《遙感概論》線上線下混合式教學(xué)改革與實踐

秦 永，韓留生，黃潔慧，郭 兵

（1.山東理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

當(dāng)下傳統(tǒng)的教育模式仍未得到根本扭轉(zhuǎn)，課堂授課仍舊以老師講授為主，學(xué)習(xí)主動性仍亟待調(diào)動與開發(fā)。2000 后的大學(xué)生更喜歡主動在網(wǎng)上尋找教學(xué)資源，以國內(nèi)知名的視頻互動網(wǎng)站bilibili為例，平臺中有很多專業(yè)課程都得到大量的點擊與播放，對于制作精良的動畫設(shè)計，在好評如潮的彈幕中，也出現(xiàn)許多對當(dāng)前填鴨式教學(xué)的批評與不滿。2020 年的新冠疫情，更是讓線上教學(xué)一夜間走進(jìn)學(xué)校。但單純的線上教學(xué)效果較差，老師無法第一時間了解學(xué)生知識的掌握情況，刷課現(xiàn)象較為普遍。

因此，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)（線下）受到了很大的沖擊，我們亟需吸收網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的模式（線上），緊跟時代的發(fā)展，滿足學(xué)生的需求，《遙感概論》線上線下混合式教學(xué)改革就是在這個大背景下提出的。本文從課程現(xiàn)狀及已有建設(shè)成果、教學(xué)模式改革、考核方式改革、案例教學(xué)設(shè)計等幾個方面進(jìn)行敘述，希望能夠更好地提高教學(xué)質(zhì)量。

1 課程介紹及已有課程建設(shè)成果

《遙感概論》是測繪學(xué)科專業(yè)核心課程之一，2000 年之后該課程從《攝影測量與遙感》中分離出來，成為一門獨立課程。國內(nèi)測繪及資源環(huán)境專業(yè)高校均開設(shè)了此課程，學(xué)時從32 至64 學(xué)時不等。目前武漢大學(xué)及北京大學(xué)均有該課程的國家級精品課程[1-2]，國內(nèi)高校主要以高等教育出版社及武漢大學(xué)教材為主[3-5]。歐美國家的遙感課程一般隸屬于地球科學(xué)與地理信息學(xué)科，其中美國馬里蘭大學(xué)的遙感學(xué)科在國際范圍內(nèi)獲得較高認(rèn)可。綜合來說，遙感作為一門新興學(xué)科發(fā)展迅速，前景廣闊。

《遙感概論》是我校測繪工程系的核心專業(yè)課程，經(jīng)歷了該課程的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、骨干課程建設(shè)、核心課程建設(shè)、一流課程建設(shè)、山東省共享課程建設(shè)，基本實現(xiàn)了教學(xué)資源全部上網(wǎng)，線上線下互動答疑，教學(xué)視頻錄制，完善教學(xué)案例庫，多樣化教學(xué)與考核。經(jīng)過近幾年的課程建設(shè)和改革，教學(xué)效果顯著提高，教學(xué)團(tuán)隊初步形成。目前《遙感概論》是我校校級精品課程、省級一流課程（培育），授課教師4人。課程安排在第5學(xué)期，56個學(xué)時，另外還有兩周的軟件實踐操作及綜合實訓(xùn)。

按照山東省一流本科建設(shè)的“確立以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度”這一指導(dǎo)思想，結(jié)合專業(yè)的實際情況，本次課程改革需要解決的重點問題有：①努力實現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，強化師生互動、學(xué)生互動，杜絕信息技術(shù)應(yīng)用的簡單化、形式化。2020年初的嚴(yán)重疫情讓教師們對線上課程教學(xué)模式產(chǎn)生了認(rèn)同感，而在此之前一直存在線上教學(xué)是可有可無或者是浮于表面的觀點。在一流課程建設(shè)和改革過程中要解決的最突出的問題是讓學(xué)生有效的利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，包括課堂討論、線上測試、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)和師生互動等。和以往網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)相比，本次改革的最大不同點是讓學(xué)生真正使用線上課程資源進(jìn)行學(xué)習(xí)和測驗，而不是把一大堆的教學(xué)素材上傳到網(wǎng)上而不管其是否起到輔助教學(xué)作用。如何讓網(wǎng)上“死”的教學(xué)資源動起來，如何讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的主動使用這些資源，實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)將是本次教學(xué)改革最需解決的問題。②探索多種評價方式，加強非標(biāo)準(zhǔn)化、綜合性等評價手段的權(quán)重。授課團(tuán)隊一直以目標(biāo)為導(dǎo)向加強課程考核，在過去的教學(xué)改革中采用了報告答辯、論文探究等批判性思維的作業(yè)評價方式，不但提升了學(xué)習(xí)的深度，而且較好的扭轉(zhuǎn)以前填鴨式教學(xué)弊端，更加符合工程技術(shù)類人才的培養(yǎng)模式。③需要解決擋在“仿真性教學(xué)”面前的一系列棘手問題，包括課堂上機(jī)內(nèi)容的優(yōu)化重組，集中實習(xí)內(nèi)容的重新安排以及深入企業(yè)一線實習(xí)的可行性操作等。

遙感課程改革目標(biāo)是改變傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)模式，從根本上將“要我學(xué)”扭轉(zhuǎn)為“我要學(xué)”。改革考試方式，從傳統(tǒng)的以記憶為主的考試轉(zhuǎn)變到以理解和應(yīng)用為主的考試方式。以“案例教學(xué)”為主，將理論講解與實際應(yīng)用相結(jié)合；以“校企結(jié)合”為紐帶，組織學(xué)生深入生產(chǎn)實踐第一線，培養(yǎng)滿足企業(yè)需求的工程技術(shù)人才。本次課程改革的主要成果有：①實現(xiàn)了課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。②學(xué)生在線網(wǎng)絡(luò)測試，利用模擬考試形式達(dá)到復(fù)習(xí)知識點的目的。③選用英文教材、課件及案例授課，要求學(xué)生用英語進(jìn)行論文及演示匯報，提高了學(xué)生英文水平。

2 課程改革內(nèi)容

2.1 教學(xué)模式改革

我們參考了國內(nèi)知名高校的創(chuàng)新型實踐教學(xué)[6-7]和項目教學(xué)法內(nèi)容[8-10]，結(jié)合我校的實際狀況，將課堂教學(xué)分解為3 個主要模塊：①基本概念及基本理論學(xué)習(xí)。無論如何改變教學(xué)方式，課堂授課環(huán)節(jié)必不可少，因此本模塊主要以教師授課為主，并選取部分內(nèi)容作為課堂反轉(zhuǎn)，學(xué)生以小組的形式各講授一部分內(nèi)容，其他小組評議并討論。②案例教學(xué)。通過選取合適的案例對所學(xué)習(xí)的理論知識和方法進(jìn)行回顧和總結(jié)并要求學(xué)生對某一專題進(jìn)行綜述，通過查閱文獻(xiàn)和論文匯報等形式迫使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。③觀摩學(xué)習(xí)。組織學(xué)生觀看慕課[2]或到遙感生產(chǎn)第一線參觀學(xué)習(xí)，了解遙感影像處理流程和具體應(yīng)用。具體教學(xué)安排見圖1。

圖1 課堂教學(xué)模塊方案

在線上和線下學(xué)時安排方面，我們在教學(xué)實踐中經(jīng)過多次探索和實踐，共安排了1∕4左右的學(xué)時進(jìn)行線上教學(xué)，本課程共56個學(xué)時，共安排了12個學(xué)時的線上教學(xué)時長，包括4個學(xué)時的理論授課以及8個學(xué)時的課內(nèi)上機(jī)教學(xué)。線上教學(xué)采用學(xué)生自學(xué)與師生討論相結(jié)合的形式，比如傅立葉變換以及人工目視解譯，課內(nèi)上機(jī)教學(xué)則將傳統(tǒng)的機(jī)房統(tǒng)一教學(xué)轉(zhuǎn)化到線上進(jìn)行。線上教學(xué)平臺有很多，例如智慧樹平臺、QQ視頻共享、騰訊會議以及釘釘會議等，線上教學(xué)模式的優(yōu)點是可以隨時切換到學(xué)生的電腦桌面，在集體討論、成果演示等互動式教學(xué)方面具有線下教學(xué)所無法取代的優(yōu)勢。

2.2 考核方式改革

通過課程考試并取得高分是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個主要動力，因此合理使用考試杠桿可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。考核指標(biāo)分為3 部分：其一是基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論的考核，仍舊通過期末筆試的方式，所占比重為60%；第二部分是在線期中測試，比重為20%；第三部分主要通過小組討論及翻轉(zhuǎn)課堂形式給出，比重為10%；平時作業(yè)及出勤10%。借鑒交通規(guī)則網(wǎng)上模擬考試平臺模式，課題組老師組織學(xué)生開發(fā)了本課程的網(wǎng)上考試平臺（如圖2所示），學(xué)生可以通過預(yù)先模擬測試，以考代練，提高期末考試成績。

圖2 在線測試平臺

2.3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在本次課程改革中，對學(xué)生的創(chuàng)新能力重點培養(yǎng)具體如下：①由學(xué)生自行設(shè)計“翻轉(zhuǎn)課堂”的授課形式，自行制作演示文檔。②在軟件綜合學(xué)習(xí)期間內(nèi)，在保證必備軟件操作學(xué)時下，安排學(xué)生自行選擇專題項目進(jìn)行編程訓(xùn)練。③在小組討論環(huán)節(jié)中，對表現(xiàn)積極，想法新奇的學(xué)生給予口頭表彰，鼓勵學(xué)生自由發(fā)揮、創(chuàng)新。④邀請地學(xué)背景方面的專家開展講座，拓寬學(xué)生視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

另外我們結(jié)合遙感課程的特點，采取自愿報名的形式，組織學(xué)生參加“大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃”、“ERSI遙感軟件開發(fā)大賽”及“JAVA 圖像處理興趣小組”。學(xué)生為了完成某一課題，需要經(jīng)歷組織團(tuán)隊，撰寫申請書，設(shè)計方案，編寫代碼，程序調(diào)試，撰寫結(jié)項書及制作幻燈片等一系列流程，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力及開展學(xué)術(shù)研究的興趣。為快速幫助同學(xué)融入團(tuán)隊，我們采取畢業(yè)生帶高年級學(xué)生，高年級帶低年級學(xué)生這種年級混合交叉模式，保證創(chuàng)新團(tuán)隊或興趣小組的延續(xù)性和拓展性。

2.4 理論與實踐一體化建設(shè)

理論學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合一直是課程改革的方向和難點。長期以來，部分本科畢業(yè)生給用人單位留下了偏重理論，實際操作偏弱的印象。在以往的教學(xué)實踐中，我們團(tuán)隊也存在重理論，輕技能實踐的問題，本次課程綜合改革擬對該問題做深入調(diào)整，具體舉措如下：

1）加大課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中上機(jī)操作學(xué)時，強調(diào)遙感是一門技術(shù)，主要利用軟件來處理影像，因此要加大學(xué)生對遙感領(lǐng)域主流軟件的學(xué)習(xí)和操作，保證學(xué)生熟悉掌握一種處理軟件。

2）新開設(shè)一周時間的軟件集中綜合練習(xí)，即采用專題應(yīng)用模式，讓學(xué)生繼續(xù)熟悉軟件的操作，掌握遙感圖像處理的通用流程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3）增設(shè)一周生產(chǎn)實習(xí)，主要環(huán)節(jié)有：邀請一線生產(chǎn)部門的工程師過來授課，保證授課內(nèi)容更有針對性和實用性；組織學(xué)生到生產(chǎn)第一線觀摩遙感圖像的判讀、影像的野外調(diào)繪、4D產(chǎn)品的生產(chǎn)等環(huán)節(jié)；安排部分學(xué)生參與實際生產(chǎn)，使學(xué)生真正參與到工作實踐中，做到理論與實踐相結(jié)合。

2.5 線上教學(xué)平臺建設(shè)

《遙感概論》經(jīng)歷了網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、校級核心課程建設(shè)、骨干課程建設(shè)等環(huán)節(jié)，大部分教學(xué)資源已經(jīng)上網(wǎng)，學(xué)生可在宿舍查閱和下載相關(guān)教學(xué)資源。但在使用過程中仍舊存在以下問題：①網(wǎng)絡(luò)資源更新慢，訪問率低。由于很多資源被老師在上課時已經(jīng)分享給學(xué)生，因此網(wǎng)絡(luò)課程對于非函授類學(xué)生而言幫助并不大。②互動性有限，網(wǎng)絡(luò)平臺中雖有在線答疑及作業(yè)批閱能功能，但由于設(shè)計界面不夠友好，加之老師不能實時回復(fù)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的互動平臺作用有限。基于以上原因，我們借助上海“智慧樹”網(wǎng)課平臺，全新構(gòu)建了新的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。該平臺主要功能有：

1）700 min在線教學(xué)視頻，包括50個教學(xué)視頻錄像及7 個上機(jī)指導(dǎo)視頻。每個視頻平均12 min，為防止學(xué)生刷課，每隔5 min 會有一道和視頻內(nèi)容相關(guān)的客觀題，學(xué)生必須回答正確才能繼續(xù)觀看視頻。課程組歷時1 a 精心設(shè)計了上百個演示動畫，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也大大降低了學(xué)生對生澀原理的理解難度。

2）300道客觀題，包括填空、選擇和判斷。這些題經(jīng)過授課組精心挑選并親自試做，可以較好的測試學(xué)生學(xué)習(xí)情況，通過期中考試或者章節(jié)測試等形式，提高過程考核的比重，減少教師閱卷壓力。

3）在線提交作業(yè)。實現(xiàn)在線上傳作業(yè)、在線批閱、自動統(tǒng)計分?jǐn)?shù)、打包下載等功能。

4）在線討論與答疑。師生可以在線互動。

5）豐富的教學(xué)資源。收集國內(nèi)外遙感教學(xué)的優(yōu)秀素材，例如國家精品課程材料、名師名課、專家講座等材料，進(jìn)一步充實網(wǎng)絡(luò)課程素材。

6）學(xué)生作品展示主頁。具體思路是從歷屆學(xué)生中摘選出程序設(shè)計、論文綜述或小組討論優(yōu)秀的作品（圖片、程序、視屏等形式）集中展示，這樣可以提高學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣。

3 案例教學(xué)模塊選取與設(shè)置

案例式教學(xué)模式由于講授內(nèi)容具有生動性、針對性、現(xiàn)勢性等眾多優(yōu)點，因此該種教學(xué)模式一直深受廣大教師的青睞。教學(xué)案例的選取很重要，要充分考慮到教學(xué)大綱的要求，能否鞏固和提高遙感理論知識，案例的趣味性和可操作性等因素。

表1 課堂案例選用

4 總結(jié)與展望

我們對線上和線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行了嘗試，線下教學(xué)主要負(fù)責(zé)理論知識學(xué)習(xí)，線上教學(xué)主要通過在線視頻、在線測試以及在線上機(jī)等形式對線下學(xué)習(xí)形式進(jìn)行補充。通過教學(xué)實踐，線上教學(xué)可以較好的指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，增加過程考核權(quán)重，減少老師批改試卷的工作量，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、利用網(wǎng)絡(luò)資源方面具有較好的促進(jìn)作用，能夠有效提高教學(xué)效果。但在教學(xué)實踐中，也會出現(xiàn)個別學(xué)生無法刷課現(xiàn)象，以及線上授課不易統(tǒng)一管理等問題。