“互联网+”背景下《林业遥感与3S技术》教学方法探索

章异平，燕亚飞，刘龙昌，徐军亮，蒋雄燕

（1.河南科技大学 园艺与植物保护学院，河南 洛阳；2.浙江省富阳中学，浙江 杭州）

一 引言

《林业遥感与3S技术》是一门综合性课程，具有多学科交叉的特点。课程涉及林学、物理学、地理学、计算机科学技术等众多领域。《林业遥感与3S技术》是本校林学专业学生的专业必修课，在大三时开设，是一门技术性和实践性都很强的课程。它可以解决林业中很多实际应用问题，如为森林资源管理、森林火灾、病虫害的监测与评估等林业决策和发展提供服务[1]。

多数林学专业学生认为，与传统的专业课程相比，《林业遥感与3S技术》比较新颖，应用前景广阔，因此学习意愿和积极性均较高。但同时，学生也认为该课程难度较大，学习理解较困难，因为其交叉学科涉及的知识点多、软件操作要求动手能力高、专业软件（EVNI、ERDAS）多为英文版本需专业词汇积累等特点，容易产生畏难情绪。因此，传统的以“教”为主的教学模式很难满足课程的教学需要，有必要对《林业遥感与3S技术》课程在教学方法上进行探索和创新，这对于培养适应国家生态建设战略需求的林学专业本科人才十分重要。

结合十多年的一线教学经验和当前的教学实际，我们认为该课程主要存在以下几点问题：（1）仅仅根据教材制定教学内容，容易导致教学内容陈旧过时，与实际情况不符。因为遥感技术发展日新月异，而教材更新需要时间。比如新的传感器（如Landsat系列）、激光雷达及无人机等技术已在遥感中得到应用，但这些内容在教材更新中容易滞后。（2）传统教学方法不易有效调动学生的学习积极性[2]。现有教学方式通常是教师满堂灌，注重教师的“教”而轻视学生的“学”。这种互动少、一家言的教学方法，容易导致学生难以产生较高的学习兴趣，进而达不到良好的教学效果。（3）课程安排上，对学生遥感基本技能环节和实验环节缺乏足够重视。《林业遥感与3S技术》课程是一门动手性、实践性、应用性很强的课程，较少的实验、实习课时安排，无法保证学生在遥感数据获取、遥感图像处理、遥感信息分析等基本技能和应用操作方面的充分训练，学生的遥感基本技能和实际应用技能有待提高[3]。

随着“互联网+”的快速发展，以课堂教学和网络教学相结合、采用慕课、微课等多元化教学手段逐渐成为互联网背景下高校的主要研究对象。在教学模式上，将课堂学习权交给学生的翻转课堂，也越来越受到重视[4-5]。因此，我们认为，在互联网信息时代背景下，探索如何利用慕课、微课等教学方式建立翻转课堂，深化《林业遥感与3S技术》课程在教学内容、教学方法和实践环节的改革，可以在很大程度上弥补现实课堂教学中的缺点，推动《林业遥感与3S技术》课程改革，推动《林业遥感与3S技术》课程教学方式的改变。

针对上述存在的几方面主要问题，我们立足教学内容，从教学方法环节和实践教学环节两个方面进行了教学探索和教育改革。

二 在教学内容安排上兼顾基础性和前沿性

本课程教学内容主要由遥感基础知识、遥感图像处理、遥感信息提取和3S综合应用4部分组成。根据遥感课程特点，对于基础知识部分，对遥感概念、遥感成像原理、传感器等知识单元进行微视频录制。每个知识单元配置3～5个重点和难点解析微视频，时间5分钟左右。这些视频学生可以在课前预习或课后复习时观看，并可以对视频内容进行评价和打分，从而形成教学反馈。此外，利用爱课程、哔哩哔哩、Youtube等互联网平台上丰富的视频资料，导入其他优秀的开放教育资源作为补充拓展资料。比如爱课程教学平台，它是由高等教育出版社创办的国家精品开放课程共享平台，其平台提供的与遥感相关的课程达9门（表1）。这些优秀的课程视频，制作精炼、质量上乘。同时，这些遥感类课程的内容设置与本课程的基础一致，均包含了遥感概论、电磁辐射、大气传输与地物波谱特征、遥感数据、遥感图像处理、遥感解译等基础知识板块。

表1 基于“爱课程”平台的遥感相关网络课程

对于应用知识部分，紧密结合林业遥感特点，突出林学专业性。比如加强对植被覆盖度、植被叶面积指数等植被结构参数的提取和定量估算。这部分内容，可直接服务于中国目前正在大力推进的碳达峰、碳中和工作，具有非常重要的现实意义。比如针对郑州“720特大暴雨”事件，如何选取分辨率合适的遥感数据，快速定位受洪涝灾害影响的农作物位置，并进一步评估受灾面积和经济损失，突显遥感技术的先进性及应用性。同时，引用国外优秀教材、精选国内外学术文献，有效提升教学内容的前沿性，激发学生探索遥感领域的兴趣。

三 在教学方法上采用翻转课堂教学模式，让学生掌握学习主动权

基于“互联网+”背景下，慕课、微课、爱课程等共享网络教育平台，建立翻转课堂教学模式。课前准备、课堂活动和课后复习是该教学模式的主要三个部分。学生通过课前线上自主学习、课堂集中讨论、课后复习与思考等环节，实现学习从被动向主动的转变，掌握学习主动权。

（1）课前准备是实现翻转课堂的重要基础。这一部分，教师根据《林业遥感与3S技术》课程的教学内容，解析教学重点和难点。同时利用已有的网络资源，构建线上教学平台。学生通过观看提前录制或收集编辑的微视频，进行课前自主学习。教师要确定课堂讨论范围，通过答题互动模块，引导学生总结学习中的难点和疑点，为下一步课堂讨论凝练问题并做好准备。

其优势在于，一则通过自学有助于提高学生的学习自主性。这种分散式教学方式，学生可以根据自身情况，自主选择合适时间进行知识点预习或复习，大大提高了学习灵活性。二则利用学校搭建的在线开放课程平台，对学生知识点的掌握情况能够生成统计并及时反馈给老师，为后期课堂教学的侧重点提供数据支撑。可以针对掌握效果较差的知识点，进行重点讲解，而对理解较好的知识点，进行简单总结，提供教学效率。

（2）课堂活动是梳理课程内容的主要途径。这一环节，针对学生在课前线上自学中遇到的难点问题和重点问题，教师给出解答。在教学方式上可以形式多样化，避免满堂灌。比如可以通过提问或小测验等方式，多方位了解学生对知识的掌握程度，这样也有利于及时对学生课前准备环节进行评价。笔者还发现，采用“互动式教学法”，进行教学角色互换，可以更好地调动学生学习积极性。比如在讲解“航天遥感数据”一节时，学生讲台上讲解答疑，教师讲台下听讲提问，角色互换。将全班分成若干组，每组介绍一种目前常用的遥感卫星数据。每组6～8人，进行任务分工。虽然汇报时间只有短短10分钟，但学生需要查阅大量资料，如卫星发展历史、传感器参数、卫星图像及应用范围等，才能完成任务。这个过程不仅加深了学生对知识点的理解，而且锻炼了学生资料收集、资料整理、PPT制作、汇报答疑和团队分工合作等各方面的能力。同时由于此部分知识更新较快，书本知识容易陈旧过时，也可以帮助学生深刻理解到，仅仅依靠课本知识是远远不够的，还需要查阅资料、实时更新资料，才能与时俱进。

（3）课后复习是加强和巩固课堂知识的重要保障。根据本课程特点，课后复习主要采用了“案例教学法”，帮助学生将分散的知识点综合起来[6]。笔者选取了一些与林学专业相关的，具有代表性、实时性的案例进行讲解和分析。例如，基于高分辨率遥感影像的伏牛山森林资源调查与监测、森林病虫害监测预警与评估、河南粮食主产区早春农作物长势、墒情监测及产量估测，洛阳市土地利用时空演变分析、洛阳市城市绿地规划评价等。通过这些包含多个知识点的实时案例分析和讨论，不仅培养了学生分析问题和解决问题能力，而且引导学生了解知识的技术应用，让学生学有所用，体验到学习的成就感[7-8]。

四 在实践教学优化体系，以提升学生专业综合应用能力

本课程实践环节包括验证性实验和综合性实验两类，前者在课程实验环节完成，后者在课程实践环节完成。验证性实验主要是对基本原理和方法的验证，以帮助学生理解课程的基本知识。如遥感软件ENVI/ERDAS的基本操作、遥感图像几何校正、遥感图像拼接、图像融合、遥感影像分类等。这些操作帮助学生初步掌握和熟悉常用遥感图像处理软件的基本操作方法及功能，提高学生动手能力。

综合性实验则是将相关的实验内容有机结合，例如洛阳市城市土地利用时空变化的实验。该实验的主要任务包括：下载不同时期的TM遥感影像、提取研究区域（洛阳城区）、辐射校正和几何校正、建立解译标志（基于Google Earth历史图像和实地调查）、植被指数提取、监督分类和非监督分类、土地变化检测、生成专题图等。可以看出，综合性实验给学生留有较大的自主空间，可培养学生的科研能力及团队合作精神，对于创新型和应用型人才培养十分必要。

该综合实验涉及ENVI软件的数据读取、图像裁剪、图像镶嵌、辐射校正、几何校正、波段运算、光谱特征曲线查看、图像像元基本统计特征识别等基本操作，具有很强的综合，有助于加深学生对数据处理方法的掌握。在植被指数（如NDVI）计算时，引导学生思考不同植被类型（针叶林、阔叶林、灌丛、草地等）对NDVI值确定方法的影响，进而对植被覆盖度计算结果的影响，培养学生的辩证思维能力和创新思维能力。这种综合实验，可以让学生对遥感数据源选取、数据预处理、信息提取和分析评价等整个流程有更完整的理解，系统构建其理论知识体系。

在这一部分，教师可以将搜集或制作的实验视频放到慕课和微课平台上，学生通过在线观看和阅读实验指导书的方式进行自学和课前练习。在实验课上，教师只对关键步骤和操作技巧进行讲解，这样就可以使学生快速掌握实验方法、理解实验内容，提高操作技能。

五 结语

在“互联网+”背景下，充分利用慕课、“爱课程”、哔哩哔哩等优质的共享网络教学资源，探索《林业遥感与3S技术》新的教学模式。该教学方法探索的中心目的是实现从“教为中心”向“学为中心”的转变，从“科学知识型”向“科学知识实用技能型”的转变，把学习主动权交给学生，激发学生的学习热情、提升学生的综合实践能力，为培养创新型林业人才服务。