农林院校现代空间信息技术类课程教学素材的组织及教学方法的选择

余坤勇 刘 健，2 赖日文 俞欣妍

(1.福建农林大学林学院，福州 350002；2.三明学院资源与化工学院，福建三明 365000)



农林院校现代空间信息技术类课程教学素材的组织及教学方法的选择

余坤勇1刘 健1，2赖日文1俞欣妍1

(1.福建农林大学林学院，福州 350002；2.三明学院资源与化工学院，福建三明 365000)

在农林类院校开展现代空间信息技术类课程教学过程中，存在着前导性基础课程欠缺、理论与实践教学未能同步、学生专业基础差异性大等问题，直接影响了课程的教学效果和学生对知识的掌握程度。针对这些问题，从补充前导性基础性课程、消除学生专业背景的差异性、协同理论与实践课程教学等角度，提出了现代空间信息技术类课程教学素材的组织原则，即结合“3S技术”和“遥感应用”2门课程，将现代空间信息技术类教学知识点与科研成果有机结合，开展教学素材的组织及教学过程的设计探讨，并结合案例进行展示。实践证明，对于现代空间信息技术类课程教学中复杂的、抽象的知识点，以具体的科研成果为教学素材，通过项目教学法等教学模式，可良好地修正学生的空间思维，促进学生对相关知识点的理解和掌握，提高农林类院校空间信息技术类课程的教学效果。

现代空间信息技术；3S技术；遥感；教学素材

现代空间信息技术已成为当前对资源进行宏观尺度监测、定量化测定乃至微观环境量化研究的重要技术手段，其核心技术如“3S技术”“遥感应用”“地理信息系统”等是农林类院校学生必须掌握的课程知识。现代空间信息技术在资源环境监测的过程中具有多维的、空间性特征，所以现代空间信息技术类课程涉及的内容较多，学习此类课程的学生要掌握的前期课程的基础知识和专业知识较多，只有扎实地掌握了专业基础知识，才能较好地从模拟的遥感数据中分析出资源的空间特征，在虚拟的信息中实现对资源的管理[1-3]。

教师在授课过程中应选择能较好地联系课程理论知识和需要空间思维表达的教学素材，以简单的生活案例引导为起点，促进理论知识在思维表达上的提升，再通过实验、实习等综合性的实践和大学生创新性实验提升学生的空间思维。这一教学过程，将对学生空间思维的培养发挥重要的作用，可极大地提升学生对现代空间信息技术类相关课程知识的理解与掌握。

一、农林类院校现代空间信息技术类课程教学的现状

(一)前导性基础课程欠缺

当前农林类院校的林学、生态学、水土保持与荒漠化防治等专业开设的“3S技术”课程，自然地理与资源环境等专业开设的“遥感应用”“地理信息系统”等课程均是选修课或基础课。各专业在设置课程体系时，因学时的限制，无法开设与“现代空间信息技术”课程相关的基础课程。由于前导基础课程的欠缺，无法对学生进行现代空间信息技术抽象思维的系统训练。同时，由于专业背景上的差异，在面向农林类院校学生开展现代空间信息技术类课程教学过程中，学生在空间信息的表达、理解上有较大差异，学生对课程知识点的理解或存在偏差、或难以掌握较深的专业内涵，影响了课程的教学效果和知识的具体应用[4]。

(二)实践教学与理论教学的协同性差

现代空间信息技术类课程具有较强的实践性，教师在课堂上讲解和演示的内容与步骤需要学生在课后进行实际操作，才能更好地理解和掌握。但受仪器设备少、实验单元学时数少等因素的影响，在实践过程中仅能有针对性地设置一些实验主题，实验教学环节无法与理论教学同步。同时，学生在课后自我学习过程中，受现代空间信息技术所需软件系统不易安装以及实验练习素材缺失等因素影响，无法通过与教师的实时、简单的交流及时解决疑难问题，因此影响了现代空间信息技术类课程教学的课外实践，影响了学生对知识的巩固和延伸。

(三)学生专业基础的差异性导致课程教学难以实现预期目标

教学素材表达的深度、教学模式的选择等都会影响学生对现代空间信息技术类课程理论的认识与理解。若教师简单地阐述实验原理和实验操作过程，课程理论与实践的联结过快，学生会觉得“只要照着老师做，就有结果了”而不会联想到这样做的基础是什么，结果有什么作用；若教师较为细致地阐述实验原理各知识点与实验操作步骤的关系，则实验课过程中理论知识讲授占用时间多、学生自我实践的时间则相对较短，学生又会觉得难以形成理论知识与具体应用思维的联系，往往“记住这一步，忘了下一步”。

在现代空间信息技术类相关课程的综合性实验、实习过程中，部分前导基础知识较为一般的同学未能形成良好的应用空间信息技术相关知识的发散思维，缺乏相关知识点“知源、知用”的解决方法，在遇到技术问题时不知所措，易出现实验受挫，信心受创的现象，从而形成一种现代空间信息技术类课程难学的看法，在一定程度上影响了学生对现代空间信息技术类课程的认识和学习热情，教学设计往往难以达到预期目标。

二、农林类院校现代空间信息技术类课程教学素材的组织原则

现代空间信息技术类课程涉及空间信息技术、地图学、光学、气象气候、物理、计算机和信息科学及诸多应用领域的相关学科，要求学习者具备物理知识以及相关应用领域的知识与经验，还需要丰富的空间想象力和较强的数学分析与应用能力，才能比较容易理解和掌握[5-6]。

(一)补充前导性基础课程

现代空间信息技术类课程涉及较多基础学科，要求学生具备的基础知识较多。教师在教学过程中，教学教材的选取应体现基础性、易理解、具有良好的空间思维的连贯性，并通过案例教学法，展示相关教学知识的前导课程的基础知识，弥补学生对现代空间信息技术的前导课程欠缺的不足。同时，可对现代空间信息技术以外的基础课程或其他知识进行相应的说明，以便使学生更好地掌握现代空间信息技术。

(二)消除学生专业背景的差异性

由于学生基础上的差异，在理论与案例的展示过程中，有的学生缺乏理论知识的空间虚拟与抽象的训练，难于从模拟的抽象角度思考空间实物与抽象思维间的具体变换。理科学生相对于文科的学生在数学分析、几何空间性的抽象理解力方面要好于文科学生。如在“遥感应用”课程中地形起伏对遥感影像成像影响(即投影差知识点)的教学过程中，理科学生就比较容易理解空间投影差的概念，而文科学生由于抽象能力相对较弱，在空间几何学理解上相对较难。因此，教师在相关教学过程中，教学素材应选取能增强理论知识虚拟表达的空间思维模拟分析，以消除学生专业背景上的差异性，促进教学的三同，即“同教材、同方法、学生的同理解”。

(三)加强理论教学与实践教学的协同

由于缺乏前导基础课程，学生对于现代空间信息技术类课程相关知识的空间思维抽象模拟表达较弱，且缺乏相应系统的空间思维的引导与训练，所以对相关课程知识点的理解有一定的限度。如在GIS技术应用过程中，学生无法根据空间分析数据，有针对性地依据目标空间分析的目的，建立相应的抽象模型，构建所需要的二维数据库。因此，教师在讲授与实践联结性较强的知识时，可选取能体现理论与实践协同教学的素材(案例)，在课堂上结合“理论+案例”的教学方式，不仅可增强学生对抽象知识点的理解，也可在一定程度上解决实践课时短、实践内容与理论教学未能协同开设的不足。

三、农林类院校现代空间信息技术类课程教学方法的选择

(一)启发式

对学生进行概念性的空间思维与表达的培养，主要是以现实资源环境存在的现象为出发点，引入相关的“现代空间信息技术”课程的知识点、概念和相关表述技巧，通过生活常识的引入，启发学生认清生活常识与“现代空间信息技术”课程相关知识点的关系，促进学生对相关概念的理解和掌握。

(二)图示法

教师在教学过程中，可以将资源环境与现代林业信息技术间的关系以图示的方法进行展示，结合科研成果和实验相关流程，引导学生形成三维的虚拟空间图示表达思维，促进学生对知识点的掌握。如在模拟区域土地利用动态变化的环境教学过程中，由于区域的景观格局变化难于表述，可通过不同时期的图示的叠置变换与转移，直观地查看区域土地利用的变化过程，从而在意识里形成动态变化的思维过程，促进学生空间思维的表达和对相关知识的理解和掌握。

(三)项目法

对于较复杂的知识点尤其是技术操作具有联贯性的空间转换关系，教师在讲授过程中，以现实的资源环境生产任务为素材，并辅助于具体的科研成果的展示，给学生一个轮廓清晰、目标明确的任务，通过对产生的任务项目建设需要性分析、项目建设的理论基础、项目建设的技术支撑和应用3个环节，形成以项目为中心，展开相应知识的自行组织、安排和实现，促进学生对知识点的抽象思维与应用的联系，完成对学生空间性思维的培养。教学素材与教学模式的对应关系见表1。

表1 与教学素材对应的教学方法

四、农林类院校现代空间信息技术类课程教学案例的实施

首先，围绕成像原理知识点，设计了地物颜色与光谱特征、遥感成像之间关系的教学案例，涉及到的相关知识点有光谱特征、遥感波段和太阳辐射，所需教学素材有TM影像、SPOT等遥感影像和遥感图像处理软件。教学案例设计的基本步骤为：首先通过指令学生睁开与闭合眼睛感觉对颜色的视觉差异，询问学生地物有颜色的原因，让学生分析地物成色及所成颜色差异的原因，引导学生回忆高中物理学中红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的成色过程，进而引出光谱的概念。在此基础上，通过单一灰色和彩色合成展示遥感影像的视觉差异，引出波段与光谱的关系和概念，进而综合地物成像原理的过程与各知识点的联贯性，促进学生对该知识点的理解与掌握。启发教学过程的关系见图1。

五、农林类院校现代空间信息技术类课程教学改革的成效

遥感、地理信息系统、全球定位系统等现代空间信息技术的发展及应用，为当前宏观尺度上的资源监测、微观环境的定量化测定提供了重要技术手段。在培养创新型人才的教学过程中，现代空间信息技术类课程教学素材的组织与教学的实施，对学生学习和掌握现代空间信息技术具有重要的推动作用。结合科研成果的启发性、实用性和探索性，开展相关现代空间信息技术类课程教学素材的设计与编制，体现了综合性、探究性、先进性、实用性和普遍性的教学内涵。通过课程改革中的案例展示，良好地激发了学生的空间思维和创新意识，2012届、2013届和2014届福建农林大学资源环境与城乡规划管理专业的学生提出大学生创新性实验思路，在课题组教师的指导下，连续3届获得现代空间信息技术类领域的国家级大学生创新性实验立项资助。

图1 地物颜色与光谱特征、遥感成像的关系

[1] 张加龙.林业院校非地理信息系统专业GIS教学的探讨[J].中国林业教育，2013，31(3)：60-64.

[2] 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：社科版，2009，11(4)：131-133.

[3] 马丹.农业院校遥感课程的教学改革[J].教育教学论坛，2013(9)：59-61.

[4] 刘建，赖日文，余坤勇，等.“3S技术”课程教学改革与实践[J].高教理论与实践，2008(1)：46-51.

[5] 戚鹏程，郭广猛，潘竟虎.遥感数字图像处理课程教学模式的构建[J].测绘科学，2012，37(3)：194-197.

[6] 刘春，程效军，吴杭彬.“地理信息系统”案例教学的特征分析与应用[J].中国地质教育，2012(3)：90-94.

(责任编辑 王 伟)

福建农林大学校级教学改革项目“空间信息类课程综合性实验设计与编制”，项目编号111412067；福建省“3S技术”精品课程建设项目。