“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《林業(yè)遙感與3S技術》教學方法探索

章異平，燕亞飛，劉龍昌，徐軍亮，蔣雄燕

（1.河南科技大學 園藝與植物保護學院，河南 洛陽；2.浙江省富陽中學，浙江 杭州）

一 引言

《林業(yè)遙感與3S技術》是一門綜合性課程，具有多學科交叉的特點。課程涉及林學、物理學、地理學、計算機科學技術等眾多領域?！读謽I(yè)遙感與3S技術》是本校林學專業(yè)學生的專業(yè)必修課，在大三時開設，是一門技術性和實踐性都很強的課程。它可以解決林業(yè)中很多實際應用問題，如為森林資源管理、森林火災、病蟲害的監(jiān)測與評估等林業(yè)決策和發(fā)展提供服務[1]。

多數(shù)林學專業(yè)學生認為，與傳統(tǒng)的專業(yè)課程相比，《林業(yè)遙感與3S技術》比較新穎，應用前景廣闊，因此學習意愿和積極性均較高。但同時，學生也認為該課程難度較大，學習理解較困難，因為其交叉學科涉及的知識點多、軟件操作要求動手能力高、專業(yè)軟件（EVNI、ERDAS）多為英文版本需專業(yè)詞匯積累等特點，容易產(chǎn)生畏難情緒。因此，傳統(tǒng)的以“教”為主的教學模式很難滿足課程的教學需要，有必要對《林業(yè)遙感與3S技術》課程在教學方法上進行探索和創(chuàng)新，這對于培養(yǎng)適應國家生態(tài)建設戰(zhàn)略需求的林學專業(yè)本科人才十分重要。

結合十多年的一線教學經(jīng)驗和當前的教學實際，我們認為該課程主要存在以下幾點問題：（1）僅僅根據(jù)教材制定教學內容，容易導致教學內容陳舊過時，與實際情況不符。因為遙感技術發(fā)展日新月異，而教材更新需要時間。比如新的傳感器（如Landsat系列）、激光雷達及無人機等技術已在遙感中得到應用，但這些內容在教材更新中容易滯后。（2）傳統(tǒng)教學方法不易有效調動學生的學習積極性[2]。現(xiàn)有教學方式通常是教師滿堂灌，注重教師的“教”而輕視學生的“學”。這種互動少、一家言的教學方法，容易導致學生難以產(chǎn)生較高的學習興趣，進而達不到良好的教學效果。（3）課程安排上，對學生遙感基本技能環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)缺乏足夠重視?！读謽I(yè)遙感與3S技術》課程是一門動手性、實踐性、應用性很強的課程，較少的實驗、實習課時安排，無法保證學生在遙感數(shù)據(jù)獲取、遙感圖像處理、遙感信息分析等基本技能和應用操作方面的充分訓練，學生的遙感基本技能和實際應用技能有待提高[3]。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速發(fā)展，以課堂教學和網(wǎng)絡教學相結合、采用慕課、微課等多元化教學手段逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)背景下高校的主要研究對象。在教學模式上，將課堂學習權交給學生的翻轉課堂，也越來越受到重視[4-5]。因此，我們認為，在互聯(lián)網(wǎng)信息時代背景下，探索如何利用慕課、微課等教學方式建立翻轉課堂，深化《林業(yè)遙感與3S技術》課程在教學內容、教學方法和實踐環(huán)節(jié)的改革，可以在很大程度上彌補現(xiàn)實課堂教學中的缺點，推動《林業(yè)遙感與3S技術》課程改革，推動《林業(yè)遙感與3S技術》課程教學方式的改變。

針對上述存在的幾方面主要問題，我們立足教學內容，從教學方法環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)兩個方面進行了教學探索和教育改革。

二 在教學內容安排上兼顧基礎性和前沿性

本課程教學內容主要由遙感基礎知識、遙感圖像處理、遙感信息提取和3S綜合應用4部分組成。根據(jù)遙感課程特點，對于基礎知識部分，對遙感概念、遙感成像原理、傳感器等知識單元進行微視頻錄制。每個知識單元配置3～5個重點和難點解析微視頻，時間5分鐘左右。這些視頻學生可以在課前預習或課后復習時觀看，并可以對視頻內容進行評價和打分，從而形成教學反饋。此外，利用愛課程、嗶哩嗶哩、Youtube等互聯(lián)網(wǎng)平臺上豐富的視頻資料，導入其他優(yōu)秀的開放教育資源作為補充拓展資料。比如愛課程教學平臺，它是由高等教育出版社創(chuàng)辦的國家精品開放課程共享平臺，其平臺提供的與遙感相關的課程達9門（表1）。這些優(yōu)秀的課程視頻，制作精煉、質量上乘。同時，這些遙感類課程的內容設置與本課程的基礎一致，均包含了遙感概論、電磁輻射、大氣傳輸與地物波譜特征、遙感數(shù)據(jù)、遙感圖像處理、遙感解譯等基礎知識板塊。

表1 基于“愛課程”平臺的遙感相關網(wǎng)絡課程

對于應用知識部分，緊密結合林業(yè)遙感特點，突出林學專業(yè)性。比如加強對植被覆蓋度、植被葉面積指數(shù)等植被結構參數(shù)的提取和定量估算。這部分內容，可直接服務于中國目前正在大力推進的碳達峰、碳中和工作，具有非常重要的現(xiàn)實意義。比如針對鄭州“720特大暴雨”事件，如何選取分辨率合適的遙感數(shù)據(jù)，快速定位受洪澇災害影響的農作物位置，并進一步評估受災面積和經(jīng)濟損失，突顯遙感技術的先進性及應用性。同時，引用國外優(yōu)秀教材、精選國內外學術文獻，有效提升教學內容的前沿性，激發(fā)學生探索遙感領域的興趣。

三 在教學方法上采用翻轉課堂教學模式，讓學生掌握學習主動權

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，慕課、微課、愛課程等共享網(wǎng)絡教育平臺，建立翻轉課堂教學模式。課前準備、課堂活動和課后復習是該教學模式的主要三個部分。學生通過課前線上自主學習、課堂集中討論、課后復習與思考等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)學習從被動向主動的轉變，掌握學習主動權。

（1）課前準備是實現(xiàn)翻轉課堂的重要基礎。這一部分，教師根據(jù)《林業(yè)遙感與3S技術》課程的教學內容，解析教學重點和難點。同時利用已有的網(wǎng)絡資源，構建線上教學平臺。學生通過觀看提前錄制或收集編輯的微視頻，進行課前自主學習。教師要確定課堂討論范圍，通過答題互動模塊，引導學生總結學習中的難點和疑點，為下一步課堂討論凝練問題并做好準備。

其優(yōu)勢在于，一則通過自學有助于提高學生的學習自主性。這種分散式教學方式，學生可以根據(jù)自身情況，自主選擇合適時間進行知識點預習或復習，大大提高了學習靈活性。二則利用學校搭建的在線開放課程平臺，對學生知識點的掌握情況能夠生成統(tǒng)計并及時反饋給老師，為后期課堂教學的側重點提供數(shù)據(jù)支撐?？梢葬槍φ莆招Ч^差的知識點，進行重點講解，而對理解較好的知識點，進行簡單總結，提供教學效率。

（2）課堂活動是梳理課程內容的主要途徑。這一環(huán)節(jié)，針對學生在課前線上自學中遇到的難點問題和重點問題，教師給出解答。在教學方式上可以形式多樣化，避免滿堂灌。比如可以通過提問或小測驗等方式，多方位了解學生對知識的掌握程度，這樣也有利于及時對學生課前準備環(huán)節(jié)進行評價。筆者還發(fā)現(xiàn)，采用“互動式教學法”，進行教學角色互換，可以更好地調動學生學習積極性。比如在講解“航天遙感數(shù)據(jù)”一節(jié)時，學生講臺上講解答疑，教師講臺下聽講提問，角色互換。將全班分成若干組，每組介紹一種目前常用的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。每組6～8人，進行任務分工。雖然匯報時間只有短短10分鐘，但學生需要查閱大量資料，如衛(wèi)星發(fā)展歷史、傳感器參數(shù)、衛(wèi)星圖像及應用范圍等，才能完成任務。這個過程不僅加深了學生對知識點的理解，而且鍛煉了學生資料收集、資料整理、PPT制作、匯報答疑和團隊分工合作等各方面的能力。同時由于此部分知識更新較快，書本知識容易陳舊過時，也可以幫助學生深刻理解到，僅僅依靠課本知識是遠遠不夠的，還需要查閱資料、實時更新資料，才能與時俱進。

（3）課后復習是加強和鞏固課堂知識的重要保障。根據(jù)本課程特點，課后復習主要采用了“案例教學法”，幫助學生將分散的知識點綜合起來[6]。筆者選取了一些與林學專業(yè)相關的，具有代表性、實時性的案例進行講解和分析。例如，基于高分辨率遙感影像的伏牛山森林資源調查與監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測預警與評估、河南糧食主產(chǎn)區(qū)早春農作物長勢、墑情監(jiān)測及產(chǎn)量估測，洛陽市土地利用時空演變分析、洛陽市城市綠地規(guī)劃評價等。通過這些包含多個知識點的實時案例分析和討論，不僅培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題能力，而且引導學生了解知識的技術應用，讓學生學有所用，體驗到學習的成就感[7-8]。

四 在實踐教學優(yōu)化體系，以提升學生專業(yè)綜合應用能力

本課程實踐環(huán)節(jié)包括驗證性實驗和綜合性實驗兩類，前者在課程實驗環(huán)節(jié)完成，后者在課程實踐環(huán)節(jié)完成。驗證性實驗主要是對基本原理和方法的驗證，以幫助學生理解課程的基本知識。如遙感軟件ENVI/ERDAS的基本操作、遙感圖像幾何校正、遙感圖像拼接、圖像融合、遙感影像分類等。這些操作幫助學生初步掌握和熟悉常用遙感圖像處理軟件的基本操作方法及功能，提高學生動手能力。

綜合性實驗則是將相關的實驗內容有機結合，例如洛陽市城市土地利用時空變化的實驗。該實驗的主要任務包括：下載不同時期的TM遙感影像、提取研究區(qū)域（洛陽城區(qū)）、輻射校正和幾何校正、建立解譯標志（基于Google Earth歷史圖像和實地調查）、植被指數(shù)提取、監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類、土地變化檢測、生成專題圖等?？梢钥闯?，綜合性實驗給學生留有較大的自主空間，可培養(yǎng)學生的科研能力及團隊合作精神，對于創(chuàng)新型和應用型人才培養(yǎng)十分必要。

該綜合實驗涉及ENVI軟件的數(shù)據(jù)讀取、圖像裁剪、圖像鑲嵌、輻射校正、幾何校正、波段運算、光譜特征曲線查看、圖像像元基本統(tǒng)計特征識別等基本操作，具有很強的綜合，有助于加深學生對數(shù)據(jù)處理方法的掌握。在植被指數(shù)（如NDVI）計算時，引導學生思考不同植被類型（針葉林、闊葉林、灌叢、草地等）對NDVI值確定方法的影響，進而對植被覆蓋度計算結果的影響，培養(yǎng)學生的辯證思維能力和創(chuàng)新思維能力。這種綜合實驗，可以讓學生對遙感數(shù)據(jù)源選取、數(shù)據(jù)預處理、信息提取和分析評價等整個流程有更完整的理解，系統(tǒng)構建其理論知識體系。

在這一部分，教師可以將搜集或制作的實驗視頻放到慕課和微課平臺上，學生通過在線觀看和閱讀實驗指導書的方式進行自學和課前練習。在實驗課上，教師只對關鍵步驟和操作技巧進行講解，這樣就可以使學生快速掌握實驗方法、理解實驗內容，提高操作技能。

五 結語

在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，充分利用慕課、“愛課程”、嗶哩嗶哩等優(yōu)質的共享網(wǎng)絡教學資源，探索《林業(yè)遙感與3S技術》新的教學模式。該教學方法探索的中心目的是實現(xiàn)從“教為中心”向“學為中心”的轉變，從“科學知識型”向“科學知識實用技能型”的轉變，把學習主動權交給學生，激發(fā)學生的學習熱情、提升學生的綜合實踐能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型林業(yè)人才服務。