GIS專業遙感概論課程虛擬教研室建設研究

汪垚 劉睿 姜亮亮 肖作林 冀琴

摘要：遙感技術的快速發展，對現有遙感概論課程教學提出了較高的要求。為促進遙感概論課程教學內容改革，文章從共編教學大綱、多維協同教學、線上線下混合教學、專家學者聽課指導、線上虛擬仿真實驗教學、共建教學資源庫與案例庫、課程思政建設和產學研用融合八個方面，探討虛擬教研室的建設。

關鍵詞：GIS專業；遙感概論；虛擬教研室

遙感技術是目前我國空間信息科學技術中的核心對地觀測技術。高校急需構建云端、野外、課堂多維協同打造的育人新途徑，建設遙感科學產學研用全鏈條的遙感概論課程虛擬教研室（以下簡稱虛擬教研室），將信息化的遙感實驗融入課程教學環節中，讓學生更加直觀理解遙感原理，掌握并熟練運用遙感技術。

一、GIS專業遙感概論課程教學存在的問題

（一）基礎課程設置不完善

遙感概論課程是地理科學類專業主干課程，也是地理科學類專業學生全面掌握現代地理科學基本理論、基本知識和基本技能的主要渠道。該課程涉及物理、數學和地理等學科知識，專業性和綜合性比較強，學生需要扎實的基礎知識才能很好地掌握課程內容。然而，因為教師在遙感概論課程授課過程中，往往只是簡單地介紹遙感技術所涉及的物理原理，并沒有深入剖析和開展實驗教學來讓學生直觀地理解，所以許多學生只是簡單學習了GIS（地理信息科學）相關課程，并未充分學習遙感技術背后的科學原理。進而在前期基礎知識不扎實的情況下，部分學生無法充分掌握遙感技術內涵及其應用，更無法進一步將遙感技術應用到行業所需當中。

（二）課程教材不完備

目前，遙感概論課程的教學主要依靠幾本經典的參考書目開展。因為該課程常開設于GIS專業，參考書目專業性較強，教師多偏向于專業的講解和應用，導致學生無法綜合地理解課程。而且，對于專業培養方案中的其他課程，也會涉及遙感技術知識內容。不同課程存在教學內容的重復，會減弱學生對遙感概論課程的學習興趣。此外，隨著多種遙感數據的出現，遙感圖像處理軟件的開發和應用不斷更新，目前的課程參考書目還是基于傳統的遙感圖像處理軟件開展課程教學，存在極大的滯后性。

（三）缺乏理論與實踐的結合

學生學習遙感概論課程，除了掌握基本理論知識以及應用方向外，核心內容還包括動手實踐應用，即將學習到的理論知識應用于具體實踐中。但是，由于目前專題應用課程內容的不完備和野外試驗的困難，大多數學生局限在理論知識的掌握。此外，由于遙感數據的更新速度快，教師在演示遙感數據處理及其應用時，并沒有基于最新數據和方法講解，存在數據滯后和方法落后的問題。

（四）專業軟件教學不夠深入

遙感數據處理是遙感應用的核心過程，目前已經形成了較為成熟的遙感圖像處理軟件，比如ERDAS IMAGINE和ENVI。由于國產遙感軟件起步較晚，目前大多數教師基于ERDAS IMAGINE和ENVI兩個傳統軟件進行教學，缺乏國產遙感圖像處理軟件的深度應用。在進行遙感軟件實踐教學時，教師多數按照實驗文檔講述操作過程，隨之學生參考實驗指導文檔一步步操作實踐。因為缺乏數據處理原理的講解，這種實踐教學方式讓學生僅僅掌握了軟件功能。不僅如此，目前遙感概論課程專業軟件的實踐應用考核多基于特定章節內容開展，缺乏綜合性。

因此，為了促進學生對遙感的基本原理、遙感數據獲取、遙感數據處理、遙感數據應用等的全方位掌握，虛擬教研室需構建云端、野外、課堂多維協同的育人新途徑，開展產學研用全鏈條的虛擬教研室建設研究，打造產學研用融合一體化的學生培養模式。

二、遙感概論課程虛擬教研室的建設方案

虛擬教研室建設方案的主要框架如圖1所示，包括共編教學大綱、多維協同教學、線上線下混合教學、專家學者聽課指導、線上虛擬仿真實驗教學、共建教學資源庫與案例庫、共建課程思政和產學研用融合八個部分。

（一）共編教學大綱

高校應根據人才培養方案和企業用人需求完善課程教學目標，綜合各單位專業人才培養方案、國家級或省級一流專業建設經驗等，共同建設虛擬教研室教學大綱，最終形成標準化的教學文件，從而為虛擬教研室教學提供指導。

（二）多維協同教學

首先，構建多校協同教學方式。一是形成“1+M+ N”模式（即1門課程，聯合M所高校教師，教學N名學生）的教學方式。高校聯合科研院所開展協同教學改革、協同實驗設計等形式的協同教研實踐，形成因材施教模式，以滿足不同學生的學習需求。二是構建跨學科、跨學院、跨學校的交叉整合型教學創新團隊。高校應鼓勵不同專業學生跨學科、跨專業學習，突破專業思維局限，并強化學生的復合專業知識與綜合專業能力培養。

其次，構建團隊協助育人機制。高校依托虛擬教研室團隊的科研力量，讓學生跨學科、跨學院組建興趣小組開展科技創新實訓，實現課堂深化－課后延伸。在夯實基礎的前提下，高校融合各團隊遙感科學與技術的最新研究成果，設置研究型創新實驗，引導學生開展學科前沿專題研究，進一步利用學生的科研成果持續更新課程教材，改進授課內容。

（三）線上線下混合教學

遙感概論課程信息化特征十分顯著，隨著遙感傳感器的不斷增加與遙感內容不斷拓展，課程教學與固定學時之間的矛盾不斷凸顯。虛擬教研室可以采用線上線下混合教學的方式解決教學內容與學時之間的矛盾。一是與國家級線上課程的融合。部分知識性課程內容講授由線上課程完成，線下課程進行知識檢核與鞏固。二是與信息化教學環境的融合。學生的部分實際操作過程通過教學視頻自主完成，線下課程檢驗學生的完成成果。三是線上與線下學術報告的融合。通過鼓勵與要求學生參與線上學術會議以及線下學術匯報的形式，讓學生接觸遙感科學最新的學術研究成果，進一步激發學生的學習興趣。

（四）專家學者聽課指導

虛擬教研室將邀請專家學者對虛擬教研室教師成員進行聽課指導。高校通過聽課、評課和研討等方式，對教師教學方法、課程教學內容、課程教學方案等進行指導和建議；組織專家學者開展專題講座，傳授教學經驗，提高虛擬教研室中教師的教學質量。

（五）線上虛擬仿真實驗教學

遙感野外綜合實驗的開展可以讓學生更加直觀理解遙感原理。但是，傳統的“地面-航空-航天”一體化的多尺度遙感監測綜合實驗存在較多難點，包括野外光譜觀測展示度不足、無人機飛行實驗的危險性、野外實驗的高成本和不可逆性。高校通過構建“空天地多尺度的遙感監測虛擬仿真實驗”，可降低教學成本，避免環境約束，提高大規模授課效率。線上虛擬仿真實驗教學可以強化學生的多維地學習體驗，并將信息化的遙感實驗融入課程教學環節。高校通過虛擬仿真實驗線上教學，讓學生了解并熟悉地物光譜特征及遙感圖像處理關鍵，掌握并能熟練運用遙感技術的相關理論開展實際地學應用。

（六）共建教學資源庫與案例庫

虛擬教研室在協同共建的基礎上，還需實現課程、專業和學科等教學資源的內部共享。課程資源包括課程大綱、教學設計、教案與課件、虛擬仿真實驗、習題庫等；專業資源包括專業人才培養方案、專業建設經驗等；學科資源包括學科建設方案、教學學術研究經驗等。最終推動虛擬教研室成員充分利用信息技術和在線教育平臺實現共享優質資源。

（七）課程思政建設

虛擬教研室著力打造學生主動參與的思政課堂，進而實現學生的自我教育。虛擬教研室通過全國大學生GIS應用技能大賽、國際高分遙感圖像解譯大賽、中國地理科學展示大賽等學科專業比賽，在緊密結合課堂教學、新技術應用、我國現有資源現狀的基礎上，以競賽中遙感理論與知識的應用培養學生的綜合能力，引導學生通過完成競賽任務，發現問題、解決問題和了解現狀，并在實踐中提高學生社會適應力與分析問題、解決問題的能力，進一步用科技創新成果實現課程思政的自我發展與自我完善。

（八）產學研用融合

虛擬教研室將聚焦產學研用融合，提高人才培養質量。在課程整體教學設計上融合產業教學、學校教學、科研教學、應用教學四個模塊，打造產學研用一體化教學機制。產業教學模塊根據產業、企業需求完善課程教學目標，開闊師生眼界，重建教學大綱；建設實習基地，開展產業應用案例式教學。學校教學模塊進一步完善理論知識和實驗技能的基礎教學，培養學生自主學習能力，充分利用資源庫完善學生的知識體系；創新調整基礎理論與實驗內容，建設虛擬仿真教學?？蒲薪虒W模塊提供前沿知識和先進技能，整合研究條件和實踐條件，培養學生的研究與創新能力。應用教學模塊以實際應用為最終目的，通過實施項目式教學開展綜合項目式實踐，提高學生綜合能力，培養高質量人才。

虛擬教研室建設將涵蓋多個學科內容，能用于不同專業學生跨學科、跨專業學習，突破專業思維局限，實現團隊成員優勢互補，強化對學生綜合專業能力培養。虛擬教研室開拓產學研用一體化課程發展新路徑，將進一步優化產學研用融合的高層次創新人才新模式。

總而言之，虛擬教研室的建立，將進一步促進GIS專業學生對于遙感技術的全面掌握和應用，促進遙感概論課程教學內容、教學方法的改革，促進教師個人、團隊的成長和教學方法的改進，最終為社會培養優秀的GIS專業遙感技術人才，促進我國遙感科學與技術發展。

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基金項目：重慶師范大學基金項目資助，項目編號：22XLB029；重慶師范大學高等教育教學改革研究項目，項目編號：202233sz；重慶師范大學研究生教育教學改革研究項目，項目編號：xyjg23006。

（作者單位：重慶師范大學地理與旅游學院/地理信息系統應用研究重慶市高校重點實驗室）