生态学专业《3S技术及其应用》课程的教学实践与思考

1、生态学专业 3S 技术及其应用 课程的教学实践与思 考“3S技术，即遥感(RemoteSensing , RS、全球定位系 统(Global Positioning System, GPS 和地理信息系统(Geographical In formation 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

2、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

3、，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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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 ErdasImaging实践操作6学

9、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。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

10、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

11、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

12、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f学生收集RS数据（可从Google Earth下载）f野外现场调查时用 GPS寸特定点 进行坐标定位f室内对 RS数据进行几何纠正等处理f提取基本 信息和用地分类f拟定规划初步方案f方案讨论f确定方案f 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