促進大學生實踐創新能力培養的遙感導論課教學模式探索

張競成　陳冬梅　尚平　陳豐農　吳開華

【摘 要】大學生實踐創新能力的培養是國家遙感青年人才隊伍建設的重要要求。本研究在對傳統遙感課程的教學模式進行分析基礎上，通過在大學低年級開設遙感導論課進行教學創新實踐。著重論述了問題導向的教學設計，基礎知識與應用案例結合的教學方法，課堂討論、報告、實驗相結合的課程組織，以及課內學習與課外實踐聯系的能力培養等問題，并討論了課程實施過程在授課方式、討論題目設計以及成績評估等教學組織形式，為開設遙感導論課進行大學生實踐創新能力培養提供經驗和參考。

【關鍵詞】遙感；導論課；實踐創新能力；教學模式

中圖分類號： TP70 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0034-003

【Abstract】Cultivating college students' practical innovation ability is an important requirement for the national remote sensing youth talent team construction.Based on the analysis of traditional teaching methods of remote sensing courses， this study aims at teaching innovation through the introduction of an introduction class on remote sensing in the lower grades of the university.It focuses on problem-oriented instructional design， teaching methods that combine basic knowledge and application cases，curriculum organization that combines classroom discussion，reporting，and experimentation， and the ability to develop in-class learning and extracurricular practice，and discusses curriculum implementation.The process includes teaching methods， discussion topics design， and performance evaluation.The teaching organization forms provide experience and reference for the establishment of an introduction course on remote sensing for students' practical and creative abilities.

【Key words】Remote sensing；Introductory class；Practice innovation ability；Teaching mode

0 引言

遙感技術作為在當代空間信息科學領域快速發展的學科，是一門集物理學、計算機技術、航天技術、儀器科學與技術等多學科、多領域高新技術于一體的技術。遙感技術作為唯一的全球觀測手段，在資源、環境、海洋、氣候、農業等全球性可持續發展問題領域扮演著不可替代的作用。中國的遙感自20世紀70-80年代開始，經過40余年的快速發展、積累醞釀、大膽創新，目前已經形成了一個多學科交叉融合的戰略性新興產業方向[1]。2010年，國務院《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006年-2020年）》將高分辨率對地觀測系統重大專項確定為16個重大科技專項之一，要求統籌建設基于衛星、飛艇、飛機的高分辨率先進對地觀測系統，并能夠與其他觀測手段結合，形成全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力，以全面滿足國民經濟建設、社會發展和國家安全的需要。同時，中國還作為發起國積極參與了地球觀測組織GEO（Group on Earth Observations）這一政府間多邊科技合作機制的建設和運行，推動建立一個綜合、協調、可持續的全球綜合地球觀測系統[2]。

為保障這些關乎國計民生的重大計劃得以順利實施，我國遙感技術的人才隊伍的建設、培養迫在眉睫。其中，特別重要的是對在校大學生等青年專業人才的培養，提升他們的實踐創新能力，以更好地適應未來技術、產業發展的需要。在這樣的背景下，對本科遙感教學而言，如何改革課程教學模式，以更有效地培養大學生實踐創新能力是一個值得探討的問題。本文首先對遙感課程教學模式進行分析，據此提出采用遙感導論課的教學方式并在授課過程中進行教學模式創新。經過授課實施能夠激發學生的興趣和求知欲，取得顯著的教學效果。

1 遙感課程教學模式分析

目前隨著遙感、地理信息等相關專業在我國高校人才培養中日益受到重視，在不同學校、專業中設置了多種形式的遙感類課程，總體上分為遙感的概論性課程和專題性課程。兩類通課程常在本科較高年級開設，并且主要采用課堂教學、實驗等方式。其中遙感概論性課程側重介紹遙感過程、遙感傳感器和平臺、遙感數據處理過程、遙感分類方法等基礎性內容。而專題性遙感課程則根據個學校專業的培養目標和大綱，著重講授遙感技術在某一個專業領域中的應用，如環境遙感、城市遙感、農業遙感、水色遙感等，一般教學內容上具有較強的針對性。在課堂教學模式上，開展了諸多有益的探索和嘗試。盧曉峰和劉春國（2011）結合教學經驗，從理論教學和實驗教學兩方面對遙感課程的教學方法加以探討，提出教學內容、教學重點和深度應根據不同專業有所不同，同時應把ERDAS、ENVI等常用軟件穿插進入課堂教學中，提高學生綜合分析解決問題的能力[3]。梁保平等（2011）提出整合遙感課程教學內容，采用啟發式、網絡化等教學方式，并引入“科研案例”，以培養學生的興趣，提高創新能力[4]。競霞等（2013）從課程體系、教學模式及實踐教學等方面探討了《遙感原理與應用》課程教學模式改革的方向，認為合理組織、科學架構課程體系，并根據不同教學內容特點采用不同教學方法對提升課程教學效果至關重要[5]。郭鵬等（2017）提出采用項目教學法將教學與科研進行互動的教學新模式[6]。此外，在教材和教師隊伍方面，黃妙芬等（2016）對我國遙感課程教材的現狀進行分析，并提出教材建設的思路[7]。蘆少春和孟慶燕（2013）在討論如何使遙感課程建設與改革符合培養應用型人才的要求時，強調要著力加強教師隊伍的建設，并完善專業培養方案[8]。綜觀各位教學研究者對遙感課程教學模式改革的思考，可以看到如何提高學生實踐應用能力并培養創新能力是改革的核心問題，也是評價一個模式優劣的根本標準。本研究即是在這樣的背景下提出通過在低年級開設遙感導論課的方式，以期提高大學生實踐創新能力。

2 開設遙感導論課的意義

作為一門具有高度綜合性的前沿學科，遙感技術及其發展涉及到是計算機、數學、物理、數字信號、光學等多個學科的知識，同時其在不同領域的應用還與生物學、農學、地理學等學科知識有關，因此學生在這些學科相關知識的理解必將會影響到遙感技術的學習效果及創新能力。美國著名的博耶報告《重建本科教育———美國研究型大學發展藍圖》中明確提出，構建新生探究式的一年級教學、建立基于研究的學習模式、拆除各學科間教育的壁壘、創造性地利用信息技術等對于大學生創新能力培養的重要性[9]。日本的一些大學設置了“復合新領域科學”專業，旨在對近十年新興前沿科學的介紹[10]。因此，如能在大學低年級開設遙感技術導論課，通過通俗淺顯的講授、討論和驗證性實驗引導學生了解遙感技術的基本概念和前沿問題，并激勵同學對這一領域產生興趣。同時，理解各門基礎課與遙感學科的內在聯系及支撐作用，有利于其在基礎課程學習過程中能夠更好地掌握相關知識，通過知識的融會貫通更好地支持其在高年級對遙感技術進行深入的學習和研究。另一方面，較早地接觸遙感技術的相關知識和前沿能夠從客觀上延長大學生專業學習和探索的時間，能夠促使對遙感技術感興趣的同學更有效地利用課外時間，通過自學、參與教師科研、參與應用實踐、參加競賽等多種方式培養實踐創新能力。

3 遙感導論課的教學模式

3.1 問題導向的教學設計

“問題導向”是學者們基于20世紀著名哲學家波普爾的問題理論提出的基于問題或者問題導向的教學方式[11]。通過問題導向的教學方式，可以將教師向學生信息傳遞的單向過程變為教師、學生、教學媒介三個因素的互動過程，有利于打破灌輸式課堂教學的種種弊端，形成良好的教學氛圍[12]。作為一門為低年級本科生開設的遙感導論課，課程設計采用啟發式教育，在各個課程專題課前和課后均會向學生拋出一些問題，引導其查閱文獻資料并進行主動思考。在授課過程中圍繞問題的起因、解決自然引出理論、技術的發展和具體內容。在授課過程中，通過不斷提問、討論的方式引導學生主動思考。在課后，留下一些討論的問題，供學生課后查閱相關資料作延伸學習，并在下堂課中交流。經實踐，這種問題導向的教學設計能夠明顯提高學生的課堂參與度，激發學生的學習和探索的熱情。并且，問題導向的課程教學實際上培養了學生主動參與解決問題的能力，因此能夠潛移默化地使學生的創新思維得到培養和發展。

3.2 基礎知識與應用案例結合的教學方法

遙感技術作為一門實踐應用性較強的學科，在技術的發展和各行各業的應用中已產生了大量的文獻、資料，為課堂教學提供了豐富的案例資源。作為一門低年級導論課，通過案例引入內容、闡述知識能夠很好地規避直接講授一些理論方法的枯燥，能夠有效化解學生的畏難情緒。陳玲等（2016）在林業遙感類課程中應用了案例式教學，教學效果得到了本科生的充分肯定[13]。劉健等（2010）采用案例教學開展“3S技術”課程，從案例選擇、課件制作等方面進行了設計，豐富了教學內容，提升了教學效果[14]。遙感導論課在案例選擇上應注意綜合考慮案例的典型性，學生的知識背景和接受度等。如在講述遙感分類方法時，可以通過介紹基于遙感影像的城市規劃、違章建筑監測等與社會生活息息相關的應用案例，在活躍課堂氣氛的同時，使同學自覺主動地進入對理論方法的學習。

3.3 課堂討論、報告、實驗相結合的課程組織

遙感導論課在課程組織上，采用課堂討論、報告、實驗相結合的方式，對課堂講授進行補充。其中課堂討論有助于活躍學生的思維，引起對問題的深入思考。如在介紹遙感與地理信息系統關系內容時，請同學以交通導航服務為背景分析RS與GIS技術以怎樣的方式結合進行空間分析；在介紹影像時間、空間、光譜分辨率時，請同學就應用遙感影像是否能夠找到失聯的馬航MH370客機為題分正反方進行辯論。另一方面，在一些專題講授結束時請一些小組同學進行課程報告，鼓勵其主動查詢資料并對其進行歸納整理，同時也鍛煉了學生的口頭表達能力、合作意識。如在遙感傳感器的內容時，請同學舉例介紹一種遙感傳感器。同學的報告經過資料搜集整理，涉及到光學、微波、熱紅外、激光雷達等多種類型傳感器，并對其進行討論、對比，大大增強了學習效果。此外，實驗有助于學生對于所學內容產生主觀認識和感受，對技術的一些關鍵點有更深的認識和理解。課程的實驗部分設計了一個遙感影像作物面積提取和分類的實驗，包括了原始影像獲取、影像輻射校正、大氣校正、幾何校正，地物光譜特征，以及分類器使用等多個環節，使同學在熟悉ENVI， ARCGIS等常用軟件的同時，對遙感信息提取的整個過程有了感性認識。課程實踐表明，通過課堂討論、報告和實驗三種方式的結合，能夠有效加深學生對教學內容的理解，使書本的“死”的知識轉化為學生自己頭腦中“活”的知識。

3.4 課內學習與課外實踐聯系的能力培養

在課程教學之外，遙感導論課的另一嘗試是通過科研項目參與和競賽，將學生的課內學習與課外實踐有機聯系。對創新能力培養而言，課堂學習好比為學生提供原料，課外實際活動則類似一個“發酵”的過程，能夠最終醞釀出創新的思維和成果。課外實踐活動中，參與科研和參加競賽是兩種重要的形式[15]。讓一部分有興趣的本科學生參與教師的科研項目，能夠使學生接觸到最新的科研成果，從參與解決實際問題的過程中增進學習，習慣創新探索的過程，享受參與解決實際問題的成就感。經過教學實踐，部分學生參與了關于無人機遙感在精準農業上的應用，對植物光譜分析，遙感高光譜影像處理產生了濃厚的興趣，并在作物病蟲害監測等方面進行了一些有益的嘗試。另一方面，在課程學習和參與科研的過程中產生的思路亦能夠為競賽提供素材，能夠支持學生申報如“挑戰杯”，“大學生創新創業大賽”等比賽。通過比賽提高學生的創新能力、心理素質和團隊合作。當今和未來的創新事業通常是一個團隊而非一個人的工作模式，而參與競賽客觀上能使學生體驗競爭與合作，使學生在未來的人生路上敢于創新，擅于創新。

4 遙感導論課教學實踐與思考

針對低年級本科生的遙感導論課在學院內進行了一次全新的嘗試，在遙感傳感器，遙感數據處理方法介紹的基礎上，通過研討、報告交流的方式與同學分享了遙感技術應用在環境、城市、農業等領域的最新成果和發展動態。同學整體反響熱烈，呈現出比較高的積極性，并在課外與教師主動聯系，部分學生參與到了教師的科研中，并組隊參加競賽。為此，筆者認為在大學本科低年級開設遙感導論課對于培養大學生實踐創新能力是一次有益嘗試，能使學生為后續專業課程學習作好充分準備，并引導學生更有效地掌握低年級基礎性課程知識。

在遙感導論課的實施過程中，結合授課感受、學生反饋等對課程組織進行如下思考，以期進一步提高教學效果：1.為保證討論、報告的效果和學生參與度，該種授課方式應對授課規模及分組有人數限定，一般課堂規模不宜超過30人，對學生宜進行4-6組的分組，每組5人。2.對討論和報告的題目設計需要隨教學進程由淺入深，由易到難，內容上應充分把握內容針對性和開放性的尺度和分寸。3.課程成績組成及評價上應采用多元化，將平時成績、討論表現、報告質量、期末成績等有機結合。同時，在團隊評價時應注意既不可僅評價個人忽略團隊，也不能對團隊成員的貢獻度不加以區分，傷害部分學生的積極性。4.授課內容、話題等需要不斷更新，體現最新的技術前沿，使學生能夠在學習過程中充分感受創新，學習創新。

【參考文獻】

[1]顧行發，余濤，田國良，等.40年的跨越—中國航天遙感蓬勃發展中的“三大戰役”.遙感學報，2016，20（5）：781-793.

[2]徐冠華，柳欽火，陳良富，等.遙感與中國可持續發展：機遇和挑戰.遙感學報，2016，20（5）：679-688.

[3]盧曉峰，劉春國，《遙感原理與應用》教學方法的探討.地理空間信息，2011（4）：162-164.

[4]梁保平，李藝，李暉.高校地理科學專業遙感課程教學改革與實踐探討.中國現代教育裝備，2011（11）：112-114.

[5]競霞，胡榮明，琚存勇.《遙感原理與應用》課程教學模式改革探討.信息系統工程，2013（6）：157-160.

[6]郭鵬，徐麗萍，張國順.地方高校遙感課程教學與科研互動模式研究.地理空間信息，2017，15（12）.

[7]黃妙芬，孔亮，張明亮.我國遙感課程教材現狀分析及建設方法研究.教育現代化，2016（3）.

[8]蘆少春，孟慶燕.基于應用型人才培養的遙感課程建設與改革.安徽工業大學學報（社會科學版），2013，30（4）：123-124.

[9]劉寶存.美國研究型大學本科生教育重建：進展·問題·走向. 外國教育研究，2006（6）：8-14.

[10]伊廷華，張杰，李宏男.研究型大學本科生創新能力培養的幾點思考.中國建設教育，2012（Z1）.

[11]焦利芳，張聰.基于再造理念對我國高等教育改革的思考. 高等農業教育，2003（8）：16-19.

[12]薛繼東.“問題導向”的大學課堂教學.山西財經大學學報， 2013（s3）：76-78.

[13]陳玲，郝文乾，劉艷春.林業遙感類高級課程案例式教學模式的實踐與思考.中國林業教育，2016，34（4）：67-74.

[14]劉健，余坤勇，賴日文，等.“3S技術”課程案例教學的研究. 中國林業教育，2010（3）：72-76.

[15]黃鎖義，黎巧玲，林夢瑤，等.以科研和競賽為特色的導師制實踐型教學. 實驗室研究與探索， 2015， 34（10）：168-171.