高校遙感本科專業(yè)“微波遙感原理”課程教學-科研互動模式探索

[摘要]針對遙感本科專業(yè)“微波遙感原理”課程教學中存在的理論與實踐脫節(jié)、教學氛圍單調(diào)、實驗任務簡單、教學內(nèi)容滯后等問題，本研究提出并實踐了“教學-科研”互動模式。通過將科研項目分解為梯度式教學案例，融合問題導向?qū)W習、采用案例與項目教學法、課堂分享等環(huán)節(jié)，構(gòu)建“項目嵌入-問題導向-能力提升”三維教學實踐體系。通過教學實踐，該模式有效提升了學生的學習興趣、自主探索能力、科研能力和實踐能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識與團隊協(xié)作精神，同時反哺教學內(nèi)容更新，推動課程質(zhì)量的持續(xù)提升，為遙感專業(yè)本科教育改革提供了經(jīng)驗借鑒。

[關(guān)鍵詞]微波遙感原理；“教學-科研”互動模式；科研項目；遙感專業(yè)

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.04.025

遙感科學作為跨學科前沿領(lǐng)域，對國家經(jīng)濟建設、社會發(fā)展和國防安全具有重要作用。隨著遙感技術(shù)迅猛發(fā)展，其在地球科學、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、資源調(diào)查、測繪及減災等領(lǐng)域的應用日益廣泛，對遙感專業(yè)人才的需求顯著增加[1]。微波遙感因全天候、全天時工作能力及對目標介電常數(shù)、結(jié)構(gòu)和形狀等特性的靈敏性，成為遙感技術(shù)重要組成，為地物解譯和地表參數(shù)提取提供豐富信息，顯著增強了遙感觀測能力。然而，傳統(tǒng)教學模式難以滿足當前需求，亟需將教學與科研相結(jié)合，提升學生實踐與科研能力。

一、“微波遙感原理”課程教學現(xiàn)狀及存在的問題

“微波遙感原理”課程作為遙感科學與技術(shù)本科專業(yè)的核心課程，在國內(nèi)高校教學實踐中面臨諸多挑戰(zhàn)。盡管遙感教育體系已相對完善，但課程教學仍存在顯著問題。首先，教學氛圍單調(diào)，學生的主動性和積極性普遍較低，課堂參與度不足。其次，課程實驗任務設計簡單且數(shù)量有限，難以有效培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力。再次，理論與實踐脫節(jié)問題尤為突出。課程內(nèi)容滯后于微波遙感技術(shù)的快速發(fā)展，近年來涌現(xiàn)的新技術(shù)未能及時融入教學內(nèi)容。教師的科研項目未形成模塊化教學案例庫，學生缺乏參與真實科研任務的機會，科學問題意識和實踐能力難以得到有效培養(yǎng)。同時，微波遙感獨特的成像機理及復雜的幾何關(guān)系增加了學習難度，學生在基本概念、原理和方法的理解方面存在較多困難，尤其是在影像解譯和實際應用中能力不足[2]。此外，教材更新滯后也對教學效果產(chǎn)生負面影響。目前高校廣泛使用的教材，如舒寧教授主編的《微波遙感原理》[3]，雖能滿足基礎學習需求，但因編寫時間較早，未充分涵蓋極化雷達遙感、極化干涉SAR、差分InSAR、時序InSAR等新技術(shù)。另外，微波遙感課程涉及多學科交叉知識，先修課程要求較高，學生難以深入掌握課程精髓，易產(chǎn)生畏難情緒，學習效果不佳。

綜上所述，現(xiàn)有教學模式未能有效應對微波遙感課程的復雜性與快速發(fā)展的技術(shù)需求。優(yōu)化課程設計與教學實踐，加強教學與科研深度融合，已成為提升學生學習體驗與能力培養(yǎng)的迫切需求。

二、教學與科研互動模式

“微波遙感原理”課程的“教-研”互動模式旨在通過教學與科研的深度融合，提升學生理論與實踐能力。科研為教學提供豐富的內(nèi)容來源，教學則傳播與應用科研成果，兩者相輔相成。在課程設計中，教師將科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，將科研項目分解為梯度研究單元[4]，通過案例教學法將微波遙感反演地表參數(shù)等成果轉(zhuǎn)化為專題實驗模塊，強調(diào)全過程參與，使學生能夠接觸學科前沿知識，激發(fā)學習興趣。在教學實施中，教師采用項目教學法，引導學生參與科研任務，涵蓋設計、實施與結(jié)果分析，全面培養(yǎng)學生的科研能力和團隊協(xié)作精神。課堂分享環(huán)節(jié)鼓勵學生查閱文獻并展示研究熱點，拓展知識面，增強表達能力。通過這種“教學-科研雙驅(qū)動”模式，學生不僅能掌握微波遙感的基礎理論，還在實踐中提升了解決實際問題的能力，形成“科研反哺教學-教學啟迪創(chuàng)新”的良性循環(huán)，實現(xiàn)教研深度融合[5]。

三、“微波遙感原理”課程“教學-科研”互動模式實踐

“微波遙感原理”課程的“教-研”互動模式通過教學與科研的深度融合，提升學生專業(yè)能力與創(chuàng)新意識。課程內(nèi)容涵蓋微波遙感基礎理論、系統(tǒng)原理、圖像特點、校準與定標、幾何校正、目視解譯及計算機處理與解譯等多個方面。教學設計采用科研驅(qū)動模式，結(jié)合問題導向?qū)W習（PBL）、以學生為中心（SC）和基于結(jié)果教育（OBE）理念，構(gòu)建“項目嵌入-問題導向-能力提升”的三維一體化教學實踐體系。

在教學實施中，首先進行學情分析，明確學生的知識基礎與學習需求。基于此，本文將筆者主持的國家自然科學基金科研項目研究內(nèi)容分解為可操作的實踐模塊，并凝練研究目標，將科學問題轉(zhuǎn)化為教學案例。下面以“微波遙感圖像計算機解譯”章節(jié)為例，以我國高分三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)為載體，介紹“教-研”互動模式的教學設計和實踐實施過程。

首先，通過雨課堂發(fā)布科研項目背景資料，以課堂導入的形式引導學生思考“微波遙感圖像預處理的必要性”及“后向散射系數(shù)提取的物理意義”，促使學生帶著問題進入學習環(huán)節(jié)。教學目標旨在幫助學生掌握后向散射強度提取方法，并深入理解其理論基礎與實際應用。然后，對課程資源優(yōu)化整合，依托筆者所在學院的遙感實驗機房硬件設備（多媒體、計算機）及專業(yè)軟件（如ENVI、SARscape、SNAP、PolSARpro等），并配套教學課件與遠程桌面控制系統(tǒng)。課堂教學中，教師先演示微波遙感圖像預處理、后向散射系數(shù)提取與極化特征參數(shù)提取的完整流程（如圖1所示），并詳細講解各技術(shù)細節(jié)。隨后，學生在教師指導下獨立完成數(shù)據(jù)處理，體驗微波遙感數(shù)據(jù)處理全過程，從而掌握技術(shù)方法，激發(fā)學習興趣并提升成就感。

為進一步深化教學內(nèi)容，在課堂教學中有效融入課程思政元素，課程選用我國高分三號衛(wèi)星（GF-3）雷達遙感影像作為案例數(shù)據(jù)。教師在數(shù)據(jù)處理過程中，介紹高分三號衛(wèi)星的技術(shù)特點與應用成果，包括其高分辨率、多極化成像模式、大成像幅寬、長壽命運行及廣泛應用領(lǐng)域。通過這些內(nèi)容的引入，不僅加強學生對微波遙感技術(shù)的理解，還進一步增強民族自豪感與愛國主義情懷。課程結(jié)束時，教師通過總結(jié)歸納教學內(nèi)容，突出重點與難點，幫助學生鞏固所學知識，同時布置課后作業(yè)與預習任務，如完成圖像處理練習、查閱相關(guān)學術(shù)文獻，以為后續(xù)課程做好準備。這種“教學-科研”互動模式的實踐，不僅有效提升了學生的專業(yè)技能、自主學習能力與科研思維，還為其學術(shù)與職業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎。

圖1 高分三號雷達遙感圖像預處理流程圖

四、基于“教學-科研”互動模式的教學實踐成果與成效

在“微波遙感原理”課程教學中，筆者通過“教學-科研”互動模式，將多年科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，以科研項目為依托設計實驗與教學案例，使學生接觸學科前沿，激發(fā)學習興趣與科研探索欲望。近15年的教學實踐表明，該模式有效提升了學生的學習積極性和科研素養(yǎng)。學生在參與教學科研互動的過程中，不僅深化了理論知識的理解，更在實踐中鍛煉了解決實際問題的能力。

在教學成果方面，學生積極參與科研項目，創(chuàng)新與實踐能力顯著提升。通過“教學-科研”互動模式的探索，指導本科生完成四項與“微波遙感”緊密相關(guān)的大學生創(chuàng)新訓練計劃（SRT）項目，其中包括兩項省部級和一項國家級項目。此外，在筆者指導的本科畢業(yè)論文中，10余篇獲得校級和院級優(yōu)秀學位論文榮譽，充分體現(xiàn)了教學與科研結(jié)合的初步成效。

在教師教學能力和水平提升方面，筆者通過教學與科研的互動實踐，發(fā)表了相關(guān)教研論文，參與了相關(guān)教學改革項目，獲得了多項教學與科研榮譽。自工作以來每學期期末教學質(zhì)量學生評價考核等級均為“優(yōu)秀”。這些成果的積累不僅提升了課程的教學質(zhì)量，也為學生提供了更廣闊的學習與科研互動平臺。通過組織學生參與科研項目和各類專業(yè)競賽，學生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力得到了顯著提高。

“教學-科研”互動模式的實施，有效激發(fā)了學生的自主學習熱情和科研探索興趣，通過科研項目反哺教學內(nèi)容更新，充分調(diào)動了學生在知識學習和科學研究中的主動性、積極性與創(chuàng)造性，促使學生能夠?qū)⒄n堂知識靈活運用于實際問題的解決，顯著提升了學生在地理國情監(jiān)測等領(lǐng)域的應用能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、實踐型人才提供了有力支持。

五、結(jié)語

“教學-科研”互動模式在“微波遙感原理”課程中的實踐，為提升遙感專業(yè)本科教育質(zhì)量提供了有效路徑。通過將科研項目融入教學，構(gòu)建理論與實踐相結(jié)合的教學體系，不僅幫助學生掌握微波遙感的基礎理論，還通過實際科研任務培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維與實踐能力，從而有效解決了傳統(tǒng)教學中理論與實踐脫節(jié)的問題，激發(fā)了學生的學習興趣和科研熱情。

在教學實踐中，科研成果的轉(zhuǎn)化與應用使課程內(nèi)容更加前沿化和實用化，學生得以接觸學科最新動態(tài)，深化了對專業(yè)知識的理解與應用能力。同時，設計具有挑戰(zhàn)性的課程項目和實驗任務能夠幫助學生在解決實際問題的過程中提升團隊協(xié)作能力和科學探索意識，為學生未來的學術(shù)研究與職業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎。

“微波遙感原理”課程的“教學-科研”互動模式不僅推動了課程教學質(zhì)量的持續(xù)提升，也為遙感專業(yè)本科教育改革提供了寶貴經(jīng)驗。未來，應進一步優(yōu)化教學內(nèi)容和方法，積極探索創(chuàng)新實踐路徑，為培養(yǎng)高素質(zhì)遙感專業(yè)人才、服務國家戰(zhàn)略需求貢獻力量。

參考文獻：

[1]郭華東，邵蕓，王長林.雷達對地觀測理論與應用[M].北京：科學出版社，2000.

[2]周春霞.《微波遙感原理》教學方法探討[J].湖北成人教育學院學報，2014，20（6）：72-74.

[3]舒寧.微波遙感原理（修訂版）[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[4]王志勇.《微波遙感》課程教學改革與思考[J].遙感信息，2011，03：94-97．

[5]于亞婷，杜平安，王振偉.“科研-教學”互動模式驅(qū)動下的本科教學[J].實驗科學與技術(shù)，2019，17（2）：136-141.

基金項目：

2024年新疆維吾爾自治區(qū)高校本科教育教學研究改革項目，項目名稱：AI支持下OBE導向的地理信息科學本科生多元培養(yǎng)體系及模式的探索（項目編號：XJGXJGPTB-2024111）

新疆大學2024年研究生課程思政示范課程，項目名稱：土壤地學應用（項目編號：XJDX2024YKCSZ21）

作者簡介：

依力亞斯江·努爾麥麥提（1983.09-），男，維吾爾族，新疆喀什人，博士，副教授，研究方向：干旱區(qū)資源環(huán)境遙感技術(shù)應用研究；

杜克平（1974.07-），男，漢族，山東淄博人，博士，副教授，研究方向：光學遙感、地理信息系統(tǒng)開發(fā)與應用；

阿不都艾尼·阿不里（1984.04-），男，維吾爾族，新疆阿克蘇人，博士，教授，研究方向：干旱區(qū)土壤污染遙感監(jiān)測與應用。