“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革初探

顧祝軍

[摘 要]針對(duì)目前在“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革進(jìn)行初步探索。兼顧教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和前沿性，結(jié)合案例教學(xué)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，并充分利用“慕課”等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，高效、靈活地掌握基礎(chǔ)知識(shí)，提升基本技能，進(jìn)而可持續(xù)地培養(yǎng)其專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]遙感 教學(xué)改革 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方式 實(shí)踐教學(xué) 慕課

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）10-0108-02

遙感是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，已在土地管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文氣象、地質(zhì)地理等方面得到了廣泛應(yīng)用。[1] [2]近年來(lái)遙感技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展使得社會(huì)對(duì)遙感人才的需求量和專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的要求日益提升。目前國(guó)內(nèi)已有170余所高校設(shè)置了遙感類(lèi)本科課程[3]，其中“遙感原理與應(yīng)用”已成為地學(xué)及測(cè)繪專(zhuān)業(yè)的核心課程之一。筆者結(jié)合地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)“遙感原理與應(yīng)用”多年的教學(xué)實(shí)踐對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法及實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革進(jìn)行初步探討。

一、現(xiàn)階段教學(xué)中存在的問(wèn)題

縱觀目前高校的遙感基礎(chǔ)課程教學(xué)，主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：（1）教學(xué)內(nèi)容陳舊，僅注重基礎(chǔ)性和理論性，對(duì)實(shí)際應(yīng)用和學(xué)術(shù)前沿關(guān)注不夠；（2）教學(xué)方法有待改進(jìn)，“滿堂灌”的授課方式只注重“教”而輕視了“學(xué)”，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不佳；（3）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生得不到充分訓(xùn)練，基本技能和綜合素質(zhì)有待提高。這些問(wèn)題在“遙感原理與應(yīng)用”課程中也同樣存在。

二、改革措施

（一）在教學(xué)內(nèi)容安排上兼顧基礎(chǔ)性和前沿性

目前，有關(guān)遙感基礎(chǔ)知識(shí)或基本技能方面的教材很多，其中以《遙感導(dǎo)論》（梅安新主編）、《遙感概論》（彭望琭主編）、《遙感數(shù)字圖像處理教程》（韋玉春主編）和《遙感應(yīng)用分析原理與方法》（趙英時(shí)主編）等教材的應(yīng)用較為普遍。各種教材內(nèi)容和重點(diǎn)不一，因此根據(jù)教學(xué)目的和學(xué)生實(shí)際，選擇適合的教材和教法尤為重要。筆者選擇《遙感導(dǎo)論》作為主教材，以《遙感數(shù)字圖像處理教程》為輔助教材，從中選取部分內(nèi)容進(jìn)行重新組合和梳理，安排了如下的教學(xué)內(nèi)容：1.遙感基礎(chǔ)知識(shí)，包括遙感基本概念、傳感器、遙感類(lèi)型、電磁輻射基礎(chǔ)； 2.遙感圖像處理，包括遙感大氣校正、幾何校正、影像裁剪、影像增強(qiáng)、影像分類(lèi)；3.遙感信息提取，包括常用植被指數(shù)、一階和二階紋理參數(shù)的提取，以及基于提取的遙感指標(biāo)進(jìn)行植被覆蓋度、植被葉面積指數(shù)的定量估算；4.綜合應(yīng)用訓(xùn)練，包括使用常用遙感影像處理軟件ENVI和ERDAS進(jìn)行特定研究區(qū)土地利用類(lèi)型的分類(lèi)、植被結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取以及水體葉綠素含量的估算等。同時(shí)，遙感學(xué)科的發(fā)展日新月異，為了讓學(xué)生及時(shí)了解遙感領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，筆者在教案設(shè)計(jì)上注意引用一些國(guó)外優(yōu)秀教材，如John A.Richards編寫(xiě)的Remote Sensing Digital Image Analysis、Canada Centre for Remote Sensing編寫(xiě)的Fundamentals of Remote Sensing等，并精選若干國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，如《遙感學(xué)報(bào)》、《地理學(xué)報(bào)》、《Remote Sensing of Environment》等專(zhuān)業(yè)頂級(jí)期刊經(jīng)典文獻(xiàn)供學(xué)生課后閱讀。實(shí)踐證明，這一做法不僅能有效提升教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)勢(shì)性，也能激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索遙感領(lǐng)域的興趣。

（二）教學(xué)方法上結(jié)合案例教學(xué)法，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教授為主，往往只注重“教”而輕視了“學(xué)”。針對(duì)“遙感原理與應(yīng)用”課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，筆者嘗試采用“互動(dòng)式教學(xué)法”和“案例教學(xué)法”。在處理教學(xué)難點(diǎn)時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)疑問(wèn)，讓學(xué)生分組討論，筆者及時(shí)點(diǎn)評(píng)，改變了傳統(tǒng)的教師“一言堂”的做法，強(qiáng)化師生互動(dòng)。筆者根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題反饋進(jìn)一步深入引導(dǎo)，有效化解了教學(xué)難度，并調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。如輻射傳輸過(guò)程比較抽象，筆者在講解時(shí)并非圍繞教材上的公式推導(dǎo)，而是以日常生活中的拍相片為例，引導(dǎo)學(xué)生理解一張相片的質(zhì)量受到哪些因素的影響。通過(guò)合理設(shè)問(wèn)，或者讓學(xué)生提問(wèn)，可輕松解決教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生也反映很容易理解。在進(jìn)行遙感軟件應(yīng)用教學(xué)時(shí)主要采用“案例教學(xué)法”?？蛇x取一些具有代表性、典型性、實(shí)時(shí)性的案例進(jìn)行講解和分析，或者引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論對(duì)案例進(jìn)行分析和討論，以加深和鞏固理論知識(shí)并學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。[4]例如，基于遙感影像的南方丘陵植被葉面積指數(shù)反演、林地水土保持植被三維綠量估算、南京市土地利用時(shí)空演變分析、南京市林地植被覆蓋度信息提取及太湖葉綠素濃度適時(shí)監(jiān)測(cè)等案例，都涉及多個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生從中加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，并自覺(jué)地在腦海中實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的構(gòu)建和對(duì)技術(shù)應(yīng)用的了解。筆者發(fā)現(xiàn)，案例教學(xué)法從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)一系列問(wèn)題導(dǎo)向的推理或操作，鞏固了諸多知識(shí)點(diǎn)，并讓學(xué)生練習(xí)了相關(guān)的遙感技能。這一方法打破了教材中的知識(shí)體系分割，讓學(xué)生在最終完成任務(wù)后體驗(yàn)到一種學(xué)習(xí)成就感，教學(xué)效果很好。

（三）優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系以錘煉學(xué)生專(zhuān)業(yè)硬功夫

本科階段“遙感原理與應(yīng)用”課程中實(shí)踐教學(xué)體系主要包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三類(lèi)。其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)基本原理和基本方法的驗(yàn)證，以幫助學(xué)生理解課程的基本知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的基本技能。如典型地物光譜的測(cè)試、遙感影像投影轉(zhuǎn)換、大氣校正、幾何校正、圖像融合、圖像的增強(qiáng)處理、遙感影像分類(lèi)等，使學(xué)生初步掌握和熟悉常用遙感圖像處理軟件的運(yùn)行環(huán)境、操作方法及其功能，提高學(xué)生動(dòng)手能力。綜合性實(shí)驗(yàn)則是將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，例如遙感反演林地葉面積指數(shù)的實(shí)驗(yàn)，基于區(qū)域SPOT影像，首先進(jìn)行大氣校正、幾何校正等預(yù)處理，然后與野外實(shí)測(cè)的林地葉面積指數(shù)樣方中心點(diǎn)的矢量圖層疊加，建立基于點(diǎn)的感興趣區(qū)，進(jìn)而提取以實(shí)測(cè)點(diǎn)為中心，一定范圍（如10m）緩沖區(qū)內(nèi)的各波段反射率均值，計(jì)算幾種植被指數(shù)，并用植被指數(shù)與實(shí)測(cè)葉面積指數(shù)建立關(guān)系模型，用該模型反演研究區(qū)林地葉面積指數(shù)。綜合性實(shí)驗(yàn)通?？山Y(jié)合學(xué)生的畢業(yè)論文進(jìn)行。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)帶有一定的研究性和探索性，一般由教師給定題目和要求，學(xué)生3-5人組成一個(gè)興趣小組來(lái)共同完成。教師在實(shí)驗(yàn)方案的選取、專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)的閱讀等環(huán)節(jié)給予指導(dǎo)性意見(jiàn)，細(xì)節(jié)問(wèn)題由學(xué)生把握。如要求學(xué)生利用ERDAS軟件完成一幅1 / 5萬(wàn)的某市土地利用現(xiàn)狀專(zhuān)題地圖，教師布置這一任務(wù)，明確完成時(shí)間和要求，可放手讓學(xué)生去做，學(xué)生有問(wèn)題則及時(shí)解答。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)給學(xué)生留有較大的自主空間，可培養(yǎng)學(xué)生的科研能力及團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)于創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)十分必要。這三類(lèi)實(shí)驗(yàn)由淺入深，有步驟地提升學(xué)生的遙感應(yīng)用能力。筆者在實(shí)踐教學(xué)初始階段就給學(xué)生布置設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)，較之傳統(tǒng)的“填鴨式”講解，這樣帶著目標(biāo)的研討式學(xué)習(xí)更能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛力，能達(dá)到事半功倍的效果。

（一）兩組學(xué)生總體成績(jī)比較

總成績(jī)由兩部分組成，平時(shí)成績(jī)即課堂成績(jī)占20%，理論考試成績(jī)占80%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，小班研討合作學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果（表2）。

（二）實(shí)驗(yàn)組學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)組的31名學(xué)生按設(shè)定指標(biāo)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，其中具有評(píng)價(jià)意義的指標(biāo)結(jié)果顯示，合作性的小班研討學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的自信心、學(xué)習(xí)主動(dòng)性、合作能力等方面的提高都有所幫助（表3）。

[ 注 釋 ]

[1] Kanthan R，Mills S.Cooperative learning in the first year of undergraduate medical education[J].World Journal of Surgical Oncology，2007（5）：136.

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[責(zé)任編輯：覃侶冰]