面向市場(chǎng)的遙感類(lèi)課程開(kāi)放式教學(xué)模式研究

王瑞瑞 馮仲科

（北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京100083）

面向市場(chǎng)的遙感類(lèi)課程開(kāi)放式教學(xué)模式研究

王瑞瑞 馮仲科

（北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京100083）

基于北京林業(yè)大學(xué)本科生課程的教學(xué)實(shí)踐，從遙感在林業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用出發(fā)，對(duì)林業(yè)高等院校遙感類(lèi)課程的改革與創(chuàng)新進(jìn)行了研究。首先，通過(guò)對(duì)當(dāng)前高等院校遙感類(lèi)課程的特點(diǎn)進(jìn)行歸納和分析，指出當(dāng)前課程講授環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題。其次，針對(duì)這些問(wèn)題，提出了教學(xué)模式改革的具體目標(biāo)。最后，研究了以科技創(chuàng)新為導(dǎo)向、以培養(yǎng)創(chuàng)新型和全面型人才為宗旨的面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式，并對(duì)該教學(xué)模式的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，即針對(duì)市場(chǎng)需要，調(diào)整課程內(nèi)容；面向市場(chǎng)，進(jìn)行開(kāi)放式教學(xué)；培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)發(fā)能力；完善考核方式，并用具體的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該教學(xué)模式的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

遙感類(lèi)課程；開(kāi)放式教學(xué)模式；創(chuàng)新型人才

遙感是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的邊緣學(xué)科，是由現(xiàn)代物理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)方法、智能分析理論等眾多領(lǐng)域的知識(shí)形成的交叉學(xué)科。遙感主要利用遙感器從空中探測(cè)地面物體性質(zhì)，根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)別地面上各類(lèi)地物，它是一門(mén)先進(jìn)的、非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的迅速發(fā)展，遙感已經(jīng)形成了一個(gè)對(duì)全球進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的多層次、多視角、多領(lǐng)域的觀測(cè)體系，成為獲取地球資源與環(huán)境信息的重要手段。目前，遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域［1］。

林業(yè)遙感技術(shù)是遙感技術(shù)中的一個(gè)重要分支，在森林資源綜合防控與監(jiān)測(cè)、森林資源調(diào)查與管理等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。遙感技術(shù)成為當(dāng)前高等林業(yè)院校地理信息系統(tǒng)學(xué)科畢業(yè)生必備的技術(shù)知識(shí)，遙感類(lèi)課程承擔(dān)著為林業(yè)及抗災(zāi)減災(zāi)等各部門(mén)培養(yǎng)遙感類(lèi)人才的重任。所以，其教學(xué)內(nèi)容和模式必須符合當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的需求。為了應(yīng)對(duì)新的人才需求形勢(shì)，提高遙感類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，推動(dòng)林業(yè)資源信息化的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的遙感類(lèi)課程教學(xué)模式中存在的諸多弊端進(jìn)行改進(jìn)是十分必要的。本文從遙感在林業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用出發(fā)，通過(guò)對(duì)當(dāng)前高等院校遙感類(lèi)課程的特點(diǎn)進(jìn)行分析，歸納總結(jié)了遙感類(lèi)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了改革的具體目標(biāo)，對(duì)面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式進(jìn)行了研究。

一、遙感類(lèi)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)手段單一，教學(xué)效果不佳

遙感類(lèi)課程主要圍繞著遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理和應(yīng)用開(kāi)展教學(xué)。其中，遙感數(shù)據(jù)的獲取涉及到航天、航空傳感器等方面較多的物理知識(shí)，遙感數(shù)據(jù)的處理涉及到大量的算法。這兩個(gè)階段的理論知識(shí)較為抽象，對(duì)于高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)的同學(xué)來(lái)說(shuō)，理解頗為費(fèi)勁，很多學(xué)生認(rèn)為該課程抽象乏味、晦澀難懂。同時(shí)現(xiàn)有教學(xué)中使用的用于演示的模型也十分缺乏，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，對(duì)基本知識(shí)掌握膚淺，使學(xué)生畢業(yè)后在社會(huì)中競(jìng)爭(zhēng)力衰減，就業(yè)前景灰暗。

（二）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容陳舊，難以適應(yīng)林業(yè)遙感技術(shù)的發(fā)展與更新

隨著衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、智能分析理論、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用的不斷深化，遙感技術(shù)的發(fā)展不斷呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)和趨勢(shì)。例如，隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率得到了很大的提高，而高分辨率遙感影像同中高分辨率以及低分辨率遙感影像具有顯著的差異，所以，原有的遙感圖像處理算法不再適用于處理高分辨率遙感數(shù)據(jù)。而在原有的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，主要內(nèi)容依然著重于原有的遙感圖像處理算法，對(duì)高分辨率遙感數(shù)據(jù)的處理算法則沒(méi)有涉及。其次，遙感圖像處理的發(fā)展趨勢(shì)為自動(dòng)化和智能化，一方面可以節(jié)省大量的人力和物力，降低人為誤差；另一方面可以滿足地震、減災(zāi)等相關(guān)應(yīng)急部門(mén)的需求［2］。但是在現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，沒(méi)有涉及到對(duì)遙感圖像自動(dòng)化和智能化處理的算法。因此，如果遙感類(lèi)課程的教學(xué)體系一成不變的話，則難以適應(yīng)當(dāng)前遙感技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢(shì)，無(wú)法使學(xué)生掌握最新的理論知識(shí)和技術(shù)手段，從而給未來(lái)就業(yè)造成很大的壓力。

（三）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容缺乏針對(duì)性，無(wú)法滿足未來(lái)工作的需要。

遙感技術(shù)作為GIS學(xué)科本科生的必修課程，同專(zhuān)科院校最大的區(qū)別在于，本科生不僅要熟練掌握一門(mén)遙感類(lèi)軟件的核心功能，而且要深刻理解每個(gè)環(huán)節(jié)和算法的理論基礎(chǔ)。但是，當(dāng)前遙感類(lèi)課程設(shè)置的上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容多為軟件操作類(lèi)，沒(méi)有將算法的理論部分穿插進(jìn)去，這非常不利于學(xué)生對(duì)遙感類(lèi)課程的學(xué)習(xí)，也難以滿足未來(lái)的科研實(shí)踐和工作需求。因此，需要在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中增加學(xué)生對(duì)算法理論深刻理解的培養(yǎng)，并將算法自主開(kāi)發(fā)成可運(yùn)行軟件的能力培養(yǎng)。

（四）實(shí)踐教學(xué)的軟硬件配置落后，急待完善

教學(xué)實(shí)踐是使學(xué)生從理論走向?qū)嵺`的必要環(huán)節(jié)。遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用與計(jì)算機(jī)技術(shù)密不可分。因此，是否具備與遙感類(lèi)課程配套的軟硬件設(shè)備十分重要。目前，在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生使用的遙感圖像處理軟件、攝影測(cè)量軟件以及地理信息系統(tǒng)軟件等皆為破解版或試用版，正版軟件的購(gòu)置還沒(méi)有落實(shí)。破解版或試用版軟件的功能跟正版軟件的功能相比有所縮減，另一方面，破解版或試用版軟件在運(yùn)行過(guò)程中十分不穩(wěn)定。另外，有限的機(jī)房和計(jì)算機(jī)等硬件資源無(wú)法滿足單個(gè)學(xué)生單臺(tái)機(jī)器操作的條件。所以，如何有效利用機(jī)器資源，克服上機(jī)環(huán)境軟硬件配置難的問(wèn)題，是目前遙感類(lèi)課程的一大難點(diǎn)。

二、面向市場(chǎng)的遙感類(lèi)課程教學(xué)模式改革的具體目標(biāo)

通過(guò)近年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)院逐步確立了遙感類(lèi)課程教學(xué)模式改革的建設(shè)目標(biāo)，包括：①通過(guò)課堂講授，使學(xué)生深刻地理解并掌握遙感類(lèi)課程的基本理論知識(shí)，以及遙感類(lèi)課程在各行業(yè)的應(yīng)用方向和發(fā)展前景。②通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)習(xí)周的上機(jī)實(shí)踐，使學(xué)生掌握一門(mén)遙感專(zhuān)業(yè)軟件的核心功能，能夠熟練運(yùn)用該軟件解決實(shí)際問(wèn)題。③通過(guò)課堂講授，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)習(xí)周的上機(jī)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)與其他專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程（如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)）的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)完整的知識(shí)體系，用于解決實(shí)際問(wèn)題。因?yàn)橐幻细竦拇髮W(xué)生，不同于專(zhuān)科培訓(xùn)人才，僅僅掌握軟件的熟練操作步驟是不夠的，還要深刻理解遙感類(lèi)相關(guān)算法的機(jī)理，并能夠用一門(mén)編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)這一算法的機(jī)理。④課程設(shè)置目的旨在培養(yǎng)林業(yè)遙感方面的專(zhuān)業(yè)研究性人才，滿足市場(chǎng)的需求，服務(wù)于林業(yè)信息化的發(fā)展。

三、面向市場(chǎng)的遙感類(lèi)課程開(kāi)放式教學(xué)模式改革

目前，遙感類(lèi)課程已成為北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院、水保學(xué)院和園林學(xué)院等相關(guān)各專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)展科研工作所必備的一門(mén)技術(shù)。為了進(jìn)一步提高遙感類(lèi)課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展更為吻合的創(chuàng)新型和綜合型人才，筆者在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上［3－5］，根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試在課程教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)施面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式。該模式主要包括以下4個(gè)方面。

（一）針對(duì)市場(chǎng)需要，調(diào)整課程內(nèi)容

面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式的特點(diǎn)是要根據(jù)目前遙感基本理論的發(fā)展?fàn)顩r和在市場(chǎng)中的應(yīng)用，對(duì)基本理論進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，合理安排課程的講授順序和學(xué)時(shí)。例如，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展，目前采集的遙感影像多為數(shù)字圖像，不再是傳統(tǒng)的模擬圖像，那么有關(guān)模擬圖像和模數(shù)轉(zhuǎn)換的理論知識(shí)用較少的學(xué)時(shí)簡(jiǎn)單介紹即可。

以北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院地理信息系統(tǒng)學(xué)科開(kāi)設(shè)的本科生必修課程“遙感圖像處理”為例，調(diào)整后的課程教學(xué)內(nèi)容主要包括“基礎(chǔ)篇”“拓展篇”和“實(shí)習(xí)篇”3部分。①“基礎(chǔ)篇”主要針對(duì)遙感圖像處理的經(jīng)典概念和理論知識(shí)進(jìn)行介紹，包括輻射校正、幾何校正、增強(qiáng)、變換、配準(zhǔn)、融合、分類(lèi)和變換檢測(cè)等基礎(chǔ)算法知識(shí)。這些算法知識(shí)的講解部分相對(duì)于以往的傳統(tǒng)教學(xué)更為注重深層次的剖析和應(yīng)用，在講解算法理論之外，還通過(guò)更多的實(shí)例介紹，加深學(xué)生對(duì)該算法在具體應(yīng)用中所發(fā)揮作用的理解。②“拓展篇”主要是介紹隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展而涌現(xiàn)的新理論和新技術(shù)，目前遙感圖像處理主要是朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。另外，由于高分辨率遙感影像的大量涌現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的處理算法也逐漸成熟。因此，在“拓展篇”中，講授的主要內(nèi)容包括：遙感圖像自動(dòng)化處理理論、智能化處理理論和高分辨率遙感影像處理算法。③“實(shí)習(xí)篇”的具體內(nèi)容包括上機(jī)的軟件操作部分，另外增加了對(duì)主要算法開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。因?yàn)?，目前遙感類(lèi)處理軟件主要是國(guó)外生產(chǎn)，如果學(xué)生僅限于熟練操作軟件的話，無(wú)法深刻理解遙感圖像處理的關(guān)鍵算法機(jī)理，也將無(wú)法滿足我國(guó)生產(chǎn)自主遙感圖像處理軟件的需求。所以調(diào)整后的課程內(nèi)容強(qiáng)調(diào)了教學(xué)內(nèi)容的扎實(shí)性、與時(shí)俱進(jìn)性和動(dòng)態(tài)性，力求做到教學(xué)內(nèi)容與市場(chǎng)需求的同步更新。

（二）面向市場(chǎng)，進(jìn)行開(kāi)放式教學(xué)

以北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院地理信息系統(tǒng)學(xué)科開(kāi)設(shè)的本科生必修課程“遙感圖像處理”為例，筆者在實(shí)施面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式時(shí)，首先講授遙感圖像處理的經(jīng)典理論和基礎(chǔ)算法，然后選取當(dāng)前市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中的案例以及配套的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作。面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式采取課堂講授與上機(jī)實(shí)踐交叉進(jìn)行的做法，在講授完一個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵算法后，立刻選擇當(dāng)前市場(chǎng)中的實(shí)際應(yīng)用案例，安排學(xué)生上機(jī)實(shí)踐，使實(shí)踐內(nèi)容與課堂講授內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)，目標(biāo)明確。其次，在實(shí)踐環(huán)節(jié)，打破傳統(tǒng)的按部就班的講授操作流程的方式，鼓勵(lì)學(xué)生自己思考問(wèn)題，通過(guò)不同的途徑實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)遙感圖像處理軟件功能的同時(shí)提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）滿足市場(chǎng)需求，培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)發(fā)能力

遙感技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、智能分析等各個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)應(yīng)用面也極其廣泛，僅讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)熟練掌握遙感專(zhuān)業(yè)軟件的操作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)樵趯?shí)踐環(huán)節(jié)僅要求學(xué)生熟練操作軟件，容易讓學(xué)生產(chǎn)生惰性心理，以為會(huì)操作軟件即可，不僅不利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)算法知識(shí)的深刻理解，而且無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)遙感知識(shí)在行業(yè)中的應(yīng)用。因此，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)習(xí)周增加開(kāi)發(fā)能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠用一門(mén)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)遙感圖像處理領(lǐng)域的關(guān)鍵核心算法。

（四）采取多種形式，完善考核方式

面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式以科技創(chuàng)新為導(dǎo)向，以培養(yǎng)和提高大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力為目的。因此，在遙感類(lèi)課程教學(xué)中，教師應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，激發(fā)大學(xué)生的科研創(chuàng)新熱情和科研興趣。例如，采取課堂辯論的方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)熱情，對(duì)于勇于發(fā)言的學(xué)生，給予平時(shí)成績(jī)加分的獎(jiǎng)勵(lì)。在掌握遙感類(lèi)課程的基本原理和實(shí)踐后，教師可以通過(guò)課后思考題的方式，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主思考，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，解決實(shí)際問(wèn)題，并將其作為平時(shí)成績(jī)的另一主要依據(jù)，納入到期末總成績(jī)中。

四、面向市場(chǎng)的遙感類(lèi)課程開(kāi)放式教學(xué)模式改革的成效

面向市場(chǎng)的開(kāi)放式教學(xué)模式吸納了在實(shí)際應(yīng)用中占有重要地位的新理論和新技術(shù)，體現(xiàn)了遙感類(lèi)課程理論知識(shí)的與時(shí)俱進(jìn)性，同時(shí)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的弊端進(jìn)行了完善，為培養(yǎng)創(chuàng)新型和綜合型人才提供了良好的平臺(tái)和解決方案。筆者通過(guò)一年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果較以前有明顯提高，學(xué)生對(duì)遙感類(lèi)課程的學(xué)習(xí)更有針對(duì)性，理論水平、開(kāi)發(fā)能力和自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了很大的提高。然而，遙感類(lèi)課程開(kāi)設(shè)的年限較短，教學(xué)理論和方法都還在不斷發(fā)展之中，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才，實(shí)現(xiàn)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的完美接軌，還需要教學(xué)雙方繼續(xù)努力，共同探索。

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［2］馬建文，陳雪，王瑞瑞，等.遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理方法與程序設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社.2011：2－4.

［3］馮仲科，張曉麗，吳保國(guó)，等.構(gòu)建林業(yè)信息工程新學(xué)科［J］.中國(guó)林業(yè)教育，2004，22（1）：18－20.

［4］閆海冰.“林業(yè)遙感技術(shù)”課程教學(xué)及改革初探［J］.中國(guó)林業(yè)教育，2009，27（4）：62－64.

［5］吳秀芹，畢華興.GIS類(lèi)課程基于任務(wù)的分步驟教學(xué)模式研究［J］.中國(guó)林業(yè)教育，2012，30（1）：72－75.

（責(zé)任編輯 王 偉）