曲線[1]。

樹高曲線要求各散點到曲線距離的代數和最小。在實際繪制樹高曲線過程中，通常需要計算平均離差不斷調整曲線，直至調整后的曲線滿足平均離差等于“0”，或接近于“0”，曲線才能使用。這種刻畫胸徑與樹高之間關系的方法被稱為圖解法，該方法雖然簡單易懂，但是對學生的繪圖技術和實踐經驗要求較高，且操作過程復雜，耗時耗力。

實際上，繪制一條樹高曲線相當于建立了一個以樹高為因變量，胸徑為自變量的回歸方程。因為繪制樹高曲線過程比較復雜，所以完全可以直接建立樹高曲線方程。但是擬合胸徑和樹高相關關系方程需要一定的數理統計知識，目前開設《森林資源管理概論》課程的大多數班級沒有學習過數理統計方面的課程。盡管目前已開發了很多軟件包，諸如SPSS、SAS、R、統計之林等，但是需要專門花費時間學習使用這些軟件，這將增加學生的學習負擔。

鑒于此，本文介紹一種簡單的擬合樹高曲線方程的方法，即使用Excel擬合樹高曲線方程。

1.數據來源

以一組學生在做《標準地調查》實驗中測量的部分常綠闊葉樹（為優勢樹種）林木胸徑和樹高為例，分徑階統計闊葉樹林木的平均胸徑和平均樹高（如表1所示），并將統計結果輸入Microsoft Excel。

2.用Excel擬合樹高曲線方程的過程

2.1.繪制樹高-胸徑的散點圖

先選中Excel表單中“平均胸徑”和“平均樹高”兩列數據，再點擊菜單欄中“插入”，選擇“散點圖”的第一種類型，即得到平均胸徑-平均樹高的散點圖。在散點圖上，分別添加圖表標題、橫坐標軸標題、縱坐標軸標題（圖1）。

2.2.添加趨勢線

點擊散點圖中的散點，右擊鼠標，選擇“添加趨勢線”選項，出現“設置趨勢線格式”框，如圖2所示：

點擊“設置趨勢線格式”框左邊的“趨勢線選項”按鈕，右邊出現6種回歸分析類型，包括指數、線性、對數、多項式、冪、移動平均（圖3）。

可選用這6種回歸方程中任意一種方程擬合胸徑與樹高的相關關系，本文以對數方程為例（圖4），同時選擇“選擇顯示公式”和“顯示R平方值”兩項，在胸徑-樹高的散點圖中，隨之會自動添加相應的樹高曲線，并給出對應的樹高曲線方程和相關指數（R2）。

2.3.選擇擬合優度最高的方程

在建立的指數、線性、對數、多項式、冪、移動平均6種樹高曲線方程中，根據相關指數（R2）的大小，選擇擬合優度最大的方程。R2越大，方程的擬合優度越高，方程的擬合效果越好。

3.結論

圖解法要求學生手工繪制樹高曲線，這對學生的繪圖技術和實踐經驗要求較高，實際上大部分初學者并沒有經過專門的繪圖培訓，也缺乏繪制樹高曲線的實踐經驗，因此，在繪制樹高曲線的過程中，容易產生一定的人為繪圖誤差。此外，繪制散點圖過程繁瑣，還需要根據計算的平均離差不斷調整樹高曲線，這也增加了繪制樹高曲線的難度，從而使得圖解法花費時間很長，不利于調動學生學習的積極性和主動性。

本文采用Excel擬合胸徑和樹高之間相關關系方程的方法被稱為數式法。這種方法因為不需要繪制樹高曲線，只需要擬合樹高曲線方程即可，所以不存在人為繪圖誤差。而且此方法操作簡單快捷，將數據輸入Excel后，擬合樹高曲線方程所耗時間不超過1分鐘。總之，與圖解法相比，數式法的精度和工作效率更高，也更能調動學生學習的積極性和主動性，建議今后在《森林資源管理概論》課程的《標準地調查》實習中，采用數式法在Excel中擬合樹高曲線方程，這也將本實驗的完成方式由純人工變為計算機輔助人工完成。

在理論教學和實驗教學中，應該盡可能地將現代化的計算機信息技術與教學進行結合[2]，教師重點講透步驟、方法和道理，把非智力過程交給計算機處理，才能提高課堂效率和學生的學習效率，從而提升教師的教學質量[3]。同時，教師也要鼓勵學生將現代化的計算機信息技術引入課程學習中，從而培養學生運用信息技術的能力，這既是信息社會對高等教育的需要，也是教育面向現代化的需要[4]。

參考文獻：

[1]張民俠.森林資源管理概論[M].北京：中國人民公安大學出版社，2015

[2]王昌輝.計算機技術在教學中的應用研究[J].電腦知識與技術，2014，10（36）：8730-8731

[3]王仲仁.計算機技術在教學中的應用[J].電子技術與軟件工程，2015（17）：172

[4]劉君武.淺談信息技術在初中數學教學中的有效應用[A].見：邢改萍.中華教育理論與實踐科研論文成果選編（第二卷）[C].出版地：燕山出版社，2012：168-169

作者簡介：

第一作者：趙浩彥（1982-），男，漢族，山西長治人，博士，講師。主要研究方向：森林可持續經營。

責任作者：張潔（1982-），女，副教授，安徽蕪湖人，博士，副教授，主要研究方向：森林生態學。endprint