“極地遙感”教學(xué)探索與實(shí)踐

劉婷婷 高柯夫 周春霞

摘要：“極地遙感”是極地研究領(lǐng)域的一門(mén)重要課程。通過(guò)該課程的教學(xué)和實(shí)踐，學(xué)生能夠全面了解極地，了解極地遙感研究的內(nèi)容和原理，掌握利用遙感手段解決極地問(wèn)題的方法。本文通過(guò)介紹極地遙感課程設(shè)置背景，探討課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，為“極地遙感”課程教學(xué)提供具有實(shí)踐性的方案。

關(guān)鍵詞：極地；遙感；教學(xué)探索

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0099-02

隨著極地重要地位的凸顯，培養(yǎng)極地專(zhuān)業(yè)人才成為重要環(huán)節(jié)。極地遙感是建立在傳統(tǒng)遙感原理與應(yīng)用、數(shù)字圖像處理、微波遙感、海洋遙感等學(xué)科基礎(chǔ)上的一門(mén)面向極地（南北極）的綜合性學(xué)科，并隨著攝影測(cè)量與遙感學(xué)科的發(fā)展而不斷拓展。

一、課程設(shè)置背景

南極和北極是地球系統(tǒng)的特殊子系統(tǒng)[1]。它們位于地球的最南端和最北端；它們同屬地球上最冷的區(qū)域，但成因各異；它們是受人類(lèi)活動(dòng)影響最少的區(qū)域；是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。通過(guò)南北極之間的對(duì)比和耦合研究，對(duì)于理解地球系統(tǒng)的環(huán)境、生態(tài)、演化等內(nèi)在規(guī)律具有重要意義。國(guó)際上已發(fā)起多項(xiàng)針對(duì)南北極的計(jì)劃，如2014年的“地平線(xiàn)掃描計(jì)劃”總結(jié)出未來(lái)20年極地研究重點(diǎn)發(fā)展方向。目前，已有40多個(gè)國(guó)家在南極和北極建立了100多個(gè)科學(xué)考察站，通過(guò)多種方式（站點(diǎn)考察、航空考察等）對(duì)南北極開(kāi)展了多學(xué)科研究，取得了卓越的成果。南北極地緣遼闊，僅利用現(xiàn)場(chǎng)考察的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)全南極或全北極的監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展為大范圍、多分辨率、同步、周期性、長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)南北極的變化提供了可能，獲取了單純使用現(xiàn)場(chǎng)手段無(wú)法獲取的重要信息，成為現(xiàn)階段極區(qū)監(jiān)測(cè)的主要手段。依托武漢大學(xué)測(cè)繪、遙感和信息技術(shù)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在培養(yǎng)面向極地領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人才時(shí)，需要在研究生中開(kāi)設(shè)極地遙感課程，引導(dǎo)學(xué)生瞄準(zhǔn)極地遙感研究前沿[2]。

二、“極地遙感”課程的教學(xué)探索

1.教學(xué)內(nèi)容的探討。本課程的開(kāi)設(shè)主要包括兩個(gè)目標(biāo)[3]：（1）介紹極地遙感的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技術(shù)手段，帶領(lǐng)研究生進(jìn)入極地研究領(lǐng)域；（2）介紹最新遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、技術(shù)手段和研究方法及其在極地的應(yīng)用，以及最新的極地遙感研究?jī)?nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生瞄準(zhǔn)極地遙感研究前沿。由于極地遙感并沒(méi)有公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)教材，因此需對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全方位組織，具體的教學(xué)內(nèi)容如下：

2.教學(xué)方式的探討。通過(guò)極地遙感的全方位簡(jiǎn)單介紹和重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容的詳細(xì)說(shuō)明，讓學(xué)生充分掌握該課程的核心知識(shí)點(diǎn)，是本課程課堂授課的最終目標(biāo)，如何選擇課堂教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。（1）多媒體教學(xué)。采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢(shì)，利用圖像、視頻演示等代替部分板書(shū)演示，使得教學(xué)更形象生動(dòng)。例如，介紹冰川流速獲取方法時(shí)，可展示歷次南極考察標(biāo)志桿設(shè)立的狀態(tài)和利用GPS采集標(biāo)志桿位移信息的情況等；介紹利用南極航空地球物理手段觀(guān)測(cè)冰蓋物質(zhì)平衡時(shí)，可通過(guò)圖片和視頻等形式介紹固定翼飛機(jī)上航空重力儀、GPS、冰雷達(dá)等設(shè)備的布設(shè)、操作和數(shù)據(jù)情況及其應(yīng)用等；介紹海冰物理特性的時(shí)候，可通圖片等形式介紹北極海冰現(xiàn)場(chǎng)考察時(shí)海冰樣品的采集、浮冰上多種海冰參數(shù)獲取的方法和獲得的數(shù)據(jù)等。（2）對(duì)比式教學(xué)。對(duì)比式教學(xué)即對(duì)解決同一問(wèn)題的不同方法進(jìn)行比較，通過(guò)分析不同方法的異同點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)方法的理解。例如，可以比較利用InSAR技術(shù)和特征跟蹤方法獲取冰川流速的基本概念、技術(shù)路線(xiàn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并采用圖示的方式比較它們獲取的同一地區(qū)冰川流速結(jié)果的異同。（3）自主式學(xué)習(xí)。研究生不同于本科生，他們?cè)诶蠋煹囊龑?dǎo)下能夠獨(dú)立自主學(xué)習(xí)。如果仍然采用傳統(tǒng)的填鴨式課堂教學(xué)，不利于學(xué)生的積極參與，限制了他們主觀(guān)能動(dòng)性的發(fā)揮。本課程通過(guò)課堂授課介紹基本內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景，引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，每次課程安排10—15分鐘時(shí)間由學(xué)生主導(dǎo)、老師參與討論文獻(xiàn)中的相關(guān)研究。（4）多學(xué)科相結(jié)合式教學(xué)。極地研究的開(kāi)展需要多學(xué)科相結(jié)合，如果僅利用遙感手段無(wú)法分析極地冰雪變化的驅(qū)動(dòng)因素和影響因素，較片面。以海冰密集度變化為例：海冰密集度可利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（如被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)、光學(xué)遙感數(shù)據(jù)和SAR數(shù)據(jù)等），基于這些數(shù)據(jù)獲取的海冰密集度時(shí)序數(shù)據(jù)可反映極地海冰密集度的年際和季節(jié)性變化，但是利用這些數(shù)據(jù)只能研究海冰密集度的變化，無(wú)法探究海冰密集度變化的驅(qū)動(dòng)因素，因此在授課過(guò)程中需結(jié)合大氣和海洋等方面的參數(shù)（如風(fēng)場(chǎng)、氣壓、洋流、大洋環(huán)流等）分析海冰密集度變化的深層次原因并可預(yù)測(cè)未來(lái)的變化等。

3.考核方式的探討。考慮到研究生教學(xué)的最終目的是學(xué)生們將所學(xué)內(nèi)容靈活應(yīng)用于日常的研究工作中，因此本課程將采取基于“理論和實(shí)例的教學(xué)和基于實(shí)踐的考核”相結(jié)合的方式。“基于實(shí)踐的考核”即以極地某個(gè)監(jiān)測(cè)或變化案例為基礎(chǔ)，利用極地遙感的手段完成這一案例的分析等，結(jié)果以口頭報(bào)告和書(shū)面匯報(bào)的方式提交，其中口頭匯報(bào)占總成績(jī)的30%，書(shū)面匯報(bào)占總成績(jī)的70%。例如，利用遙感手段監(jiān)測(cè)北極格陵蘭冰蓋Petermann冰川流速，可考慮利用Landsat8數(shù)據(jù)基于特征追蹤方法獲取該冰川的流速、利用Sentinel-1數(shù)據(jù)基于差分干涉的方法獲取該冰川的流速、利用ALOS數(shù)據(jù)基于偏移量跟蹤的方法獲取該冰川的流速。

三、結(jié)語(yǔ)

極地科學(xué)正在向綜合性、深層次分析評(píng)價(jià)的方向發(fā)展，極地遙感正是順應(yīng)此需求開(kāi)設(shè)的一門(mén)面向遙感專(zhuān)業(yè)的課程。本文在介紹南北極和極地遙感基本概況的基礎(chǔ)上，以理論結(jié)合實(shí)例的方式探討了極地遙感課程設(shè)置背景、教學(xué)內(nèi)容、講授方式和考核方式。極地遙感是一門(mén)綜合的發(fā)展的課程，教師在授課時(shí)應(yīng)在充分發(fā)揮自身研究?jī)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合極地遙感方向的新技術(shù)、新方法和新應(yīng)用，開(kāi)闊學(xué)生的視野。結(jié)合學(xué)生的接受度，不斷地總結(jié)已有內(nèi)容并豐富新內(nèi)容，提高他們學(xué)習(xí)的積極性和主觀(guān)能動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫立廣.地球與極地科學(xué)[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2003.

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

[3]周春霞.《微波遙感原理》教學(xué)方法探討[J].湖北成人教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（6）：72-73.