極地測繪遙感信息學課程設置及教學研討

郝衛峰 程青 李斐

[摘 要]武漢大學的極地測繪遙感信息學課程以該校的大地測量學、遙感學、地理信息學和地球物理學等優勢學科為依托，側重服務于極地人才培養，使學生能夠瞄準極地國際科學前沿，全面掌握極地測繪遙感信息化的理論方法和技術體系。文章從課程的設置背景、教學內容、講授方式、實習實踐等方面，探討極地測繪遙感信息學的課程設置及教學方法，探索使學生有效掌握極地測繪遙感信息學基礎理論知識的有效途徑，促進學生創新思維和綜合應用多學科知識的能力培養，激發學生在極地領域的創新性研究，提高極地測繪遙感信息學課程的教學質量。

[關鍵詞]極地；測繪；遙感信息學；課程設置；教學方法；能力培養

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0098-03

一、課程設置的背景

地球的南北兩極，分別位于地球的最南端和最北端。作為全球氣候變化的冷源，南北極是全球變化的驅動器和響應器，在全球變化特別是全球氣候變化研究中，南北極地區的研究起著不可替代的關鍵作用[1]。截至目前，已有40多個國家在南極和北極建立了100多個科學考察站，對南極和北極開展了多學科考察研究，有很多科學研究取得了卓越的成果。

南北極是地球上至今未被開發、未被污染的清潔大陸，蘊藏著大量的自然資源，成為關系國家利益的“戰略新疆域”，存在著現實和潛在的重大國家權益[2]。十九大報告指出，要“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”，建設極地強國正是建設海洋強國的重要組成部分。而建設極地強國，占領世界極地戰略和科學研究的制高點，首先就要培養高智力和高素質的復合型人才。

國際上，當前極地的研究方向和科學問題主要是圍繞極區環境變化對全球氣候變化影響的大主題開展海、冰、氣相互作用的研究，旨在綜合評估南極和北極現狀，預測極地對全球變化的影響，并為國家規模甚至國際規模的資源管理、環境戰略以及人類可持續發展提供可靠的科學依據。測繪、遙感和信息技術是南北極科學考察的重要技術保障和科學研究的重要手段。依托武漢大學測繪、遙感和信息技術的學科優勢，在培養面向南北極領域的專業人才時，需要在本科生和研究生中開設極地測繪遙感信息學課程，讓學生能盡早了解南北極，在此基礎上，引導學生瞄準極地國際科學研究前沿，充分利用當代測繪和遙感信息工程的科學手段及最新研究方法，并借力武漢大學連續34年參加中國南極科學考察經歷，學會利用所學知識解決南北極的科學問題。

二、課程教學內容的探討

極地測繪遙感信息學是面向南北極，研究其實體與空間分布有關的信息采集、測量、分析、顯示、管理和利用的綜合學科[3]，是測繪、遙感信息學科在極地領域的綜合應用。作為本科生選修課和研究生相關專業必修課，課程的講授內容主要涉及大地測量、遙感、地理信息、地球物理等相關學科，既是學科介紹，又是引領學生通過學科交叉開展科學研究。

課程開設主要有兩個目標[3]：一是介紹各學科的最新技術手段和研究方法在極地領域的應用，且在邊緣學科和跨學科應用中能不斷創新；二是綜合各學科知識，了解數字極地的基礎地理信息框架和全球范圍內的天—空—地一體化的觀測體系，為我國的極地科學考察提供更有力的支撐。課程具體教學內容如表1所示。

三、課程教學方式和考核方式的探討

該課程樹立以學生為本，以知識傳授、能力培養和素質提高為核心，理論教學和實踐教學統籌協調的教學理念。課程設置的目標是通過調動學生的積極性而讓學生充分掌握該課程的核心知識點，其中，課程教學方法和考核方式的選取是實現這一目標的關鍵所在。

（一）教學方式

課堂教學與實踐教學是相互聯系、相互依存、相互支撐的兩個方面，課堂教學授予學生基礎理論和原理方法，而實踐教學則在培養學生的動手能力、創新能力和創新精神方面具有不可替代的作用，是培養“面向極地服務的應用型高級人才”的必要手段，屬于極地測繪遙感信息學體系頂層設計不可或缺的重要范疇。本課程為引導性課程，采用課堂教學、課堂討論、課后參觀、分組實踐等多種教學形式為一體的教學方法。

1.多媒體課堂教學

南北極地理位置遙遠，學生都未有親臨的經歷，如果以傳統的原理型講授為驅動的話，會非常的枯燥乏味。教學過程中要充分發揮現代計算機優勢，利用多媒體技術、網絡技術和虛擬現實技術，通過展示我校34次南極科學考察和多次北極考察收集的珍貴圖片和視頻，使學生對南北極有充分的視覺感知，教學也更加生動形象。但是，這部分的專業教學，更側重于結合專業背景和專業知識的現場資料展示。例如，介紹我國的南極航空地球物理考察時，主要通過圖片介紹“雪鷹601”固定翼飛機上航空重力儀、GPS、冰雷達等設備的布設、操作和數據情況及其應用，而不介紹飛機的歷史、南極地區飛機的起降等科普知識。

由于該課程屬于多個學科背景交叉，每次課的講授都要安排符合專業背景的教師承擔。不同專業背景的教師其教學側重點不同，將會給學生傳授不同的知識和研究理念[4]。同時，在課外時間，在教師引導的基礎上，鼓勵學生多系統閱讀相關學科的教材，全面細致掌握各知識點。

2.自主式學習與討論

傳統的課堂教學是單向的“傳送—接受”填鴨灌輸式模式，是傳授知識和答疑解惑的主要途徑，但這種方式并不利于學生積極參與，學生主觀能動性的發揮受到了很大的限制。在本科生高年級和研究生課程中，更重要的是培養學生的創造性思維。通過一些概論性介紹，學生已經在老師的指導下對南北極有了一定的感性認識，結合學生的專業背景，引導學生閱讀相關專業文獻，每次課程安排1-2名學生交流自己的學習體會，其余學生提交專題報告。基于此的自主式學習與討論，教師的主體作用由完全講授變為部分講授和部分引導，學生由聽課為主變為聽課同時輔以動手能力和自主思考能力的培養，這樣既能夠提高學生的自學能力，又能夠通過教師的點評，使學生加深對學習內容的理解，拓展學習的廣度和深度。

3.課后參觀與實踐

武漢大學建有極地科普展覽館，里面陳設了極地科普展板、動植物標本、實物及模型、武漢大學歷次參加科學考察的所見所聞及科學研究成果等。此外，武漢大學有100余人次參加過南北極科學考察，參觀展覽時將聘請最近參加過南北極科學考察的教師參與講解和互動，從而通過授課后的參觀，使學生能夠加深對南北極的印象，深刻理解極地的特殊之美和科學研究的重點。

極地測繪遙感學是典型的交叉學科與應用型學科，課堂教學只是學生被動地掌握教師教授的內容，如果平時不重視實踐環節訓練的話，學生對知識中涵蓋的內涵就不能深刻理解，也無從談起多學科協同研究。在這些實踐環節中，重要的是計算機實踐，要求學生利用所學的理論知識，結合計算機編程達到解決實際問題的能力。

4.注重因材施教[5]

該課程要在較短的時間內使每個學生都有機會獲得成功的機會，就需要教師在課程教學時注重考慮學生的個體差異，善于發現學生的優勢，因材施教。教師要幫助學生結合自己的興趣點和個人所長，制定好每個學生的學習目標，對于那些數學和計算機技能較好的學生要鼓勵多學習和實踐一些算法理論，對于專業技能突出的學生則需多鼓勵研讀科技前沿論文，開展模型建立、多源數據分析與評價等工作。

（二）考核方式

傳統的期末考核主要采取開卷答題或提交研究報告的形式[6-7]，形式古板，弊端很多，很難發揮考查學生綜合能力的作用。本課程主要采取“過程考核與期末考核”相結合的考核方式[8]，即完善“過程考核與結果評價結合、定性評價與定量考核互補、個人評價與團隊考核融合”的評價考核機制。

本課程共12塊內容，將每次課小組討論或書面報告完成情況和個人平時參與討論的表現作為平時考核成績，占總成績的30%。同時，將班上學生按四人分為一組，每組各成員之間要求來自不同的專業，自由組合。課程結束前布置綜合性較強的研究課題，最后完成的計算結果和報告占總成績的70%。例如，通過文獻的閱讀和動手實踐，在給定南極斯維茨冰川區域，利用衛星測高、機載測高、InSAR、時變衛星重力等數據研究該區域的數字高程模型、冰雪質量變化及其冰下湖預測，要求有準確的數據處理策略和多源數據融合方法，給出該區域表面高程模型、變化并進行冰下湖預測。分組實踐完成后，小組的成員間合作完成英文科研海報（類似于科研短文），授課教師組集體打分后取平均分作為該實踐環節的成績。通過學生的協同合作，培養了學生的合作意識和團隊精神，切實提高了學生的判斷能力、分析問題和解決問題的能力，也是對實踐教學方法和手段創新的深化。

在對學生進行考核的同時，課程結束后也引入學生對教師的評價機制[9]，包括教師授課是否全面準確，教師的責任心和職業道德，實踐環節的完備性等，通過問卷調查和綜合評價的形式，逐步促使授課教師改進課程設置的內容和教學實踐環節。“沒有教不好的學生，只有不會教的老師”，各個方向的授課教師要提高教育教學水平，不斷地了解學科發展動態，掌握學生對專業知識的需求，及時對教學內容和教學方式進行補充和調整[10]，以面向極地和服務極地為導向，以學生最喜歡、最能接受的方式指導構建極地測繪遙感信息學課程體系，就能夠培養出更多適應極地發展的優秀人才。

四、結語

極地科學正在向綜合性、深層次分析評價的方向發展，極地測繪遙感信息學正是順應此需求開設的一門專業課程。本文在介紹南北極基本概況的基礎上，探討了極地測繪遙感信息學課程的開設目的、教學內容、講授方式和考核方式等。南北極研究是一個長期的過程，新技術的產生和交叉學科的發展將促進該課程不斷向新的方向發展。不同背景的教師在授課時充分發揮自身的優勢和創造性，不斷總結經驗，提高學生學習的主觀能動性，較好地反映出學生發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力，不斷激發學生從事極地研究的潛能。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 孫立廣.地球與極地科學[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2003.

[2] 楊劍，鄭英琴.“人類命運共同體”思想與新疆域的國際治理[J].國際問題研究，2017（4）：1-16+136.

[3] 鄂棟臣.極地測繪與遙感信息工程中長期研究規劃[J].測繪與空間地理信息，2005（2）：1-3.

[4] 周春霞.《微波遙感原理》教學方法探討[J].湖北成人教育學院學報，2014（6）：72-73+80.

[5] 馮德山，王菁.《地球物理數據處理與反演》課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2014（10）：29-30.

[6] 丁鳳，范鵬宇.《遙感與GIS綜合》課堂教學改革與實踐[J].測繪科學，2011（5）：240-242.

[7] 劉婷婷，張洪艷.遙感專業“計算機圖形學”教學改革探討[J].大學教育，2014（11）：138-139.

[8] 孔祥生，錢永剛，張安定，等.《遙感概論實驗》課程教學改革與實踐[J].測繪科學，2013（1）：183-186.

[9] 李麗華，李淑慧，彭軍還.測繪工程專業之實踐教學改革淺談[J].教育現代化，2017（49）：137-139.

[10] 郭斌，文雯.地理信息系統課程教學改革與實踐[J].信息系統工程，2013（10）：155-157.

[責任編輯：龐丹丹]