“遙感地學應用”課程內容與教學方法研究

明冬萍，劉湘南，劉美玲

中國地質大學（北京）信息工程學院，北京 100083

一、課程設置的目的和教學目標

隨著傳感器技術的不斷發展，遙感技術已經成為空間數據獲取的主要手段，所獲取的遙感數據也向著高空間分辨率、高光譜分辨率和雷達立體觀測的方向發展。但歸根結底，遙感技術的最終目的就是從影像上提取信息服務于地學應用。因而針對遙感數據獲取技術發展的新局面，基于各遙感傳感器系統成像機理，系統地開展不同數據源的遙感信息提取理論、方法和實踐的教學，對于進一步提升教學質量，拓寬遙感技術教學領域，培養學生利用各種遙感影像進行地學處理、分析和應用的基本技能和創新思維具有非常重要的現實意義。

為更好地體現地學特色，2010年中國地質大學（北京）地理信息系統專業本科學生教學計劃修訂時，“遙感地學應用”被作為GIS專業本科生在修完“遙感原理與方法”、“數字遙感圖像處理”等前導課程之后的另一門專業必修課。該課程教學的目的是通過課程的講授和實驗，使學生掌握各遙感傳感器系統成像基本原理及其圖像特性，了解不同數據源的遙感信息提取理論、方法和技術，掌握幾類典型遙感地學信息提取及分析建模方法體系，結合綜合實驗開展研究型學習，從而激發學生的自主學習、技術創新能力，培養學生全面專業素質，提高學生的就業競爭力。

二、課程教學的特點和教學現狀

“遙感地學應用”課程在強調多源遙感傳感器成像原理及圖像特性的同時，還涵蓋了多源遙感信息提取理論和方法技術等重要內容。從理論和實踐教學兩方面考慮，“遙感地學應用”課程的教學存在以下特點。

（1）多學科交叉融合性強。“遙感地學應用”課程涉及遙感物理、圖像及信號處理、模式識別和地學建模等相關交叉知識,學科之間的集成和有機融合對“遙感地學應用”課程教學提出了較高的要求。

（2）理論性和應用性并重。遙感的根本目的是從影像中提取信息服務于地學應用。“遙感地學應用”課程教學既是涉及遙感地學相關知識（如自然、植被、水文等）的基礎性理論課程，又是一門應用性較強的技術性課程。因此，在“遙感地學應用課程”教學中必須理論與應用并重。

（3）技術發展和更新速度快。伴隨著傳感器數據獲取技術和相關交叉學科技術的快速發展，遙感技術的發展也尤為迅速，表現為應用領域不斷擴大，其應用技術手段不斷發展和進步，其應用效果逐漸向定量化、精細化和立體化方向發展。“遙感地學應用”課程的教學也應及時將先進的理論和技術滲透到教學中，這對其課程教學的內容、方法和手段也提出了更高的要求。

目前這門課程的建設情況還很薄弱，教學內容從廣度和深度上與當今遙感技術發展的新局面不相適應。這種情況不僅體現在我校，從目前國內其他高校GIS專業遙感教學的現狀來看，也都存在這個問題。即使國內有幾所高校開設了“遙感地學分析”或者“遙感地學應用”課程[1-2]，但是從其教學目標和教學體系來看，其教學的重心過于偏重遙感數據（尤其是中低空間分辨率和中低光譜分辨率遙感數據）在土壤、地質、水體等方面的應用，忽略了遙感數據獲取的多源性和遙感信息處理應用的多手段性，也沒能形成課程教學的主線。此外，從教材建設方面，也缺少相應合適的配套教材，很多學校基本上仍以遙感原理性的教材作為教學內容和資料。

因此，在“遙感地學應用”課程教學活動中，應該根據該課程教學的特點和教學現狀，確定具體系統的教學內容，采取合適的教學手段，著力解決和完善課程建設的關鍵環節，這對于遙感和GIS人才的培養具有重要的意義。

三、課程教學內容

遙感地學應用課程在高校GIS相關專業教學中并不是一個新事物，然而隨著遙感技術發展，遙感地學應用課程教學內容的安排還應遵循以下原則。

（1）教學內容的開放性。大學課程教學內容的安排應該突破教材的界限，其他優秀教材、學科的重要理論和行業前景都可納入課堂教學[2]，以多學科交叉與多領域應用為特點的“遙感地學應用”課程教學內容應該是開放式的。

（2）教學內容的導向性。“遙感地學應用”課程教學的最終目的是指導學生將遙感技術服務于地學應用，因此其教學內容還應該是具有導向性的，要突出該課程的重點及與其遙感原理與方法基礎課程的區別。

（3）教學內容的外延性。遙感技術發展日新月異，“遙感地學應用”課程教學內容還應該是外延式的，課堂的內容不僅追求既有理論技術的全面涵蓋，還要突出該課程的重點及與遙感原理與方法基礎課程的區別，提出本領域中尚待解決的問題，留給學生思考。

進而，遵行以上原則，為進一步提升教學質量，全面培養學生專業技能和創新思維，本校的“遙感地學應用”課程擬從理論方法和實踐應用兩大方面，以“不同數據源—不同信息提取手段—不同應用領域”為教學主線，設置課程教學內容體系（總48學時，其中講課32學時，實習16學時）。表1示意了“遙感地學應用”課程理論和實踐教學的基本內容體系。

表1 “遙感地學應用”課程教學內容體系

需要指出的是，實際上“遙感地學應用”課程的體系和應用領域非常龐大，如何在有限的課時下將不同遙感技術的理論、方法和應用的基本思路傳授給學生，激發學生自主學習和自由運用遙感技術的能力是本課程教學需要注意和強調的問題。因此該課程內容更應注重教學主線，以應用案例和實踐教學來加深和鞏固學生對知識的理解和掌握。

四、課程教學方法與手段

以有利于課程內容的學習、培養學生自主開放思維能力和取得良好的教學效果為原則，同時充分體現互動教學的特點，可以從以下幾方面對“遙感地學應用”課程的教學方法與教學手段進行有針對性的改革。

1.現代化與傳統教學方式相結合

“遙感地學應用”課程的很多教學內容都需要結合直觀的圖像展示或者圖像對比的方式進行，多媒體教學方式體現的信息容量大，表現形式多種多樣、可聲像并舉、動靜結合、能較好體現遙感技術的特點[4]，從而激發學生興趣并促進學生對知識的理解。尤其在實踐教學中，多媒體教學更顯示出其不可替代的作用，教師可將操作步驟投影在大屏幕上，對于一些復雜的操作，還可以使用屏幕錄像軟件制作實踐操作步驟教學視頻，以節約教師反復教學的時間，提高教學效率[4]。

然而除了多媒體課件的制作要美觀精良條理清楚外，采用多媒體教學方式還要求教師要注重與學生的互動，激發學生積極思維，變被動接受式的學習為交互式學習，克服課堂教學的單一化和模式化。

2.多種教學法相結合

改變以往完全由教師為主導的“講授式”教學方式，采用多種教學方式，鼓勵學生盡可能地參與到教學活動中，理論與實踐相結合。

（1）分組討論式教學。遙感地學應用課程強調遙感技術在地學中的綜合應用，在教學形式設計中應給予學生充分的自主學習、自主歸納總結的學習空間，比如可以采用讓學生選擇某一應用技術或應用領域廣泛查閱資料后“分組討論”等教學形式，具體實施過程是讓學生提前準備，查閱文獻資料，撰寫報告或者報告提綱，并制作演示文檔在課堂上進行演講，講解完畢,臺下同學以辯論、提問等方式進行討論，最后由教師給出點評、總結。

（2）提問式教學。其次，遙感地學應用課程是集方法和應用為一體的特色性課程，教學過程中還需要強化策略意識[5]，可以采用“提問式”教學方式。由教師在課上給定一段內容，要求學生在課堂上閱讀，而后進行提問以檢查學生的掌握情況，這兩種方式都能有效地活躍課堂的學習氣氛、增強學生的實踐機會，提高自信心，將學生的被動學習情緒轉變為主動學習的意識。

（3）案例式教學。“遙感地學應用”課程的最終落腳點在應用上，所以案例教學是該課程需要采用的另一主要教學法。加強理論和應用的本末貫通，避免兩個環節的脫節，即在課堂教學中使學生真正理解實現某個目的要做什么，而在案例教學中要讓學生真正理解這么做是為了什么，實際的教學經驗證明這個問題在“遙感基礎原理”課中也是同等重要。

3.加強綜合型和研究型實驗環節

通常從教學內容的類型上，遙感實踐課程內容分成三種類型，即知識驗證型實驗、綜合型實驗和研究型實驗[6]（后兩者以充分培養學生主動性與創新性能力為主要目標）。“遙感原理”課程教學內容以知識驗證型實驗為主，而“遙感地學應用“課程重點在于培養學生綜合應用和分析能力，應該加強綜合性和研究性實驗環節，增加綜合自選實習，突出地學特色，鼓勵學生自主思維、激發發散式學習，培養學生的實踐創新能力，適應未來社會對于高素質人才的需求趨勢。

然而研究型實驗對學生和教師都具有較高的要求，不僅要求學生要具有較高的理論結合實踐以及較強的進一步自我學習的能力，還要求教師視野開闊，有充分的數據和其他準備，能開出有探索價值的實驗項目，具有能夠正確引導學生學會分析和解決問題的能力，以滿足創新教育的要求。同時還要加強實驗教學評價，對于有效檢驗實驗教學目標是否實現[7]，激發學生學習積極性具有積極的意義[8]。

4.結合學校背景突出專業特色

我校的教學科研以地質、資源、環境、地學工程技術為主要特色，我校地理信息系統專業以其獨特的地學特色入選第七批國家高校特色專業建設名單，很多該專業的學生畢業后在地質礦產相關單位就業。因此，我校“遙感地學應用”課程的教學還要結合學校背景與專業特色，充分考慮學生的就業，加強遙感地質應用的理論方法與實踐教學。所以表1所示的實踐教學內容安排中，著重考慮了遙感技術在地質災害（地質沉降）與能源礦產資源監測和調查中的應用實踐，以適應21世紀地球科學發展和國家在資源、環境、災害及其他相關領域對地學信息技術人才的需求。

五、總結

“遙感地學應用”課程對于培養GIS專業學生的全面專業技能，激發學生的自主學習、技術創新能力，提高學生的就業競爭力具有重要的意義，進行遙感地學應用教學改革十分必要。本文就“遙感地學應用”教學的目標、教學內容和教學方法提出了相關的經驗總結和改革建議。然而“遙感地學應用”課程的教學目前仍處于不斷地探索和完善階段，還沒有完全得到實踐的檢驗，隨著教學的不斷深入，還有很多具體教學問題如教學過程中的教學質量保證及建立合理的評價機制等問題尚需進一步深入研究。

[1]南京師范大學地理科學學院網絡課程.[2012-08-10].http：//kc.njnu.edu.cn/dky/9/index.htm.

[2]同濟大學課程中心-海洋與地球科學學院.[2012-08-10].http：//cc.tongji.edu.cn/Able.acc2.web/Page_CourseSystemDetail.aspx?ID=446

[3]黃光東.“數學建模”教學方法研究[J].中國地質教育，2011，(4)：71-73.

[4]高超，金高潔，王心源.傳統教學與多媒體教學融合—以“遙感導論”課程為例[J].中國地質教育， 2007，(4)：118-122.

[5]徐元進.關于“資源遙感實驗”課程教學中學生自主學習能力的研究[J].中國地質教育，2010，(4)：79-82.

[6]張運.遙感實踐課程教學內容與方法改革探索[J].科技信息，2011，(12)：512-513.

[7]黃秋燕.GIS專業遙感概論課程實驗教學改革探索[J].科技信息，2008，(27)：352-353.

[8]葉勤，關澤群，邵永社，等.測繪工程專業攝影測量學實驗教學改革探索[J].測繪通報，2010，(6)：74-77.