提高學生實踐能力的遙感教學改革初探
——以農科類專業為例

王海江 呂 新 崔 靜 冶 軍

由于我國農業正在從傳統的粗放型生產向集約化精細化生產轉變，及時、無損、準確地獲取農田土壤、作物長勢、病蟲害發生、氣象災害信息和種植環境信息對更好地實現農業生產方式的轉變有著至關重要的作用[1-2]。遙感技術可以大面積無損獲取不同地區的影像信息，具有宏觀、綜合、動態、快速等特點[3]。農業資源與環境、智慧農業等專業開展遙感教學的目的是要求本專業學生在現代農業需求的背景下將農業理論知識與遙感技術交叉融合，充分實現二者間的優勢互補，拓寬學生的知識領域，培養學生的創新能力[4]，但是，當前遙感教學仍然以理論課為主，專業知識及其應用與遙感技術結合不夠緊密，學生在實際農業生產中應用遙感技術解決問題的能力有待進一步提高[5]。因此，如何將農業領域的專業知識與遙感技術進行學科交叉，使學生能夠利用遙感技術解決傳統農業中信息獲取的難題，改變遙感教學中理論授課和農業實踐脫節的現象，培養具有實踐技能和創新性思維的高素質人才成為需進一步探究的問題。

一、目前農科類專業遙感教學存在的問題

（一）學生遙感技術理論知識底子薄，教學效果差

遙感技術的發展突飛猛進，對遙感傳統教學模式提出了新的挑戰。首先，遙感知識涉及多學科理論原理，具有較強的多學科交叉和專業性特點。農學背景的學生大多第一次接觸遙感課程，缺乏與該課程相關的基礎理論知識。其次，在遙感教學過程中，授課教師將重點更多地放在遙感理論知識的講解上，而忽略了針對有著農學背景學生而開設的遙感課程的技術應用目的，往往為了完成課程的授課任務而授課，沒有把如何利用遙感技術解決農業生產中的需求的知識講透，導致學生在學習遙感課程時脫離了自己的基礎專業，不能夠把開設遙感課程的要求主動融入學習過程，教師授課和學生學習的效果都不好。

（二）課堂講授方法單一，無法調動學生的學習積極性

傳統遙感教學模式一般為“教師主動講解—學生被動接受”。在實驗課中，也以教師為中心，教師先演示，學生再按部就班地按照講授內容進行操作。教師課堂上所講解的內容大多都是書本上、網絡中可以查到的知識點，無法有效調動學生主動學習的積極性，造成學生被動接受的不良效果，既沒有發揮出教師引導式、啟發式、互動式的教學效果，也不利于學生創新思維的形成。因此，當利用遙感技術解決土壤信息獲取、植物營養光譜診斷、環境監測等實際問題時，學生在專業技能和創新能力上表現出一定的缺陷，從而削弱了遙感教學的整體效果。

（三）實踐學時偏少，學生動手能力差

傳統遙感教學模式以知識講授為主，缺乏案例分析、實踐技能訓練來幫助學生理解遙感基本理論知識和操作技能，使得學生的主觀能動性難以得到有效培養，實時動手能力不足。在有限的實踐技能訓練中，為了在有限的時間里完成教學任務，實踐課程以知識驗證型實驗為主，缺乏綜合型實驗和研究型實驗，使得學生難以將多個相關的實驗內容融會貫通，系統運用所學知識和技能綜合分析、解決實際應用問題，最終抑制了學生學習、創新的積極性，不利于學生自主學習和個性化學習。

二、農科類專業遙感教學改革策略

（一）轉變教學理念

在教學過程中，教師應通過理論課和實驗課相結合，將理論知識點很好地融入實踐技能操作過程，引導學生主動地探索、獲取知識，激發學生主動學習的熱情，同時使學生具備自主創新的能力以及良好的思維品質和行為習慣。

首先，在面授課時，教師應拓寬授課知識面，在不脫離教學目標的基礎上，及時查閱國內外相關文獻、數據和資料，確保自身具有扎實的基礎理論知識，在教學中講解遙感理論和技術發展的時代性和前瞻性，使學生能夠了解農業遙感技術的應用前沿和發展動態[6]。此外，應該發揮學生學習的主體作用，在上課前通過網絡教學平臺提前發布本次授課的主要內容以及與之相關的上課時要提問的問題，將課下的學習部分計入課程總評成績。通過此種方式，學生可在課前通過查閱教材、網絡資源、參考書籍等進行提前學習，這樣不僅可以提高課堂教學效率，還可以培養學生主動學習、思考的能力。在授課過程中，對于教學難點和重點內容，如遙感的物理學基礎、遙感影像的校正等，教師要結合動畫、微課、慕課的形式把抽象的內容講清楚，讓學生能夠明白遙感技術應用的理論基礎，同時通過案例庫、實驗課教學，使學生學會運用遙感軟件進行實際操作，并通過對比處理前后的數據變化和影像差異更好地理解教學重點和難點。另外，教師要重視理論教學與專業實踐的結合，讓學生帶著問題去實踐，減少驗證性實驗內容，結合本專業遙感應用案例增加探索性實驗，通過實踐對比傳統方法和遙感新技術在土壤、植物信息獲取方面的效果差異，加強對學生“遙感技術+現代農業”的實踐創新思維、能力的培養[7]。

其次，教師應該把更多的精力放在如何啟發、引導學生參與教學過程中，活躍課堂氛圍，讓學生主動思考，積極探索自己所提的問題，充分理解理論知識學習和實踐應用之間的因果關系。在遙感教學過程中，教師不僅要在面授課中加入學生自主講解的描述性內容，在實踐課中增加創新型實驗，還要在實驗課中提高學生的自主創新能力，通過建立不同類型的實驗（驗證型、設計型、創新型），由各小組成員互相交流、討論后得出結論。教師要轉變教學理念，通過讓學生進行小組討論來達到集思廣益、拓展知識面的效果，使每個學生結合書本和課堂聽講內容，依據自己的理解發表個人觀點和疑問，同時討論小組針對存在的疑惑可以通過與教師或其他小組進行交流得到滿意答案，這種討論方式能夠幫助學生開拓思維，促進學生團隊協作能力的培養，同時討論過程也是一種學習途徑，對于學生專業技能的提高和綜合素質的培養都有很好的推動作用。

（二）改革教學內容

第一，緊跟前沿知識，結合最新案例。教師在面授課時應同步更新教學內容，確保學生所學知識具有時代性和現實性。對于遙感教學重點和難點內容，應根據非遙感專業特點將最新的植被遙感、土壤遙感、農業遙感和生態環境遙感的案例與實驗課相結合，針對不同案例設計出不同類型的實驗，通過實驗使學生能更具體和更形象地理解知識，同時拓寬學生的知識面，提高其學習興趣。

以遙感數字圖像分類為例，其以往通常采用傳統的非監督和監督分類算法進行處理，而隨著人工智能和大數據挖掘技術的發展，在講授過程中可以把當前的非線性算法，如BP 人工神經網絡、隨機森林和主成分回歸、偏最小二乘回歸等，進行精度對比。同時，可有針對性地設計作物種類識別與面積提取、土壤水分估測等探索性實驗，讓學生從遙感影像的選取、影像輻射校正、幾何校正、地物光譜指數計算、分類算法應用各環節進行操作，使學生在利用遙感軟件處理影像的同時，了解土壤、植物、水體的光譜反射特征和影像表征，從而能夠把遙感技術與自己專業知識相結合，為本專業農業生產、資源環境調查提供新的方法和技術。在實踐訓練中，也可以選擇最新的監測手段（高光譜和成像光譜）進行實驗教學，引入最近幾年發展迅猛的無人機技術，將無人機正射影像和傾斜遙感影像融入教學實踐。

第二，針對性施教，科研反哺教學。實踐內容要考慮專業特色，突出遙感學科與非遙感專業的深度融合，培養學生的實踐創新能力，將遙感技術運用到農田信息的無損監測和農業生產輔助決策中。以第七章的“遙感應用”為例，可以在實驗中引入地物光譜儀野外測定不同類型土壤的反射光譜特性曲線、不同分類算法用于土地覆蓋調查、遙感數據反演土壤有機質、全國國土資源調查試點案例等內容。例如，對于地物光譜儀野外測定不同類型土壤的反射光譜實驗，可以讓學生自己去尋找和探索不同類型土壤反射光譜曲線的差異和導致差異的原因以及土壤中礦物組成與光譜特征波段間的對應關系，使學生不僅能熟練運用在遙感課程中所學的知識，還能結合本專業土壤基本知識，真正掌握和理解遙感技術在土壤屬性信息監測方面的應用。

因此，結合本專業的實際需求，教師可以將自身科研項目成果融入其中，還可以將相關研究案例引入實踐過程，以科研帶動教學內容的改革，設計驗證型、設計型、創新型不同類型的實驗，使學生能夠將理論融入實踐，激發學生探索知識的熱情，提高學生的創新實踐能力，同時使學生能夠體會到遙感技術在大范圍、同步、無損獲取信息方面的先進性，認識到遙感技術是現代農業、智慧農業發展應用的關鍵技術。此外，應從思維上引導學生更好地理解農業空間分析技術，為培養多學科交叉的農業創新型人才打下基礎。

第三，推行多元化、多層次遙感實踐教學方法。要想讓學生學好遙感理論和應用知識，就必須將理論與實踐相結合，在教學上推行多元化、多層次實踐教學方法，既要符合課程教學的總目標，也要兼顧學生的多層次需求。在遙感實踐教學過程中，按照由淺入深的階段可采用驗證型、設計型、探索型三類實踐教學手段。大部分農業背景的學生缺乏相關遙感操作的訓練，而驗證型實驗主要是訓練學生對遙感軟件的基本操作技能，要求學生了解遙感影像的信息表達、存儲方式和類型特征；設計型實驗是在驗證型實驗的基礎上，由教師發布實驗要求并提供遙感數據，學生可通過小組討論的形式完成實驗設計和處理方法，培養學生的獨立思維和團隊協作能力；探索型實驗是發揮學生的自主創新能力，尊重學生的主觀能動性，由學生自主設計實驗和目標，鼓勵學生探索多種實現方法和技術途徑，重點培養學生的創新能力和探索精神。多元化、多層次遙感實踐教學能夠逐步培養學生的創新意識，為其今后從事現代農業相關工作奠定理論和實踐基礎。

（三）調整考評方式

進行遙感教學考評方式的改革，建立考查學生理論知識和實踐技能的考核體系。教學考評應從學生課堂表現、網絡學習、實踐獨立完成度三個方面，突出實踐訓練在考核中的比重，這種過程性考評能夠有效避免考核“重結果、輕過程”的弊端，及時反饋教學過程中“教與學”二者間的契合度，提高教師的教學水平和學生的實踐能力。可采用遙感理論課和實驗課程占比為“50%理論課+50%實踐課”的考核評價方式。其中，50%理論課包括線上課堂互動情況（提問和討論）、線上學習時長、成果PPT 制作、理論考試等方面，加強課堂討論、發言以及專題報告等互動環節考核的比重；50%實踐課則從實驗設計、實驗操作熟練度、結果準確性和遙感影像制圖等方面進行綜合衡量，重點培養學生利用遙感技術解決實際問題的動手能力和創新思維，通過強化教學過程性考評，引導學生注重理論知識聯系實際，提高學生對遙感技術應用的靈活性和專業性。

綜上所述，通過對農科類專業遙感教學改革進行探索發現，應更新升級遙感教學理念及內容體系，彌補傳統授課“教師講解—學生接受”的不足，強調理論結合實踐，采用驗證型、設計型、探索型三種不同類型的實踐教學手段，引入前沿知識、技術和案例，針對性施教，推行多元化、多層次遙感實踐教學方法，使學生從被動接受知識變為主動研究、探索知識，在深刻理解課程理論的同時，提高實踐和創新能力。