非遙感專業“遙感技術及其應用”教學模式探討

馬盈盈 史碩

摘 要：武漢大學有著突出的遙感學科優勢，從最早的測繪專業起步，逐步開展了攝影測量、遙感等方向的本科生教育工作，累積了豐富的教學基礎和科研經驗。隨著人才的產出、科研成果的不斷累積以及時代發展對學科知識的需要，不少非遙感專業也開設了遙感相關的專業必修課，但在日常教學中還有需要注意銜接和改進的地方。首先，遙感本身屬于交叉學科，特別是在科學技術飛速發展的當下，如何把不斷發展的、先進的遙感知識傳授給學生是本科生教育的挑戰；其次，非遙感專業的學生在沒有理論基礎的前提下，如何調動學習熱情，培養其創新和實踐動手能力是遙感知識傳授中需要攻克的難點。為此，本文給出了若干教學經驗和改進意見。

關鍵詞：本科教育；教學模式；遙感技術

作者簡介：馬盈盈，博士，武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室副研究員；史碩，博士，武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室副研究員。（湖北 武漢 430072）

基金項目：本文系國家自然科學基金面上項目“高光譜分辨率激光雷達的氣溶膠多參數反演及其輻射估算應用研究”（編號：41875038）及湖北省自然科學基金面上項目“湖北省灰霾氣溶膠的輻射特性和輸送源研究”（編號：2017CFB404）與“351人才計劃”項目的研究成果。

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）35-0027-02

目前，多個高校與地學相關的非遙感專業，如地理信息系統開設了“遙感技術及其應用”的專業必修課，以期學生在掌握了基礎的遙感技術與應用方法后，能更好地投身于城市、交通規劃以及農林業管理等領域的建設。然而，遙感本身就是一個交叉學科，包括地理信息系統等多個地學相關專業。因此，在本科生教學和培養方面對授課教師提出了更高的要求，即在傳統課本知識點講授的同時，需兼顧快速發展的遙感探測技術，拓寬學生的知識面；培養學生動手實踐能力和創新思維，以應對快速變化的環境需求；考慮非遙感專業本科生零基礎的授課環境，切實擔當起引路人和橋梁的作用，調動學生主動學習的積極性。

遙感屬于武漢大學的優勢學科，在該專業成果產出和人才培養收獲頗豐的當下，更應該將其作為基礎的專業必修課更好地服務于相關地學專業的人才培養，為城市國土、電力、規劃、水利等領域輸送優質的專業人才，同時為遙感和其他地學專業的科研人才培養打下堅實的基礎。筆者立足于自身對非遙感專業的“遙感技術及其應用”教學經歷，結合多年的研究生培養經驗以及與相關科研院所、企事業單位項目合作時了解到的人才需求，提出了“遙感技術及其應用”教學模式的改進建議。

一、開設“遙感技術及其應用”課程的必要性

我國正面臨著城市化進程加快、人口遷移、環境污染、能源開發等多方面的壓力與挑戰，伴隨而來的是對相關科學技術發展和專業人才隊伍培養的迫切需求。在科技發展方面，我國已開始實施“國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）”，其中明確指出，“按照一星多用、多星組網、多網協同的發展思路，根據觀測任務的技術特征和用戶需求特征，重點發展陸地觀測、海洋觀測、大氣觀測三個系列，構建由七個星座及三類專題衛星組成的遙感衛星系統，逐步形成高、中、低空間分辨率合理配置、多種觀測技術優化組合的綜合高效全球觀測和數據獲取能力”。[1]以上遙感衛星的發展目標是為了滿足經濟社會發展的需求，更好地服務于國土、海洋、測繪、環境保護、民政、氣象、農業、林業、水利、地震、交通、統計、公安、能源、住房城鄉建設等領域。[2]因此，人才隊伍建設方面更需要掌握遙感領域的基礎知識和應用方法。

然而，在實際的教學工作中，還有不少任課老師亟待解決的問題。如非遙感專業的基礎較差，以地理信息系統的本科生為例，在大學二年級接受遙感專業課教學之前，沒有接觸過任何遙感平臺、數據和應用，無法快速的理解遙感理論方法，且在此后的學習過程也不同于遙感專業的本科生，沒有較多的實踐機會。因此，學習熱情和主動性需要進一步依靠授課老師調動。不僅于此，當今遙感技術發展迅速，以激光雷達衛星為例，從最早的高程探測GLAS，到氣溶膠探測CALIPSO，[3]直至最近發射的測風激光雷達衛星Aeolus，整個激光雷達衛星在大氣遙感探測技術領域的發展經歷了近二十年的跨度，而現有教材對激光雷達遙感技術的介紹多以點云掃描、三維重建為主。顯然，現有的遙感授課知識已部分落后于快速發展的遙感新技術手段，需要擴充課本知識。針對現有環境的局限和約束，筆者開展了以下幾個方面的改進，試圖突破非遙感專業“遙感技術及其應用”的教學瓶頸。

二、對非遙感專業“遙感技術及其應用”課程教學改革的建議

1.改善教學環境。對于沒有基礎的非遙感專業本科生來說，與實際結合，從應用需求出發是提升他們入門速度的關鍵。以地理信息系統的本科生為例，教師可以以應用需求入手，給出衛星遙感、遙感影像處理、遙感信息提取的各驟概念和流程，以及相關數據對城市規劃發展的幫助，這樣能較好地構建起地理信息專業與遙感技術手段之間的聯系，提升學生的關注程度。在教材方面可以采用多書結合，多平臺結合的方式。例如，趙英時的《遙感應用分析原理與方法》一書可以讓學生更系統地了解可見光、紅外、高光譜遙感；盛裴軒的《大氣物理學》一書則能讓學生更清晰地梳理大氣輻射對地物探測的影響作用；梁順林的《定量遙感》一書，可以幫助學生深化認知高質量、多元參數遙感探測需要掌握的模式、步驟和處理方法。此外，百度文庫、果殼網短視頻都為授課老師提供了豐富的資源。授課老師可以根據規定授課教材的教學進度，適時補充所需要的相關內容，以迎合當前快速發展遙感平臺的需求。

2.突破固有模式。傳統遙感教材多以遙感影像處理為出發點，緊密圍繞多光譜、高分辨率、高光譜影像的數據分析開展方法和應用的探討。但實際上，在遙感探測技術高速發展的今天，遙感早已擴展至影像數據分析的范圍以外。因此，在遙感專業課的授課過程當中，應保持知識點深度及知識面廣度的兼顧。[4]與早前的遙感學科不同，隨著遙感探測手段的迅速發展，想利用好國內外已有的遙感觀測平臺，首先需要從硬件入手。了解每個儀器的性能、特點、數據質量控制方法之后，才能確保定量遙感的精度和遙感數據分析的有效性。因此，筆者以武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室已有的大氣觀測平臺為例，介紹太陽光度計和激光雷達兩種主被動大氣遙感探測儀器的組成部件、探測原理、定標方法，為學生創造更直觀接觸遙感器件的機會，進而再延伸至當今熱門的主、被動衛星遙感探測和地基組網觀測，讓學生在升階遞進的過程中理解遙感原理，深化遙感應用。為了進一步激發學生的學習熱情，筆者在教學過程中將學生進行小組劃分，每組4～5人，提升他們在課余作業時的討論程度，促進學生之間的交流，以期在此過程中形成互相幫助的良性機制，共同協力完成課程實踐任務。

3.教師優勢的發揮與外界力量的幫扶。作為國家實驗室的研究型教師，筆者在日常工作中多與研究生、項目合作方接觸，在此期間，深知科研院所、企事業單位對人才需求的側重點，以及當前本科生過渡到研究生和工作環境中所存在的問題。筆者認為，授課老師在日常教學中應跳出書本的范圍，結合自身的科研工作經驗，有指向性的架設本科生向研究生轉化的橋梁，在知識點傳授的過程中，促進形成自主思考、主動探索并不斷創新的科學素養。[5]如前所述，遙感本身就是一門交叉學科，教學型的老師雖然能概括出整個遙感大方向的知識面，然而部分知識點的討論深度還不夠，行業需求和創新能力的培養仍需要進一步改善提高；科研型老師雖然有深入的研究領域，但是整體把握程度還略顯不足。因此，針對有工作訴求的本科生，作者采用外力幫扶的方式，進行目標明確的知識點擴充。例如，在講授微波雷達時，利用1～2個學時請高校從事微波雷達研究并擁有教學經驗的老師扣住專題進行講授以及課內討論，讓學生在預習、聽課、討論、復習的過程中有選擇性地對某些知識點進行深化。整體授課框架如圖1所示。

總之，“遙感技術及其應用”作為專業必修課，為地學相關專業學生提供了必要的基礎知識，是他們從事相關領域行業、繼續深造、開展后續研究的前提保障。教授該門課程時，需要顧及學生的零基礎客觀約束條件，尊重當前遙感探測技術發展迅速的客觀現實，從應用需求入手引導學生去理解，跳出課本去挖掘新進的遙感資料，豐富學生的學習內容。最重要的是激發他們的熱情，使學生在討論、反饋中不斷進步，提升創新思維的能力，以從容應對行業從業需求和科研攻堅開拓的考驗。

參考文獻：

[1]王禮恒.中國航天將全面進入產業化發展時代[J].中國戰略新興產業，2016，（11）：95.

[2]國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）[J].衛星應用，2015，（11）：64-70.

[3]馬盈盈，毛飛躍.遙感專業“激光遙感”教學改革探討[J].新課程研究（中旬刊），2014，（11）：56-57.

[4]徐景中.城市遙感課程建設與思考[J].地理空間信息，2018，16（8）：114-116+9.

[5]龔龑，張熠，方圣輝，彭漪.高校工科教學知識點與科學精神關聯培養探討——以遙感科學與技術專業課程教學為例[J].測繪通報，2017，（2）：143-146.

責任編輯 陳 莉