生态学专业《3S技术及其应用》课程的教学实践与思考*

叶延琼++章家恩

摘要：根据“3S”技术在生态学领域中的应用和发展趋势，结合近年来华南农业大学生态学专业《3S技术及其应用》课程的教学实践，分析了该课程教学中存在的问题，针对性地选择了教学重点内容，探讨了该课程的实践教学方式，提出了该课程今后在实践教学方面的发展方向和教学改革建议，旨在不断提高该课程的教学质量。

关键词：3S技术；生态学；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）28-0131-03

“3S”技术，即遥感（Remote Sensing，RS）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和地理信息系统（Geographical Information System，GIS）的统称[1]，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，是一门非常综合的学科[2]，并具有获取信息及时、准确、宏观等优点[3]。目前，“3S”技术已被广泛应用于工业、农业、交通、军事、通讯等行业和部门，成为世界各国角逐尖端技术的热点[4]。

生态学是研究生物与环境之间相互关系的一门学科[5]。近年来，随着人口的增加和工业、技术的进步，人类正以前所未有的规模和强度影响环境。而诸如能源消耗、资源枯竭、人口膨胀、粮食短缺、环境退化、生态失调等世界资源环境问题的出现，均有赖于生态学理论的指导[6]。“3S”技术由于具有快速、实时地采集、存储、管理、更新、分析和应用与资源环境有关数据的能力，被越来越广泛地应用到生态学研究领域。华南农业大学生态学本科专业自2003年招生以来，一直十分重视学生研究方法与手段的掌握，《3S技术及其应用》课程也因此作为生态学本科专业的一门必修课。为此，本文结合“3S”技术的综合性，突出生态学的学科特点，在概述“3S”技术在生态学领域的应用与发展趋势、分析当前课程教学中存在的相关问题基础上，探讨了在教学中重点教学内容的选择以及今后实践教学的方向，以期不断提高该课程的教学质量。

一、“3S”技术在生态学领域的应用与发展

在生态学研究领域，“3S”技术主要涉及全球变化、区域生态环境资源（大气环境、水环境、海洋环境）监测与评价、环境污染的生态效应、城市生态环境保护与管理、生态系统健康管理、退化生态系统恢复、生物多样性保护、生态规划、生态工程与生态设计、区域可持续发展等[1，7]。目前，“3S”技术的结合与集成是其发展的一个重要方向。在“3S”集成系统中，RS在生态学上的应用包括收集数据信息源、大面积的生态资源调查和动态监测，间接应用包括预测预报和灾害危险等级确定等。GIS在生态学上的应用主要是对各种来源的数据进行管理和处理，分析生态实体与其他生物体或环境的相关空间定位对其自身功能的影响，分析多种空间尺度下的海量数据。GPS则主要用于生态调查和定位。

二、课程教学存在的问题

（一）内容丰富，学时数有限

“3S”技术是一门内容涵盖广泛的学科，通常包括空间信息技术基础、遥感系统和遥感技术的物理基础、遥感技术系统、遥感图像处理技术、GIS的组成和功能、空间数据的结构、空间数据分析、GPS的构成、GPS定位方法和测量以及3S技术的综合应用等。此外，在实践教学过程中，还需要结合专业特点，适时扩充“3S”技术的前沿知识。可见，《3S技术及其应用》课程涉及范围相当广泛。但在课程教学中，为了与其他专业课程相协调，本课程仅安排了32学时（其中理论16学时，实践16学时），学生普遍反映通过本课程的教学，较难理解与掌握相关的基础理论知识，也难掌握相关的软件操作。

（二）缺乏基础，理论掌握难

“3S”技术是测绘学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、计算机科学、信息学等学科的有机集成，是一门综合交叉学科，涉及的基础学科多[8]。但生态学专业侧重于向学生讲授生态学相关的基础理论知识，在教学计划中较多设置体现生态学专业领域（主要为微观和中观生态学）的基础理论课程，而未开设与“3S”技术相关的基础课程，如地理学、地图学等。因此，学生在学习过程中，对所涉及的学科术语及理论知识缺乏而较难衔接和掌握。

（三）学生畏难，动手实践少

实践性强不仅是《3S技术及其应用》课程教学内容的特点之一，更是“3S”技术采集、测量、分析、存储、管理、显示、传播以及应用与地理、空间分布相关数据的关键技术手段的要求。在《3S技术及其应用》课程教学中，RS、GIS软件操作和GPS仪器使用是掌握3S技术的必要环节，也是“3S”技术的丰富内容和广泛应用的实现方式[4]。但目前因相关软件均是英文版本，学生通常从传统的中文版本软件转到用复杂的英文版本软件，加之软件的操作步骤较平常使用的Word、Excel、PowerPoint等复杂，学生需要花大量时间来适应。另一方面，由于教学课时相对较少，学生畏难而不愿在课后花时间熟悉相关软件，最终导致动手实践少，软件操作能力差，难以结合专业知识进行有效应用。

三、教学内容选择

根据“3S”技术在生态学中的应用与发展趋势可知，《3S技术及其应用》课程涉及的教学内容较为广泛，主要包括：（1）遥感图像处理及生态学应用；（2）遥感解译与应用；（3）GIS空间分析及应用；（4）GPS精确定位与导航应用等。但“3S”技术的集成或融合目前只是在个别的科学研究项目中实施，国内外均没有相应的专业教材作为参考[9]，而要在有限的学时内系统地讲述“3S技术及其应用”显然不切实际。因此，针对《3S技术及其应用》课程的操作性以及实践的综合性等特点，及其在该课程教学中存在的上述问题，重点提出了具体的理论教学内容与实践操作环节（表1）。即在教学过程中，既要让学生掌握RS、GIS和GPS的基本理论和三种技术的基本使用方法，又要选择性地进行重点内容的讲授。由表1可知，在《3S技术及其应用》课程教学中，RS和GIS理论与软件上机操作是教学的主体内容，其中RS理论讲授安排了6个学时，遥感图像处理软件Erdas Imaging实践操作6学时；GIS理论讲授7学时，GIS软件ArcView实践操作8学时；而GPS则作为辅助内容讲授，理论与手持GPS的操作分别安排了3学时和2学时。endprint

四、课程实践教学环节改革探讨

鉴于《3S技术及其应用》课程的操作性以及综合实践性强等特点，结合上述教学内容的选择重点，提出了在教学实践中还需加强的一些环节。

（一）充分利用多媒体教学

目前，多媒体计算机辅助教学已在各高校得到普遍推广。而“3S”技术涉及遥感图像的增强处理、裁剪与拼接、虚拟现实、计算机模拟等操作，必须运用多媒体教学才能更好地展示教学内容，活跃课堂气氛，调动学生学习的积极性和参与课堂教学的热情，加深学生对知识的理解和巩固[4]。因此，在教学过程中，应充分利用好多媒体教学，提高教学质量。

（二）注重软件的上机实践操作

RS、GIS和GPS仪器的使用以及软件操作是掌握“3S”技术的重要环节。因此，上机操作应重点练习遥感图像的增强处理、裁剪与拼接和几何校正、计算机自动分类、GIS的数字化及数据库构建、空间叠加分析以及专题图制作、GPS定位及野外数据采集与导航。此外，由于上机实践学时数有限，还需要学生课后自行安装相关软件，加强软件操作练习，最终达到熟练操作软件的目的。

（三）突出案例教学

在“3S技术及其应用”课程教学中，教师应结合专业特色，结合案例进行分析讲解。为突出“3S”技术的综合性，任课教师可结合相关研究课题，选择能反映本专业特色的典型案例，以更好地把研究中的细节问题讲透。例如，“生态学景观格局及其动态分析的综合应用”较适合用于生态学专业的教学案例，通过此案例教学，学生可以了解并掌握GPS的坐标定位、RS的遥感图像处理与解译、GIS的景观专题图生成与景观格局动态变化分析等。

五、课程教学改革建议

针对当前《3S技术及其应用》课程在生态学专业教学中存在的一些问题和实际情况，特提出以下教学改革建议。

（一）在专业教学计划中增加相关基础课程的设置和学时数

由于“3S”技术涉及的基础课程较多，故建议在今后的人才培养计划修订中，增加一门与“3S”技术联系紧密的基础课程，如地理学或地图学，让生态学专业学生在学习完地理学或地图学课程后，再学习《3S技术及其应用》课程，将会更加轻松且易掌握。此外，“3S”技术内容丰富、范围广泛，为让学生更好地掌握“3S”的基础理论知识与相关软件操作，建议在人才培养计划修订中，可将总学时数增加到48学时。

（二）与其他专业课程的实践教学环节相结合

目前，在本校生态学专业人才培养计划中，实践操作性较强的课程，除《3S技术及其应用》外，还有《生态规划学》和《生态学野外综合实习》等课程，这些课程均与《3S技术及其应用》课程存在着较为密切的关系。因此，在教学计划设置中，可考虑在《生态规划学》课程实践和《生态学野外综合实习》中增设“3S”技术的相应实践环节，以培养学生解决生态学相关问题的能力。如可在“生态规划学”课程教学实践中，把“3S”技术实践融合进去：确定生态规划项目和规划区域→学生收集RS数据（可从Google Earth下载）→野外现场调查时用GPS对特定点进行坐标定位→室内对RS数据进行几何纠正等处理→提取基本信息和用地分类→拟定规划初步方案→方案讨论→确定方案→利用GIS进行专题图制作。但需注意的是，相关课程实践的结合必须在课时上进行统筹安排。

（三）与校院各级大学生科技创新课题研究相结合

为了建立研究性学习、探究性学习和协作性学习的良好氛围，学校和学院设立了不同类型的大学生科技创新课题，如华南农业大学科技创新计划、农学院金穗计划等，以鼓励本科生结合课程学习内容，申请课题，开展课外科研活动。而对于学习《3S技术及其应用》课程的生态学专业学生而言，可以鼓励他们走出课堂，积极申请与“3S”技术相关的科技创新课题，以科研实践方式，激发和鼓励学生的研究兴趣，使学生在科研实践中了解和熟悉“3S”技术及其具体应用，以提升学生的专业技能，培养学生发现问题、解决问题和进行科技创新的能力[10]。

参考文献：

[1]汤洁.3S技术在环境科学中的应用[M].北京：高等教育出版社，2009：1-50.

[2]曹月娥.3S技术综合应用的教学与实习方法研究[J].中国教师，2013，（S1）：224.

[3]任德智，潘刚.西藏高校“3S”技术课程教学现状与对策[J].中国农业教育，2011，（1）：71-74.

[4]刘健，余坤勇，赖日文，等.“3S技术”课程案例教学的研究[J].中国林业教育，2010，28（3）：72-76.

[5]骆世明.普通生态学[M].第二版.北京：中国农业出版社，2011：1-10.

[6]明素华.3S技术在生态学研究中的应用[J].科技信息，2010，（2）：224-225.

[7]聂呈荣，李明辉，崔志新，等.3S技术及其在生态学上的应用[J].佛山科学技术学院学报（自然科学版），2003，21（1）：70-73.

[8]余坤勇，刘健，赖日文，等.《3S技术》课程引进科研成果的教学分析探讨[J].内蒙古农业大学学报（社会科学版），2009，11（4）：131-133.

[9]王功文，陈建平.“3S”技术课程在地球科学领域中的教学实践探讨[J].中国地质教育，2007，（1）：54-56.

[10]刘健，赖日文，余坤勇，等.《3S技术》课程教学实习的改革与实践[J].福建农林大学学报（哲学社会科学版），2007，10（6）：83-85.endprint