面向地理科學師范專業的遙感概論課程教學改革探索

摘?要：傳統的遙感課程教學很難適應地理科學師范專業對地理基礎教育人才培養的需要，導致目前地理基礎教育中遙感技術運用相對匱乏。本文在充分考慮地理科學師范專業特殊性的基礎上，以培養創新型和應用型人才為目標，從優化課程教學體系、構建梯級層次實踐內容和完善考核形式三個方面對遙感概論課程教學改革進行了探討，以期為相關教改研究提供參考。

關鍵詞：遙感概論；地理科學（師范）專業；教學改革

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

1?概述

地理科學師范專業以培養中小學地理教師為主，是全國師范類高校以及綜合性高校的基礎專業之一，對中小學地理學教育事業的發展具有深遠的影響［1］。優化高等師范院校地理科學專業人才培養模式，對提高中小學地理教師教育水平具有重要作用。普通高等學校本科專業類教學質量國家標準（后文簡稱標準）在地理科學類學生培養規格中明確規定，讓本科畢業生較熟練地掌握遙感等現代地理信息技術是人才培養的基本要求，其中遙感概論是標準中建議的核心課程。另外，RS、GIS和GPS技術均在新的高初中課程標準中有一定的要求。例如，我國的地理基礎教育增加了“遙感在資源普查、環境和災害監測中的應用”等內容［2］；湖南教育出版社出版的2019年版普通高中地理教科書中開始出現遙感衛星影像插圖以及“多光譜”等專業詞匯［3］。近年來，遙感影像逐漸成為地理時空大數據的主要來源，遙感技術在地理教學領域中的運用不斷擴大。開設遙感概論等相關課程是高校地理科學師范專業發展的需要，掌握一定的遙感科學基礎知識和必要數據處理技能成為中小學地理教師的基本要求。但是，當前面向地理科學師范專業的遙感概論課程改革的研究較少，不能滿足目前地理科學師范專業人才培養的需要。同時，人工智能和大數據分析的飛速發展促使遙感數字圖像處理技術不斷革新，相關軟件和算法更新換代的速度讓高校遙感技術人才培養的相關課程應接不暇［4］，加強地理科學師范專業遙感概論課程建設刻不容緩。

2?地理科學師范專業特征

地理科學師范專業的設置是為了培養中小學地理師資力量，承擔著我國地理基礎教育供需對接的重任。根據潘立新等人［5］對安徽省的128所中學地理教學中3S技術掌握情況的調查中發現，教師僅限于教材中知識的介紹，不能系統理解和熟練運用遙感技術，這與高等師范院校地理科學師范專業的課程體系有必然聯系。以重慶師范大學地理科學（師范）專業為例，通識課程占總學分的33.54%，其中設置有計算機文化基礎（僅列舉與遙感科學相關的課程，以下同）；學科基礎課占總學分的14.24%，其中開設有高等數學和線性代數；專業核心課程和專業方向課程33.23%，其中涉及遙感概論和地理信息系統概論兩門課程；教師教育課程占比6.9%，沒有與遙感相關課程；獨立實踐教學環節占比11.91%，沒有與遙感相關課程。與之對比，重慶師范大學地理信息科學專業，通識課程占總學分的32%，其中設置有計算機文化基礎（僅列舉與遙感科學相關的課程，以下同）；學科基礎課占總學分的26%，其中開設有高等數學、線性代數、概率論與數理統計、地圖學、測量學和GIS原理；專業核心課程和專業方向課程30%，其中涉及程序設計導論、面向對象程序設計、遙感軟件應用等課程；獨立實踐教學環節占比12%，涉及3S野外實習等課程。學生對遙感技術的掌握需要較為扎實的計算機基礎、地理信息系統和GPS相關知識儲備，以及一定的計算機開發能力。當初學者不具備以上條件時，往往不能夠較好地掌握遙感知識以及軟件應用操作，因此不能達到滿意的教學效果。通過以上兩個專業課程體系的分析不難發現，地理科學（師范）專業本對地理學基礎知識和教學技能較為側重，對數學、地圖學、測量學等遙感技術的一些基礎科學不做要求，因此學生在學習遙感概論課程時，其基本知識和技能儲備有所不足。因此，亟須加強面向地理科學（師范）專業的遙感概論課程教學改革的探索，以適應該專業以基礎地理教育為出口的人才培養目標。

3?遙感概論教學改革探索

3.1?優化課程內容，適當降低學習難度

傳統遙感概論課程對本科學生的計算機基礎以及地圖學和測量學等專業知識有一定程度的要求。本次課程改革，在兼顧遙感原理知識系統性和時效性的基礎上，需要考慮課程教學對象是高校地理科學師范專業的本科學生，因此不宜采用較為深奧的教材和課件。可適當縮減有關數字圖像處理方法中煩瑣的數學推導過程、攝影像片立體測量以及微波遙感方式中的數學公式內容，適當增加地物反射波譜特征、遙感圖像特征、遙感目視解譯和計算機解譯以及遙感應用案例的內容。對于其中利用計算機編程語言進行遙感軟件二次開發的課程內容則可以刪除。基于此，對地理科學師范專業的遙感課程內容可以設計出7大教學模塊：（1）遙感緒論；（2）電磁輻射與地物光譜特征；（3）遙感圖像特征與遙感平臺；（4）遙感圖像處理；（5）遙感圖像目視解譯；（6）遙感圖像計算機解譯；（7）遙感技術應用案例。具體課程教學體系及內容見下表。

3.2?突出實踐環節，拓展實踐教學資源

3.2.1?強化實踐教學作用，引入啟發式教學方法

對于基礎地理教育者來講，掌握基本遙感技能要比掌握深奧的理論知識更具現實意義。實踐環節與理論知識學習不同，遙感影像處理實驗更加強調軟件的實際操作。學生通過實驗課的實踐操作，可以激發濃厚的學習興趣，使學習的理論知識在現實實踐中得到驗證，對鞏固理論知識具有巨大促進作用。另外，只有真正掌握了遙感圖像處理技術，才能避免“紙上談兵”。為實現培養地理科學師范專業學生實驗操作和創新能力的教學目標，可以適當強化實踐環節在整體教學中的作用。遙感技術相關實驗較為豐富，從遙感圖像的預處理到圖像分析，涉及遙感圖像的校正、遙感圖像鑲嵌、遙感圖像監督分類、高光譜分析以及植被和土壤分析等諸多內容（如右圖）。可以按照難易程度，設計梯級層次實踐教學內容，具體包括基礎實驗、專題實驗和課程論文三個層次。在教學形式上，除了常規的室內實驗和野外實踐環節外，可以依托課程教學團隊所在科研平臺為學生提供科研實踐，即參與到教師的科研項目中，進一步鍛煉學生實踐應用能力。

在實驗教學中可選擇啟發式教學方法，將教學內容分解成若干個具體的問題，讓學生獨立思考，通過關鍵步驟的引導，達到學生獨立解決問題的目標。例如，在遙感圖像計算機監督分類實踐教學時，首先帶領學生復習遙感圖像像元及多光譜的知識點，然后通過提問“計算機通過什么判斷圖像單元之間相似程度的”，引出對最小距離法原理的講解；通過提出“計算機如何判斷像元的歸類”，引出訓練樣本及判別函數的概念。進而引導學生操作軟件提取訓練樣本，構建判別函數。實驗過程中可以設置“訓練樣本如何影響分類精度”這樣的一個小專題供學生實際操作探索，加深學生對遙感圖像計算機分類的原理、特點和應用的理解。

遙感實踐教學體系圖

3.2.2?構建多層次實踐資源，豐富實踐教學內容

豐富的教學資源能夠讓學生在實踐過程得到充分鍛煉。根據地理科學師范專業遙感概論課程實踐教學目標及當地區域地理特色，構建多層次實踐資源（圖1）。其中可以包括（1）典型地物光譜資源庫：通過對ViewSpec?Pro便攜式地物光譜儀使用和采樣過程的教授，讓學生以小組為單位，選擇典型地物與植物進行測量，不斷完善當地區域野外地物光譜庫，為后續遙感數據分析與圖像判讀提供依據。（2）多源遙感影像資源庫：面向當地區域環境，構建長時間序列“天—空—地”多源遙感影像數據庫，為遙感實驗課程提供豐富數據素材。課后實踐環節可要求學生自主下載獲取最新遙感數據，進行前期處理并補充入庫，起到完善數據庫及鍛煉學生技能的目的。（3）遙感應用專題案例庫：授課教師團隊將關于遙感應用的最新科研成果融入遙感概論課程實踐教學中，簡化并解析成本科學生能夠勝任的遙感實驗應用專題，如多云霧地區植被物候反演、小濕地遙感解譯等，構建遙感應用專題案例庫。鼓勵學生以小組為單位，通過查閱文獻、小組討論等方法，提出解決方案。通過教師可行性評價后，學生可運用所學專業知識完成實驗設計，撰寫課程論文，最終達到掌握前沿遙感應用技能和提高創新水平的目的。（4）其他網絡資源：在常規課程教學的同時，可以利用MOOC等網絡學習資源中的實踐環節對常規教學進行補充。

3.3?完善考核形式，培養應用型和創新型人才

以培養應用型和創新型人才為目的的地理科學師范專業遙感概論課程考核，可以從平時成績、理論知識、操作技能和創新能力四個方面構建多元化考核方法，科學公正地評價學生的綜合學習效果。平時成績占15%（包括平時作業、考勤和自主MOOC學習成績）。在評估MOOC學習成績時，可以根據平臺上的作業成績折算進入本課程總分數，對于其中MOOC學習最后成績評定為優秀的，可以將該部分分數打成滿分，以鼓勵學生學習的積極性。理論知識以期末考試的形式考核（分值占比30%），該部分注重考查學生對基礎知識的掌握程度。實踐成績（占比30%）根據實驗報告進行打分，側重客觀評估學生的操作能力和應用能力。創新能力采用課程論文的方式進行評價，占總分的25%。

遙感概論課程是一門理論性和實踐性較強的專業課程，通過撰寫課程小論文等形式進行探究式學習，能夠讓學生主動地參與課程教學，調動學生的學習積極性，有效減輕學生學習壓力，提高課程教學質量，培養學生創新能力和綜合素質。每學期課程第一堂課介紹課程主要教學內容時就強調，學生必須從遙感應用專題案例庫中選題完成一篇課程論文的撰寫。學生完成的課程論文主要是與遙感技術相關的應用性和探索性實驗內容，其效果主要體現在：（1）可以激發學生的學習熱情。課程論文的撰寫使學生的學習不再限制在書本中和課堂上，而是擴展到各種書籍、文獻資料和實際問題中。學生通過撰寫課程論文真正體會到學有所用，從而激發出學習熱情，更加主動地學習和了解課程相關知識。（2）可以提高學生的創新能力和綜合素質。學生在確定選題時，可根據自己對選題的理解主動提出一些問題，然后通過查閱文獻和實驗分析來解決問題，最后按科學論文的格式撰寫課程論文。通過做課程論文的方式，學生可以樹立起正確的學習方法，鍛煉查閱和利用文獻的能力，培養發現和運用遙感技術解決問題的能力，提高了學生的文字撰寫和語言表達能力，激發了學生的探索創新意識。另外，通過撰寫課程論文過程中的相互閱讀和評價，培養了學生相互間的合作精神，有利于激發學生的自尊心、自信心和進取心，同時也提高了學習效率。

結語

隨著科技的發展以及社會對地理信息人才的需要，地理科學師范專業正逐漸與地理信息科學專業相融合，遙感概論已成為前者核心課程。地理科學師范專業主要培養的是中小學地理教師，具有其專業的特殊性。面向地理科學師范專業的遙感概論課程教學改革，是解決目前地理基礎教育中遙感技術運用相對匱乏的重要舉措。本文基于地理科學師范專業特征，從優化課程內容、強化實踐和完善考核形式三個方面對遙感概論課程教學改革進行了探討，將有助于高校地理科學師范專業培養高素質、創新型和應用型地理學基礎教育人才。展望未來，遙感概論課程教學改革仍需要從教材的編纂以及拓展網絡化教學空間方面繼續取得突破。

參考文獻：

［1］楊月燕.省屬高師地理科學專業人才培養對高中地理教師需求的適應性研究［D］.貴陽：貴州師范大學，2019.

［2］解伏菊.地理科學（師范）專業課程體系建設思考［J］.山東教育，2022（12）：5355.

［3］朱翔，劉新民.普通高中教科書·地理［M］.長沙：湖南教育出版社，2019.

［4］張成業，李軍，袁德寶，等.人工智能與大數據時代的《遙感數字圖像處理》教學內容改革探討［J］.北京測繪，2020，34（6）：876880.

［5］潘立新，黃成林.3S與中學地理教育探討［J］.滁州學院學報，2007（06）：116119.

作者簡介：肖作林（1985—?），男，漢族，山東魚臺人，副教授，碩士生導師，研究方向：遙感與GIS技術應用。