學科交叉背景下“遙感概論”課程教學改革研究

摘 要：遙感技術作為當今社會的關鍵數(shù)據(jù)獲取分析工具，已被廣泛應用于山水林田湖草沙冰生態(tài)系統(tǒng)，各學科對遙感知識的需求亦日益增長?？紤]遙感技術可為交叉學科綜合利用，有必要探索學科交叉背景下“遙感概論”課程的教學改革模式。針對當前“遙感概論”課程教學過程中存在的問題，本文深入剖析其教學改革的關鍵問題，搭建基于現(xiàn)有教學內(nèi)容的遙感概論知識體系，明確教學改革方案，致力于將實際問題與學科前沿成果融入教學，激發(fā)學生主動學習，提升其解決實際問題的能力，培養(yǎng)符合社會需求的跨學科高級技術人才。

關鍵詞：學科交叉；遙感概論；教學改革；問題導向

Abstract：Remote sensing technology，as a key data acquisition and analysis tool in today's society，has been widely used in the ecosystems of mountains，water，forests，fields，lakes，grasses，sand and ice，and there is a growing demand for remote sensing knowledge in various disciplines.Considering that remote sensing technology can be comprehensively utilized by interdisciplinary disciplines，it is necessary to explore the teaching reform mode of Introduction to Remote Sensing in the context of interdisciplinary disciplines.Aiming at the problems existing in the teaching process of the current Introduction to Remote Sensing course，this paper analyzes the key issues of its teaching reform，builds the knowledge system of Introduction to Remote Sensing based on the existing teaching content，and clarifies the teaching reform plan.Ultimately，it is hoped that practical problems and cuttingedge achievements of the discipline will be integrated into the teaching，which will stimulate students to take the initiative to learn，enhance their ability to solve practical problems，and cultivate interdisciplinary senior technical talents in line with the needs of the society.

Keywords：interdisciplinary；introduction to remote sensing；teaching reform；problemoriented

1 概述

遙感作為一種非接觸式感知技術，自20世紀60年代以來，在多個領域得到了廣泛應用［1］。傳感器被安裝在氣球、無人機、航空飛機、火箭和衛(wèi)星等遙感平臺上，用于探測地物的電磁輻射，并將輻射特征記錄下來。然后，通過信息傳輸設備將地物遙感信號傳回地面接收站，再利用圖像分析設備對遙感信息進行處理，最終獲取能反映地物狀態(tài)和性質的有效信息。遙感已在各行各業(yè)得到了廣泛應用，如環(huán)境保護、資源調查、政府管理與決策、防災減災、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、海洋、湖泊、交通、氣象、地質等多個領域［2］。為滿足社會需求及促進學科交叉，諸多高校開設了遙感概論相關課程，開設的本科專業(yè)也從地學、測繪學逐漸發(fā)展到農(nóng)學、林學、土木工程、城市規(guī)劃、環(huán)境科學和生態(tài)學等學科專業(yè)［1］。針對更加精細化發(fā)展的應用場景，如何適配應用場景，增強本科生解決實際問題的能力，是培養(yǎng)遙感及其交叉學科高級應用人才的關鍵［3］。

2 遙感概論課程現(xiàn)存問題

2.1 課程設計復雜

各高等教育機構在學科基礎、師資力量、教育目標及平臺資源方面存在差異性，導致它們在設置“遙感概論”課程體系結構時表現(xiàn)出多樣性［34］。該課程大致可分為兩類：一是綜合性課程，如“遙感原理與應用”“遙感概論”等，為學生提供基礎性的理論知識；二是專業(yè)性課程，如“林業(yè)遙感”“水體遙感”等特定領域課程，旨在深化學生在特定應用領域的專業(yè)知識與技能。由于各院校在課程設置上的側重點各不相同，這些課程往往顯得紛繁復雜，且與后續(xù)課程間的邏輯關系與銜接性不夠明確。

2.2 教學內(nèi)容滯后并與實際應用脫節(jié)

當前，無論是綜合性還是專業(yè)性《遙感概論》教材，在反映學術前沿動態(tài)方面均展現(xiàn)出顯著的局限性［56］。遙感技術極有可能與云計算、人工智能等先進技術深度融合，朝著智慧遙感的方向邁進［78］。然而，鑒于教材編寫與修訂的周期性限制，這些前沿進展難以迅速且全面地融入《遙感概論》教材之中。此外，遙感技術的應用場景日益廣泛，而“遙感概論”課程中的案例分析常停留在理論層面，缺乏與實際應用的緊密聯(lián)系，難以使學生深刻理解遙感技術在解決實際問題中的關鍵作用。

3 教學改革關鍵問題

針對“遙感概論”課程教育所面臨的問題，結合當前各高校的教學實踐現(xiàn)狀，本文指出教學改革亟須解決的兩個核心議題。

（1）普適性遙感技術理論教育體系構建問題：如何在既有的教學平臺與課程體系框架內(nèi)，設計并實施一套具有廣泛適用性的遙感技術理論教學方案，旨在滿足學生多樣化的學習需求及未來應用領域中的實際要求。

（2）教學內(nèi)容與遙感技術前沿同步更新策略：探討如何高效地將遙感領域的最新研究成果與前沿知識融入現(xiàn)有教學體系中，以應對教學內(nèi)容滯后于技術快速發(fā)展的現(xiàn)實問題。

4 教學改革內(nèi)容

4.1 遙感概論知識體系

一般來說，遙感概論知識體系主要包括理論、數(shù)據(jù)和應用三大部分。理論部分主要介紹遙感概念、電磁波譜及遙感傳感器，為后續(xù)遙感數(shù)據(jù)奠定了基礎。數(shù)據(jù)部分主要介紹了航空遙感、航天遙感、微波遙感與激光雷達遙感，綜述了遙感數(shù)據(jù)類型及特點，為遙感數(shù)據(jù)應用提供了材料。應用部分主要包括遙感圖像解譯和遙感技術應用，是遙感理論和遙感數(shù)據(jù)的價值體現(xiàn)。從學科交叉的角度看，第一部分和第二部分為通識的遙感技術基礎，各個學科均可采用。第三部分可以根據(jù)不同的專業(yè)需求，側重安排實際應用案例，即第三部分可以適用于其他學科。學科交叉背景下“遙感概論”課程知識體系組成如圖1所示。

圖1 學科交叉需求下“遙感概論”課程內(nèi)容分類思路

在學科交叉的時代需求下，“遙感概論”課程從特定的遙感應用案例中提取、總結出相應的學習內(nèi)容更具趣味性。該思路可觸發(fā)學生自主思考相應內(nèi)容在“遙感概論”中的作用，理解學習內(nèi)容在課程體系的定位，從而提升學生從“被教”到“自學”的主動性。在把握課程內(nèi)容邏輯連貫性的基礎上，根據(jù)所屬區(qū)域遙感應用特色，系統(tǒng)突出相關知識類別，構建一套特色分明、邏輯清晰的知識架構。最后，依據(jù)被突出的內(nèi)容，設計課程拓展內(nèi)容，輻射“遙感概論”課程的其他知識點，延展與其他學科交叉的可能性，挖掘交叉應用實際案例，形成一套具有交叉背景的遙感概論知識體系。

4.2 以問題為導向，助力理論教學內(nèi)容的深化與拓展

遙感概論知識體系是授課的核心。從體系來看，“遙感概論”課程要解決的問題可納為五個關鍵方面：問題的本質是什么？現(xiàn)象的表現(xiàn)如何？特征的具體情況怎樣？為何會形成這樣的特征？應如何應對這些問題？（如圖2所示）。圍繞這五個方面，對教學內(nèi)容進行編排，確保涵蓋理論知識、數(shù)據(jù)處理和實際應用三大核心板塊，以實現(xiàn)全面且系統(tǒng)的教學目標。

圖2 以解決問題為導向的“遙感概論”教學內(nèi)容思路

拓展教學內(nèi)容須植根于既有教材知識體系，聚焦于地表自然與人文要素，深入探索遙感技術在多領域的最新前沿知識。此過程需要涵蓋遙感數(shù)據(jù)處理與技術的最新進展、高級遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的迭代更新、地學分析的創(chuàng)新方法，以及各領域科研新發(fā)現(xiàn)等成果。以科研成果所解決的實際問題為切入點，將前沿理論知識有機融入既有知識體系，旨在緩解教學內(nèi)容滯后于遙感技術快速發(fā)展的現(xiàn)狀，促進理論與實踐的深度融合與協(xié)同發(fā)展［9］。此外，實踐教學內(nèi)容應緊貼課程內(nèi)容，在突出特色的同時聚焦學術研究前沿以及緊迫社會需求，綜合遙感影像下載、處理軟件認識、數(shù)據(jù)預處理和遙感數(shù)據(jù)挖掘方法等實踐教學活動。在實踐教學過程中，需要讓學生明確各環(huán)節(jié)的實際困難，知難不畏難，培養(yǎng)其學習韌性。通過實踐教學，培養(yǎng)學生的協(xié)作能力，能運用主流遙感軟件或編程語言解決區(qū)域化特色研究方向的基礎性問題，并能根據(jù)已掌握的基礎，拓展感興趣的領域。

5 教學改革方法

5.1 與時俱進的教學內(nèi)容

在教育實踐活動中，高度重視將相關學科領域的最新科研成果即時融入課堂教學體系之中，致力于不斷更新與優(yōu)化教學內(nèi)容及授課講義，確保所傳授知識的先進性與前沿性，最大限度地縮減知識更新的延遲與滯后效應。通過持續(xù)更新教學內(nèi)容、傳授科研信息獲取技巧及鼓勵自主學習，旨在全面提升學生的專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，為其個人長遠發(fā)展鋪設一條寬廣而堅實的道路，使學生能夠更好地適應快速變化的學科領域與社會需求。

5.2 教學方法優(yōu)化

在課堂教學中，我們以具體問題為起始點，采用啟發(fā)式教學法，引導學生逐步思考并明確解決問題所需的關鍵步驟與內(nèi)容，進而系統(tǒng)講授相關領域的理論精髓。隨后，從特定領域的理論內(nèi)容中提煉出具有普遍適用性的知識體系，并指導學生將該知識體系遷移應用于其他相關領域，以培養(yǎng)其跨領域思維與綜合能力。在此基礎上，進一步引導學生根據(jù)所構建的知識體系，對其他領域的理論內(nèi)容進行深入分析與預測，并將預測結果與既有理論進行對比驗證，以此深化學生對知識體系的理解與應用能力。

5.3 理論結合實際

理論教學應與實際應用深度融合，秉持“學以致用”的教育理念，積極倡導學生參與“遙感概論”相關的第二課堂與第三課堂學習活動，如學科競賽、科研項目及社會實踐等。這些活動以解決實際問題為導向，驅動學生利用遙感數(shù)據(jù)進行應用性研究，從而激發(fā)其學習內(nèi)驅力，深化專業(yè)技能的掌握。通過此類實踐，不僅能夠強化學生的動手操作能力，還能有效培養(yǎng)其學科邏輯思維與科研創(chuàng)新能力，全面提升學生的學科素養(yǎng)與綜合研究能力，確保理論學習與實踐操作相輔相成，共同促進學生全面發(fā)展。

5.4 增強學科交叉能力

鼓勵學生積極探索與其他學科交叉的可能性。教師可在授課過程中適當引導，以此拓寬學生的視野，豐富其知識內(nèi)涵。倡導學生積極參加各類技能競賽，加強以賽育人意識，鼓勵具有不同專業(yè)背景的學生組成團隊，共同完成各類比賽。授課過程中，教師的有益引導，加上學生參加比賽培養(yǎng)的團隊意識和與不同專業(yè)學生的思想碰撞，最終使“遙感概論”課程能夠培養(yǎng)出具有跨學科視野、動手能力強和專業(yè)知識深的高級技能型人才，為學科交叉的時代需求做出應有的貢獻。

結語

“遙感概論”作為一門跨學科領域廣泛的課程，面臨著新方法、新裝備、新技術持續(xù)發(fā)展與更新的挑戰(zhàn)，這無疑增加了教學與學習的復雜性。為提升教學質量與人才培養(yǎng)層次，本文系統(tǒng)總結并歸納了現(xiàn)有教學過程的問題，發(fā)展了一個更具普適性的知識體系。該體系旨在幫助學生更有效地將實際與理論融合，以應對日益增長的社會需求與技術要求，從而培養(yǎng)出適應時代發(fā)展的高素質遙感專業(yè)人才。

參考文獻：

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［8］劉涵，宮鵬.21世紀逐日無縫數(shù)據(jù)立方體構建方法及逐年逐季節(jié)土地覆蓋和土地利用動態(tài)制圖：中國智慧遙感制圖iMap（China）1.0［J］.遙感學報，2021，25（01）：126147.

［9］邵振峰，李德仁，胡濱，等.遙感前沿科研反哺本科課程教學改革模式探討［J］.測繪地理信息，2021，46（05）：172175.

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金面上項目“天山北坡湖庫輻射傳輸模擬及其水色參數(shù)時序重建研究”（項目編號：2024D01A86）；新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室重點項目“艾比湖溶解有機碳（DOC）遙感監(jiān)測”（項目編號：XJDX0909202301）

作者簡介：劉長江（1988— ），男，漢族，河南鄢陵縣人，博士研究生，講師，研究方向：湖泊水環(huán)境遙感。