新农科赋予林学专业3S技术类课程的新特征

张雅梅 毕会涛 王德彩 郭芳

[摘 要] 新农科背景下，林学专业3S技术类课程被赋予新的历史使命和时代特征。以3S技术的基本功能为出发点，基于3S技术与林业的有机结合，依据3S技术与林学专业主要课程的交叉融合，从课程体系、教学内容、课程结构、教学环境、课程建设、教材建设、人才培养等方面，全面剖析新农科赋予林学专业3S技术类课程时代的新特征，为林学专业3S技术类课程体系的优化指明了方向。

[关键词] 新农科;林学专业;3S技术类课程;新特征

[基金项目] 2019年度河南农业大学教学改革研究与实践项目“林学专业3S技术类课程体系的优化”（农大教〔2019〕27号）;2020年度河南省教育科学“十三五”规划一般课题“新农科背景下林学专业多样化人才培养研究”（2020YB0040）

[作者简介] 张雅梅（1977—），女，山东菏泽人，河南农业大学林学院讲师，河南农业大学林学院2018级博士研究生，研究方向为林业3S技术应用;毕会涛（1970—），男，河南汝州人，林学博士，河南农业大学林学院教授（通信作者），硕士生导师，主要从事森林培育研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）11-0017-04    [收稿日期] 2021-01-13

3S技术是遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）的简称。3S技术类课程，简单来说就是以3S技术中某一项或某几项技术为主的课程统称。从传统林业到现代林业，从数字林业到智慧林业，3S技术一直占据着重要地位，3S技术类课程成为林学专业课程体系的重要组成部分。2018年教育部提出“新农科”，2019年发布《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，同年公布了《国家级一流林学本科专业建设点名单》，这都直接推动了国家高等林业教育的改革，提出了林学专业与信息技术和生物技术领域交叉融合的新时代要求，信息技术以3S技术为核心，所以，林学专业3S技术类课程体系的优化势在必行。从事林业人才培养的高等教育，认识到3S技术在林业中应用的广度和深度，均开设有3S技术类课程。“新林科”作为“新农科”建设的重要组成部分，被赋予承担新的历史使命、新的内涵，同时林业教育被赋予新的知识系统、人才培养模式和目标。本文以3S技术的基本功能为出发点，基于3S技术与林业的有机结合，依据3S技术与林学专业主要课程的交叉融合，全面剖析新农科赋予林学专业3S技术类课程的新时代特征，这将为林学专业3S技术类课程体系的优化指明方向。

一、3S技术与林业的有机融合

GPS、RS、GIS中的3个“S”的含义不同、功能不同，肯定与林业的结合亦不相同，下面以各自的基本功能为基础，分析3S技术与林业的有机结合。

（一）GPS

全球定位系统是“授时、测距导航系统/全球定位系统”的简称，以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，用户可以在全球范围内实现全天候、实时的三维导航定位，以及测速、测时和授时。精确确定地面点的位置信息，属于数据采集。GPS的主要功能有定位、导航、定向、测距、测面积，在林业中的应用侧重于林业资源调查和动态监测[1]。

（二）RS

遥感，简而言之，就是遥远的感知，是不与探测目标接触，用探测仪器从远处记录目标物电磁波特性，揭示物体各种信息的综合性探测技术。RS的功能主要是获取目标物特征、性质和动态变化，即从影像数据中解译感兴趣的林业信息，属于数据采集。20世纪50年代初，航空摄影测量技术首次引入我国的森林资源调查工作中。1977年利用美国陆地资源卫星的多光谱图像，首次对我国西藏地区的森林资源进行清查，开创了卫星遥感在林业生产中的应用先例[2] ，率先成为3S技术与林业生产结合的典范，奠定了RS技术在森林资源监测中的主导作用。RS在林业中的应用主要是林业信息获取、资源调查、动态监测和遥感专题图制作[3]。

（三）GIS

GIS是在计算机软硬件支持下，对空间数据进行采集、存储、处理、分析、管理、显示和描述地球表面空间及非空间数据的信息技术。在林业上的应用集中体现在两个方面：其一，林业管理和决策，实现林业数据管理、更新、空间分析查询等功能，進行林业资源的实时动态监测，为资源的管理决策服务。其二，林业专题图制作，包括森林基本图、作业设计图、林相图、征占林地现状图、布局图等各种林业专题图[4]。

GPS和RS侧重于数据的采集，GIS侧重于数据的处理和分析，3个“S”有机集成，是一个整体。3S技术与林业的有机结合，已涵盖林业生产、经营、管理和决策的各个方面，主要集中于资源调查、动态监测、灾害监测、经营管理和林业专题图制作。

二、3S技术与林学专业课程的交叉融合

3S技术与林学专业的很多主干课程存在交叉融合的关系，如“森林培育学”“森林生态学”“林木育种学”等[5] ，依据交叉融合的程度和阶段，大致可分为两种类型：其一，研究型，处于技术和方法的研究阶段，多是小范围的试验应用;其二，应用型，技术和方法的应用比较成熟，属于常用方法、经验方法。“植物生理学”课程是林学专业的基础课，遥感技术中的高光谱技术可以定量反演植物的叶绿素含量、水分含量和氮素含量等[6]，属于研究型。应用型的课程，以“测量学”“森林经理学”“测树学”这三门课程最为突出。

“测量学”课程学习的重点是获取地面上任意点的位置，然后绘制成图。GPS的主要功能是定位，这与“测量学”课程中获取地面点位置的内容相一致，所以，“测量学”课程可以包括GPS内容。目前，较多的测量学教材包含GPS这一章节。如：《测量学（第2版）》（全国高等农林院校“十二五”规划教材，中国林业出版社，9787503892141），第七章的内容是GPS定位技术及应用。

“森林经理学”课程的主要内容包括森林区划、调查、收获、资源评价、经营方案和决策，其中，每个部分的学术研究和林业生产实践都或多或少地融入了3S技术，是与3S技术结合最为紧密的林学专业核心课程[7] 。

“测树学”课程的主要内容包括林分调查、林分结构、树木材积、立地质量、生长量、蓄积量、林分生长和收获预估模型、生物量。随着三维激光扫描成像系统、雷达遥感技术的深入应用，特别是无人机技术的发展，能够精准获取树高[8]、胸径[9]、树种[ 10 ]、蓄积量[ 11 ]等重要指标。3S技术与测树学的结合越来越紧密，并被广泛应用于林业的生产实践和理论研究中[ 12 ] 。

三、新农科赋予3S技术类课程的新特征

新农科是适应全球新技术革命与产业变革需要，以服务乡村振兴、美丽中国、健康中国等国家战略需要为己任，变革和发展传统农科的知识体系、学科专业体系、人才培养体系和科技创新体系，构建能够支撑农业农村现代化的高等农业教育新体系[ 13 ] 。新农科要求林学专业与生命科学、信息科学、工程技术等深度交叉和融合，赋予了林业知识新体系，林学专业课程体系新内涵，作为林学专业课程体系中占有非常重要地位的3S技术类课程，将被赋予新的历史使命和时代的新特征。

（一）加强课程体系整体设计：保证知识体系的系统性，兼顾前沿性

知识体系的系统性是新农科教育所强调的重点，实现的基础是课程体系的系统性。课程体系是实现培养目标的核心，是形成人才知识结构和能力结构的主要因素。3S技术中的3个“S”，不仅是3个相对独立的“S”，还包含三者的集成，属于有机体整体，是一个技术体系。对应于课程上，则表现为3S技术类课程是一个相对独立的课程体系，具有相对独立的完整知识体系，具有系统性。因此，必须加强课程体系整体设计，保证3S知识体系的系统性。3S技术作为林学学科的生长点，随着2020年北斗卫星导航系统的组网成功、2019年亚米级立体影像诞生、智能应用模型等自身的高速发展，大数据、人工智能等新信息技术的融入，以及智慧林业建设的推进，带来了知识体系的迅猛扩展，从而形成“高、精、尖、新”的特色，满足新农科的发展方向。

（二）促进林学专业知识的深度交叉融合

学科交叉是新农科赋予的新特征，是其与传统农科最主要的区别。3S技术与林业多方面有机结合，3S技术类课程与林学专业的多门主干课程相互交叉融合。新农科要求林学专业各个课程之间在交叉融合的深度上进一步加深，在交叉融合的范围上进一步扩大，目标是林业专业人才的知识体系要深度交叉融合，实现用3S技术的思维方式来发现、分析、解决林业问题。首先，在课程教学中，要突出知识的交叉融合性，即讲授林业遥感而非单纯的遥感，讲授林业地理信息系统而非地理信息系统。其次，综合教学实习，则成为促进深度交叉融合的另一个关键途径。

（三）高度重视课程设置

课程设置是实现人才培养目标的根本，要实现新林业的现代人才培养，不仅要从思想意识上高度重视3S技术类课程，更要在课程设置上足够体现，着重落实课程的数量、性质和学时分配等。从课程的数量上来看，3S技术类课程在教学计划中要占有一定的数量，仅仅只有一门课程是不合理的，因为课程总学时的限制，至少需要设置两门课。从课程的性质上来看，3S技术类课程必须要有必修课，若全部设置为选修课，不能体现新技术的重要性，也会使学生产生轻视思想，而且课程不一定被选择，若不能开课，将直接影响知识体系的系统性。从课程学时分配上来看，3S技术类课程的教学内容比较多，要达到80学时为宜，实践学时必须占一定的比例，理论与实验课时比例大概4∶3为宜。

（四）构建智慧教学环境

2013年国家林业局印发的《中国智慧林业发展指导意见》明确指出，智慧林业的内涵是充分利用云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，形成林业发展新模式[ 14 ]。2018年教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》，第一次在国家层面提出了智慧教育的概念。智慧教育即运用物联网、云计算为代表的一批新兴的信息技术，统筹规划、协调发展教育系统各项信息化工作[ 15 ]。智慧林业与智慧教育的主要技术支撑均为物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，可见智慧教育是教育领域对于智慧林业的积极响应和内在要求，构建智慧教学环境是课程讲授过程中的必然要求。在智慧教学环境中完成与信息技术紧密相关的3S技术类课程的“教”和“学”，教学质量将大大提高，教学效果将事半功倍。目前，智慧教学环境没有统一的界定，但普遍认为包括智慧教室、智慧实验室、虚拟仿真实验室、网络学习平台、智慧校园等。

（五）打造“金课”和精品教材

课程是高等学校专业建设的基础，是人才培养最直接的环节，是人才培养质量的重要保证。2018年8月，教育部《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中第一次正式提出并使用“金课”的概念。金课，可以认为是高质量课程的统称，是以课堂为核心，涉及课堂内外、课程始终、师生角色和考核评价[ 16 ] 。新农科明确提出课程建设的要求就是打造金课。金课建设因课程特色、开设专业的不同而异。3S技术类课程对数学、物理、计算机等方面的知识要求很高，且具有理论性较强、知识体系多元化、教学内容较抽象等特点。3S技术没有主次之分，3S技术类课程也没有轻重之分，但林业遥感处于主导地位，打造林业遥感金课则成为3S技术类课程的首个金课任务。

新农科背景下，3S技術类课程体系的改革和教学内容的提升，归根结底要落实到精品教材的建设上。教材是向学生传授知识、技能和思想的基础，是衡量高校教学质量高低的重要尺度。目前，可选的遥感教材多达几十种，而林业遥感教材却寥寥无几，常用的《林业遥感》教材是2011年中国林业出版社出版的（ISBN：9787503862502），时间已过去近十年，远远不能满足新要求，必须建设既要兼顾经典基础理论和学科发展前沿，又要有利于加强学生实践能力培养的精品教材。金课内在要求匹配精品教材，所以打造3S技术类课程金课和精品教材要协同并进。

（六）培養“懂林、爱林”的新型人才

2013年，教育部、农业部、国家林业局下发《关于实施卓越农林人才教育培养计划的意见》（教高函〔2013〕14号），核心在于改变传统人才培养模式。新农科建设对高层次人才培养提出了更高的要求，要求培养“懂林、爱林”的新型人才。“懂林”简单来说就是懂得林业知识，新农科背景下，主要表现为多学科综合知识体系的融会贯通，更侧重于强化实践能力，培养一流创新创业人才;“爱林”主要表现为课程思政方面。

3S技术类课程本身要求学生要具有较高的实践能力。实践能力是学生创新创业能力的基础。要培养一流创新创业人才，必须强化实践能力，必须把培养学生的知识应用与转化能力放在中心的位置。要实现一流创新创业林业人才的培养目标，必须在整个教学体系中坚持理论教学与实践教学相结合、课内教学与课外实践教学相结合，以林业生产为重点，全方位地引导学生创新意识的形成、创新思维的锻炼及创新能力的提升。要培养“爱林”的新型人才，课程思政是必要平台，将发挥至关重要的作用，具体的实现途径就是把教书和育人有机统一。一方面，以课程教学为基本途径，把专业知识和课程思政有机结合;另一方面，以综合实践为重要途径，学生情景体验为主，教师积极引导为辅，全面实现人才培养的最终目标。

3S技术与林业生产紧密联系，3S技术类课程与林学专业主要课程的交叉领域非常广泛，但国内不同高等学校相同的林学专业，开设的3S技术课程差异性却特别大。新农科时代的到来，从课程体系、教学内容、课程结构、教学环境、课程建设、教材建设、人才培养等方面，全面剖析3S技术类课程时代的新特征，以此为依据进行3S技术类课程体系的优化，以及林学专业课程体系的改革，培养知识结构宽、创新能力强、综合素质高的新型林业人才，实现现有林业教育到“新林科”教育的转变，全面提升解决林业现代化中重大科学技术问题的能力。

参考文献

[1]席智.浅谈GPS在林业工作中的应用[J].山西林业科技，2011，40（2）：55-56.

[2]孙司衡.迈进新世纪的我国林业遥感[J].卫星应用，2006，8（2）：43-50.

[3]杨雪栋，卢婧文，张艳楠，等.浅议遥感技术在我国林业上的应用[J].内蒙古林业调查设计，2015，38（6）：124-126.

[4]胡文英，赵耘.地理信息系统在林业上的应用现状及其前景[J].西部林业科学，2004，33（2）：99-102.

[5]赵鹏祥，李卫忠，毛晓利.“3S”技术类课程与林学专业骨干课程内容相容性研究[J].中国农业教育，2007（2）：32-35.

[6]黄彦，田庆久，耿君，等.遥感反演植被理化参数的光谱和空间尺度效应[J].生态学报，2016，36（3）：883-891.

[7]闫东锋，李继东，毕会涛，等.“森林经理学”专业核心课程建设路径探索[J].中国林业教育，2020，38（1）：74-78.

[8]杨坤，赵艳玲，张建勇，等.利用无人机高分辨率影像进行树木高度提取[J].北京林业大学学报，2017，39（8）：17-23.

[9]贾鹏刚，夏凯，董晨，等.基于无人机影像的银杏单木胸径预估方法[J].浙江农林大学学报，2019，36（4）：757-763.

[10]林志玮，涂伟豪，黄嘉航，等.基于FC-DenseNet的低空航拍光学图像树种识别[J].国土资源遥感，2019，31（3）：225-233.

[11]李亚东，曹明兰，李长青，等.无人机森林航摄影像三维点云估测林分蓄积量研究[J].中南林业科技大学学报，2019，39（3）：56-60.

[12]吴文友.测树学研究进展及教学对策[J].中国林业教育，2010，28（6）：59-62.

[13]王从严.“新农科”教育的内在机理及融合性发展路径[J].国家教育行政学院学报，2020（1）：30-37.

[14]中华人民共和国教育部.关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[Z].教技〔2018〕6号.

[15]高朝邦，李轶，李霞，等.智慧教育生态体系构建初探[J].教育与教学研究，2020，34（11）：99-110.

[16]陆国栋.治理“水课”打造“金课”[J].中国大学教学，2018（9）：23-25.

New Characteristics of 3S Technology Courses in Forestry Major Endowed by the “New Agricultural Science”

ZHANG Ya-mei， BI Hui-tao， WANG De-cai， GUO Fang

（College of Forestry， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450002， China）

Abstract： Under the background of the “new agriculture science”， 3S technology courses in forestry major are endowed with new historical mission and  characteristics of the times. Starting from the basic functions of 3S technology， based on the organic combination of 3S technology and forestry， and according to the cross-integration of 3S technology and the main courses of forestry major， this paper comprehensively analyzes the new characteristics of 3S technology courses endowed by the “new agricultural science” from the aspects of course system， teaching content， course structure， teaching environment， course construction， teaching material construction， and talents training， etc.， and points out the direction for the optimization of the 3S technology courses system of forestry major.

Key words： “new agriculture science”; forestry major; 3S technology courses; new characteristics