“遙感原理與應用實習”研究型教學模式探索與實踐

王丹丹 王躍賓

摘要“遙感原理與應用實習”是遙感科學與技術專業的重要實踐課程。在我校新設該專業的背景下，有必要重新思考遙感實習的課程設計，具體從教學思想、教學內容、教學方法和考核方式四個方面提出改革舉措。重點在于設計內外業相貫通、理論與實踐相結合的課堂教學模式，加深學生對遙感信號與地學規律相互關系的理解，在此基礎上開展遙感數據的分析處理，以提升該專業學生解決實際遙感工程問題的基本技能，提高其就業與科研核心競爭力。

關鍵詞 遙感原理與應用實習 研究型教學模式 遙感項目全過程

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.20.045

Research-oriented Teaching Method for the Experimental Course of Remote Sensing Principle and Application

WANG Dandan， WANG Yuebin

（SchoolofLandSciencesandTechnologyinChinaUniversityofGeosciences（Beijing），Beijing100083）

Abstract"Remote Sensing Principle and Application" is an important practical course for the specialty of remote sensing science and technology. Under the background of setting up this specialty in our university， it is necessary to rethink the curriculum design of remote sensing experimental courses. This paper proposes reform measures from four aspects： teaching ideas， teaching contents， teaching methods and assessment methods. The key point is to design a teaching method combining internal and external work， theory and practice， in order to deep students’ understanding of the relationship between remote sensing information and geoscience. On this basis， the analysis and processing of remote sensing data are carried out，so as to improve students’ basic skills in solving practical remote sensing engineering problems， and improve their core competitiveness in employment and scientific research.

Keywordsremote sensing principle and application practical course； research-oriented teaching method； whole process of remote sensing project

0引言

研究型教學是指教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，引導學生按照科學研究的模式來發現、分析和解決問題，達到積累知識、培養能力和鍛煉思維的目的，是理論到實踐的轉換過程。[1， 2]在教學過程中采用研究型教學模式，注重理論與實際相結合，有助于加深學生對知識點的理解，培養學生的辯證思維和利用所學知識解決實際問題的能力。相比之下，傳統教學模式以知識的傳授為主要教學目標，采用教師為中心的灌輸教學方法，采用單一指標作為考核標準。傳統教學模式要求學生機械地掌握教師講授的內容，背的好的同學容易取得高分，不利于學生創新意識的培養。復雜的國際環境給新時代人才培養提出了更高的要求。李克強總理在十三屆全國人大四次會議上強調了青年學生要打牢基本功和培育創新能力。為培育學生的實踐和創新意識，有必要在課程教學中引入研究型教學模式，培養學生理論聯系實際、觸類旁通、舉一反三的能力。

遙感科學與技術已經成為自然資源管理、生態文明建設、防災減災等內容進行全要素、全覆蓋、全天候調查監測的關鍵技術，也是支撐地球信息科學、地球系統科學的重要技術。中國地質大學（北京）是一所以地質、資源、環境為主要特色的研究型大學，遙感科學與技術在學校地質、資源環境、海洋與極地和防災減災等相關學科的研究中發揮越來越重要的作用，遙感類課程的開設對培養具有遙感科學技能的綜合地質人才具有重要意義。鑒于本校學科發展對遙感科學與技術專業人才的需求，我校土地科學與技術學院積極申報并已獲批遙感科學與技術專業。新設遙感專業依托大地學背景，將突出學校的專業特色，培養服務于自然資源調查、地質環境監測等領域的專業遙感人才；圍繞國家經濟社會發展需求，在遙感地理信息技術驅動下，突出地學遙感特色，融教學、科研和生產為一體，堅持理論教學與實踐教學相結合、知識傳授與能力培養相結合。因此，該專業下的遙感實習課程應當要求學生掌握遙感基本原理、圖像分析技術與方法，更要著力培養學生靈活利用遙感理論、方法和技術解決各類復雜地學問題、開展科學研究、從事生產設計和組織管理的能力。[3， 4]

在原有的課程體系中，“遙感原理與應用實習”是建立在“遙感原理與應用”理論課程基礎上的專業實習課程，設置在大三下學期末的暑假。遙感原理與應用實習的目的是使學生掌握遙感原理與應用基礎知識之后，結合具體實例掌握遙感軟件綜合應用的思路、方法和步驟。而現有的遙感實習課程以學生上機實驗為主，要求學生按流程進行軟件操作，完成遙感影像的處理與分析，但遙感項目全過程涉及內容模塊較多，教學實踐中學生的全過程參與不足，難以獨立完成相關項目任務的工作，致使本課程的教學效果不盡理想。在新設專業的背景下，有必要將原本的課程實習向專業實習轉變。同時，將研究型教學模式引入實習課程，有針對性地培養學生的探究和創新能力。

因此，本研究通過完善現有的遙感實習方案，讓學生參與從方案設計、實施到質量檢查的遙感工程項目全過程，[5]增加學生的參與度。將課堂所學理論用于實踐中，抓住學生興趣，激發學生思考，獲得并應用新知識。在實踐中，讓學生真正發揮作用，在真實的探究中合作、討論和開展個性化學習。

1課程教學現狀與存在的問題

現有的遙感實習課程大多要求學生通過上機實習和操作，理解遙感圖像處理的基本概念，利用專業軟件對遙感影像進行處理和分析。在教學環節中，通常以教師為中心，教師逐步演示，學生依照教師講授的內容和實習手冊進行操作。[6-8]這種授課方式能夠讓學生大致了解遙感軟件的操作過程，但重心在于具體操作，忽略了對操作原理的解釋。現有的課程內容設計能夠幫助學生進行軟件操作入門，但難以轉化為學生內在的認知，沒有有效引導學生理解遙感信息與地學現象時空分布規律之間的關系，當面對更復雜的工程問題時，學生難以做到舉一反三。而對課堂教學內容和形式進行改革，將前沿的理論知識和科學內容融入課堂教學，傳授給學生，是提高學生能力和水平的關鍵。

因此，為加深學生對專業理論知識的理解，將專業知識與生產實踐相結合，提升學生自主學習能力，培養學生的創新思維，從教學思想、內容和方法以及考核方式四個方面對當前遙感原理與應用實習的內容進行調整和完善，保證人才培養工作能符合社會需求。

2研究型教學模式在“遙感原理與應用實習”課程中的應用

2.1教學思想

遙感原理與應用理論課程概念較多，涉及的知識面廣。通過理論課程的學習可幫助學生初步了解遙感基本理論知識、遙感圖像成像機理、圖像處理原理以及應用。但遙感技術應用的領域較多，由于地理環境的復雜性，采用的方法不盡相同，為讓學生掌握遙感信息分析的基本方法，并融會貫通，[9]可設計一具體問題，培養學生針對任務區域進行遙感產品生產的能力，通過項目設計、項目實施到項目評估，完成遙感工程項目的完整過程。其中項目實施指通過野外實驗采集地面真實光譜等信息以及遙感產品生產。項目評估指對遙感產品的質量進行驗證。這要求任課教師轉變教學思想，由傳統的“理論學習為主”“以教師為中心”向“理論實踐相結合”“以學生為中心”轉變。注重學生工程實踐能力的培養，處理好理論教學與實踐環節之間的關系，讓學生掌握如何將抽象的理論知識應用到具體實踐。引導學生主動提出問題，針對問題開展實驗設計，對實驗結果進行處理和分析，以達到解決問題的目的。通過理論實踐相結合，提升學生的動手能力。通過引導學生自主設計問題和開展實驗，培養學生發現問題、提出問題和解決問題的能力，從而提高實踐課程的教學質量，逐步培養學生利用已學理論知識和技術方法解決實際遙感工程問題的能力。

2.2教學內容

為了適應當代遙感技術的發展與應用情況，對遙感實習的內容進行調整和完善：要求學生熟悉遙感產品生產的流程，重點關注學生提出問題、設計實驗、結果分析和成果匯報的能力。遙感產品生產，主要涉及外業和內業的工作。內業的工作包括利用遙感專業軟件或算法實現遙感數字圖像的預處理、參數反演和結果生成。針對數字圖像處理、野外測量儀器操作及實驗數據后處理開展培訓。外業的工作包括采集地面目標光譜、溫度和物理屬性信息，目的是為內業遙感數據解譯和參數反演提供訓練樣本，為遙感產品質量驗證和控制提供地面真實值。組織學生以小組為單位，每個學生全程動手實踐，參與野外實驗設計、野外數據采集和處理，結合實驗數據開展遙感影像解譯和精度驗證。這里以遙感影像分類為例，展示如何在課程內容設計中體現研究型教學模式的思想，課程內容設計如表1。

該項目由4個任務模塊組成，4個模塊共包括8個基本內容。該項目主要從兩個方面體現研究型教學模式的特征。第一，在任務內容中增加實驗方案設計，包括地物光譜測量方案設計和野外地物調查方案設計。引導學生根據地物光譜的定義和不同地物的光譜特征，提出擬研究的問題，并構建實驗方案，將實驗方案能否支撐問題的解決作為方案設計的評價標準。第二，除傳統的監督和非監督遙感影像分類方法，鼓勵學生采用新方法，如機器學習方法，結合地面采集的典型地物光譜（地物光譜測量實習）進行遙感影像分類（影像分類實習），通過野外調查獲得地面真實數據（野外地物調查實習），對比利用不同方法進行遙感影像分類的精度。通過引導學生自主設計研究課題以及對比不同影像處理方法的精度，培養學生發現問題和解決問題的能力。

2.3教學方式

傳統的遙感實習，以室內上機實驗為主，教師提供樣例數據，通過演示文稿講解軟件操作步驟，學生對照實習手冊，完成遙感影像處理，達到熟悉遙感類軟件操作流程的目的。但這種灌輸式教學方式難以轉化為學生的內在認知，且所學內容可通過查閱網絡和書籍資料獲取，因此難以激發學生的學習積極性和主動探索能力。采用野外觀測實驗，讓學生參與遙感產品生產和驗證全過程，能夠調動學生的積極性，加深學生對遙感技術的理解。同時，對教師提出了更高的要求。教師需合理安排理論教學與實踐教學之間的順序，適當引導學生進行實驗方案設計，達到協助后續影像解譯和精度驗證的目的。注重與學生的互動，促使學生主動思考，提出本組所要研究的問題，根據問題設計實驗方案，并進行野外實驗。在室內數據處理過程中，引導學生采用不同的遙感影像處理方法，對比實驗結果，分析原因。如利用外業數據作為樣本庫，采用機器學習等新技術對遙感影像進行處理，適應社會發展需求，激發學生學習興趣，提升就業競爭力。

2.4考核方式

傳統的課程考核方式以課程論文撰寫為主。根據教育部工程教育專業認證校友反饋意見，本校畢業生在語言表達上占據劣勢，這也是工科院校人才培養容易遇到的問題。這提醒我們在今后的課程教學中應注重對學生語言表達和口頭匯報能力的培養。因此，在考核方式上，采用課程論文撰寫和口頭匯報相結合的方式。從口頭匯報中考查學生專業知識的掌握水平、實驗設計能力以及團隊協作能力。通過課程論文撰寫培養學生問題凝練、文字表述、實驗結果總結的能力。通過課程論文撰寫和口頭匯報綜合評定學生的實踐課程成績，促使學生主動交流，進行團隊合作，從而提高遙感實習課程的教學質量與學生實習效果。

3結語

在新設遙感科學與技術專業的背景下，需重新思考遙感實習課程所承擔的對學生綜合遙感應用能力的培養，室內遙感數字圖像處理實習已無法完全滿足社會對本專業學生的需求。本研究圍繞遙感項目全過程，探索了在遙感實習課程中引入研究型教學模式，加深學生對遙感技術的理解，尤其是遙感信息與地學現象時空分布規律之間的關系的理解。這種教學方式能夠提升學生對遙感技術的內在認知，提高學生的自主性。遵循以“學生為中心，理論實踐相結合”的教學觀念，實現“兩性一度”（即高階性、創新性和挑戰度）課程建設目標，[10]對進一步提升教學水平具有推動作用。

通訊作者：王躍賓

參考文獻

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