遙感實(shí)踐教學(xué)方法探討

劉 沛

貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003

實(shí)踐教學(xué)

遙感實(shí)踐教學(xué)方法探討

劉 沛

貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003

遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等國(guó)土資源調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和國(guó)土資源規(guī)劃與管理等各個(gè)領(lǐng)域。遙感實(shí)踐教學(xué)是遙感課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前遙感實(shí)踐教學(xué)中存在問(wèn)題的進(jìn)行分析，探討了影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的幾個(gè)主要因素，提出了以解決數(shù)據(jù)的代表性、產(chǎn)權(quán)和保密問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)適合各專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱教材的教學(xué)改革設(shè)想和方法，通過(guò)多樣的考核方式和相關(guān)課程橫向連接的教學(xué)手段來(lái)提高遙感實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

遙感；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

在我校地學(xué)專(zhuān)業(yè)課程安排中，遙感課程中的“遙感地質(zhì)學(xué)”是一門(mén)較重要的專(zhuān)業(yè)課程。遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等國(guó)土資源調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和國(guó)土資源規(guī)劃與管理等各個(gè)領(lǐng)域。遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的獲取地球空間和屬性信息的重要技術(shù)，是空間信息分析和構(gòu)建數(shù)字地球的基礎(chǔ)①。如何在有限的課時(shí)內(nèi)最大限度地讓學(xué)生熟悉和掌握遙感技術(shù)，為學(xué)生在今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用中打下基礎(chǔ)是該課程教學(xué)需重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

地球科學(xué)是遙感技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)最早與之結(jié)合的領(lǐng)域之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙感已是現(xiàn)代地學(xué)研究中不可缺少的工具。由于遙感技術(shù)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，其涉及的基礎(chǔ)理論知識(shí)也較多，如何在本科教學(xué)中準(zhǔn)確地把握好“度”，使學(xué)生盡快地進(jìn)入角色，是本課程教學(xué)改革研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。其中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在遙感教學(xué)中具有舉足輕重的作用。如何合理安排和設(shè)置實(shí)踐教學(xué)，是遙感教學(xué)中需不斷探索和改進(jìn)的工作。

一、當(dāng)前本科實(shí)踐教學(xué)主要突出問(wèn)題

毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的遙感課程來(lái)說(shuō)，動(dòng)手能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)鞏固理論知識(shí)，是實(shí)踐教學(xué)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。筆者在近幾年的遙感教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)目前主要存在的問(wèn)題如下。

1.理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)課時(shí)安排的合理性問(wèn)題

遙感類(lèi)課程涉及的理論知識(shí)較多，如何合理安排理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，對(duì)于教學(xué)效果有較大的影響。我院地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的“遙感原理與應(yīng)用”課程為54學(xué)時(shí)，為保證理論教學(xué)內(nèi)容的完成，目前本課程上機(jī)實(shí)踐操作課時(shí)設(shè)為18學(xué)時(shí)，這對(duì)于從未接觸過(guò)遙感軟件的學(xué)生來(lái)說(shuō)，要通過(guò)課堂學(xué)習(xí)達(dá)到熟練操作較為困難。而對(duì)于遙感地質(zhì)學(xué)的實(shí)踐課程來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行大量的實(shí)踐，才能取得良好的教學(xué)效果[1]。以實(shí)踐課學(xué)習(xí)ENVI軟件為例，根據(jù)近幾屆學(xué)生學(xué)習(xí)情況，課程結(jié)束后，能較熟練找到常用菜單的學(xué)生能達(dá)70%以上，而隔一個(gè)學(xué)期以后，不足30%，這明顯與練習(xí)時(shí)間太短有關(guān)。在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)，課程內(nèi)容只是最基本的入門(mén)操作（表1）。但如果提高實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，將減少理論教學(xué)學(xué)時(shí)，這對(duì)教學(xué)整體效果勢(shì)必會(huì)造成影響。

表1 “遙感原理與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)課程一覽表

2.實(shí)踐課程中典型材料的缺乏問(wèn)題

影響實(shí)踐教學(xué)效果的另一個(gè)主要因素是目前缺乏典型的實(shí)驗(yàn)材料（數(shù)據(jù)）。遙感技術(shù)應(yīng)用一方面需要操作者熟練掌握數(shù)字圖像處理操作方法，熟悉各種數(shù)據(jù)的基本特性；另一方面，需要操作者發(fā)揮主觀能動(dòng)性，要對(duì)不同背景下的對(duì)象進(jìn)行不同方法的處理或不同算法的探討。無(wú)論是對(duì)本科學(xué)生還是碩士研究生，一些典型地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)就顯得極為重要，如不同地貌、不同覆蓋物、不同地質(zhì)背景等等的數(shù)據(jù)，以及不同分辨率和不同傳感器的數(shù)據(jù)，作為教學(xué)用的這些數(shù)據(jù)的收集是非常需要的。目前常見(jiàn)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)類(lèi)型如表2所示。

表2 常見(jiàn)衛(wèi)星類(lèi)型

除衛(wèi)星數(shù)據(jù)外，一些航空遙感數(shù)據(jù)也需要在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)。這主要包括不同比例尺的全色或彩色航空相片，以及紅外、彩紅外相片。航空側(cè)視雷達(dá)數(shù)據(jù)等。

由于遙感數(shù)據(jù)的獲取不僅是有償?shù)?，而且還涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)和保密的問(wèn)題。目前大多數(shù)高校所

?進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)中的練習(xí)數(shù)據(jù)都來(lái)自于教師個(gè)人的積累，這種依靠個(gè)人收集的數(shù)據(jù)多數(shù)都涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題和測(cè)繪資料的保密問(wèn)題。另外由于各教師數(shù)據(jù)來(lái)源的差異，導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)種類(lèi)單一，這極大地影響到數(shù)據(jù)的完整性和典型性。在教學(xué)中，又不可避免地會(huì)造成數(shù)據(jù)的外泄，這很容易引起知識(shí)產(chǎn)權(quán)的糾紛和相關(guān)地理數(shù)據(jù)的涉密問(wèn)題。在高校或教研室收集制作一批具代表性的實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)的工作已迫在眉睫。而且隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)據(jù)也在不斷更新。為滿(mǎn)足遙感課程的實(shí)踐教學(xué)，必須解決數(shù)據(jù)的來(lái)源以及所涉及的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，從技術(shù)上解決好涉密問(wèn)題。

3.缺少有針對(duì)性的實(shí)踐教材

由于各個(gè)院校專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)不同，課程設(shè)置的結(jié)構(gòu)也各異，編寫(xiě)一部符合本院校專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的有針對(duì)性的實(shí)踐教材是必要的。目前許多院校都編寫(xiě)了相關(guān)教材或?qū)嵙?xí)講議[2]，但這類(lèi)教材因局限于各自的教學(xué)大綱而缺乏廣泛適用性。為配合課程教學(xué)，需要編制一部適應(yīng)本校專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱的有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教材，如我院涉及地理信息科學(xué)、資源勘察、環(huán)境科學(xué)、水文水資源等專(zhuān)業(yè)，在對(duì)不同專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，尚無(wú)一本能整合以上各專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐指導(dǎo)教材，而編寫(xiě)這樣一部教材又必須有前述的典型數(shù)據(jù)的支撐。

二、對(duì)教學(xué)改革的幾點(diǎn)建議

鑒于上述的情況，筆者提出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)以供參考。

1.合理分配課程學(xué)時(shí)

從目前總體的教學(xué)安排看，單獨(dú)增加遙感課程教學(xué)學(xué)時(shí)不現(xiàn)實(shí)，在教學(xué)總學(xué)時(shí)不變的前提下，如何合理安排課程各章節(jié)以及實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，是較為現(xiàn)實(shí)的解決途徑。

遙感課程涉及的知識(shí)面較廣，為最大限度地發(fā)揮教學(xué)功能，提高單位學(xué)時(shí)的授課效率，需對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容作適度調(diào)整，這樣在實(shí)驗(yàn)課程安排上，就要抓重點(diǎn)，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如對(duì)于地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)更應(yīng)側(cè)重于各種基本的圖像處理方法練習(xí)；對(duì)于土地資源管理專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)則應(yīng)是地表信息的提取方法的學(xué)習(xí)；而對(duì)于地質(zhì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)中要以圖像的理解和借助地學(xué)思維分析地質(zhì)體的空間特征為主要目的。這樣在有限的實(shí)驗(yàn)課程中，對(duì)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)均各不相同。當(dāng)然最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是每個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生需共同掌握的。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容歸納如表3。

表3 遙感課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一覽表

整合某些理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，把某些實(shí)踐性較強(qiáng)的理論課放在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，采用邊講解邊操作演示，穿插學(xué)生動(dòng)手的教學(xué)方法，兼顧理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，這樣可部分解決理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)矛盾。

2.精選一批典型教學(xué)數(shù)據(jù)完善教材編制

為了能系統(tǒng)的指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，組織精選

一批具代表性的不同背景和不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)，并以此組織編寫(xiě)一部針對(duì)性較強(qiáng)的適合我院各專(zhuān)業(yè)教學(xué)的較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材,以完善遙感課程教學(xué)體系。

數(shù)據(jù)的選取必須解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題和資料保密問(wèn)題。目前我國(guó)一些培訓(xùn)教材中，練習(xí)數(shù)據(jù)均選取的是國(guó)外數(shù)據(jù)，如在《ENVI影像處理專(zhuān)題與實(shí)踐》[3]中，三個(gè)練習(xí)光盤(pán)所涉及數(shù)據(jù)均來(lái)源于國(guó)外。不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)圖像的理解，也給教師教學(xué)帶來(lái)不便。這類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)處理練習(xí)尚可，但對(duì)于進(jìn)一步的圖像理解和解譯、信息提取教學(xué)，顯得抽象空洞。建議在教學(xué)資源投入中，適當(dāng)安排一筆費(fèi)用，系統(tǒng)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并從技術(shù)上解決好數(shù)據(jù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和資料的保密問(wèn)題，作為教學(xué)用資源。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)涉及法律上的問(wèn)題，可依據(jù)相關(guān)法律與遙感數(shù)據(jù)提供商共同協(xié)商設(shè)法解決，而數(shù)據(jù)的保密則可以采取一些技術(shù)的手段來(lái)解決。關(guān)于這方面具體的技術(shù)處理方法，可作為專(zhuān)門(mén)課題加以研究，國(guó)外的一些成功經(jīng)驗(yàn)，可以借鑒。解決好數(shù)據(jù)的問(wèn)題，則實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的編寫(xiě)即可順利進(jìn)行。

根據(jù)筆者數(shù)年來(lái)的教學(xué)體會(huì)，遙感實(shí)驗(yàn)教材（指導(dǎo)書(shū)）基礎(chǔ)部分需包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)主要內(nèi)容一覽表

綜合應(yīng)用練習(xí)，根據(jù)課程要求，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)工作流程，完成一個(gè)綜合性的作業(yè)。方向可以是圖像處理方面，也可以是圖像解譯或信息提取。對(duì)于研究生，還可設(shè)置一些高級(jí)內(nèi)容如反演操作，定量遙感等。甚至可以設(shè)置幾個(gè)題目，由不同的小組分別完成。綜合練習(xí)的題目和方式可以靈活多樣，主要是通過(guò)練習(xí)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生從數(shù)據(jù)收集到成果編輯整個(gè)工作流程的操作練習(xí)。

總之，實(shí)踐課程的目的是通過(guò)動(dòng)手加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和學(xué)會(huì)基本的操作方法，學(xué)會(huì)獨(dú)立思考并掌握遙感技術(shù)的基本工作流程。

3.改革課程考核方式

實(shí)踐課的考核應(yīng)采取靈活多樣的能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)技術(shù)的掌握程度的考核方法。尤其要更多地以綜合測(cè)驗(yàn)的形式考查學(xué)生的獨(dú)立思考、獨(dú)立動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。有人提出了興趣驅(qū)動(dòng)法的實(shí)踐教學(xué)改革模式以及自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，給人以較大啟發(fā)[4-5]。能有效考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核方法有很多，如綜合報(bào)告形式、分組合作形式、獨(dú)立抽題解答形式等。其中選擇一些典型地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，在輔以參考背景資料的前提下，讓學(xué)生根據(jù)要求系統(tǒng)地完成數(shù)據(jù)的分析和處理、信息提取和成果制圖，并寫(xiě)出綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這樣的考核方式最能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和教學(xué)效果。但這種方法必須要有較充足的實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)的支撐和較系統(tǒng)的單項(xiàng)練習(xí)操作。因?yàn)榫C合報(bào)告要全面反映工作流程，其中一個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)掌握將會(huì)影響其思維的完整；分組合作可培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的能力，充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的各自?xún)?yōu)勢(shì)，在協(xié)作中達(dá)到相互學(xué)習(xí)的目的，但也有可能造成一個(gè)小組僅由某一兩個(gè)學(xué)生完成所有工作，不利于了解全體同學(xué)的實(shí)際水平；而獨(dú)立抽題的考核方式可避免學(xué)生考核中互相抄襲的現(xiàn)象，但考核成績(jī)具有隨機(jī)性，不易全面考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。

可見(jiàn)不同的考核方式各有利弊，具體采用哪種方式，應(yīng)視教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)專(zhuān)業(yè)對(duì)象靈活選用。筆者傾向于綜合報(bào)告的方式考核，在有條件的情況下，可考慮與相關(guān)生產(chǎn)和科研單位聯(lián)合，針對(duì)具體的項(xiàng)目的解決對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力是大有幫助的。

4.與相關(guān)專(zhuān)業(yè)課連接

遙感作為一門(mén)技術(shù)，必然要落實(shí)于具體的應(yīng)用對(duì)象，要充分發(fā)揮這門(mén)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不具備相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)是不可想象的。在遙感課程授課中，尤其是實(shí)踐課的授課中，應(yīng)與各類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行連接。與遙感課程相關(guān)聯(lián)的課程大致可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是遙感技術(shù)擴(kuò)展的課程，另一類(lèi)是遙感技術(shù)應(yīng)用對(duì)象的相關(guān)課程。前者主要指與遙感密切相關(guān)的地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS），

它們通常被稱(chēng)為“3S”系統(tǒng)，由于幾門(mén)學(xué)科存在交叉，在課程設(shè)置和前后安排上應(yīng)做好協(xié)調(diào)，課程大綱（尤其是實(shí)習(xí)大綱）編寫(xiě)要互相顧及。如圖像校正，其理論原理與GIS課程中的柵格數(shù)據(jù)校正是相同的，在實(shí)習(xí)安排上，應(yīng)避免重復(fù)，可通過(guò)兩門(mén)課的這類(lèi)實(shí)習(xí)加深這方面理論的理解與掌握。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者利用遙感和地理信息系統(tǒng)兩種軟件交叉操作訓(xùn)練，使學(xué)生在這個(gè)方面知識(shí)的掌握較為牢固，相當(dāng)一部分學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中基本上能較熟練應(yīng)用。

與遙感應(yīng)用相關(guān)的課程范圍較廣，涉及面也較大，面面俱到顯然不現(xiàn)實(shí)，可以針對(duì)本院相關(guān)的專(zhuān)業(yè)進(jìn)行跨專(zhuān)業(yè)連接。如在地質(zhì)礦產(chǎn)、土地資源、環(huán)境、水文等學(xué)科中的應(yīng)用，可以結(jié)合這些領(lǐng)域的具體科研、生產(chǎn)實(shí)例，與各專(zhuān)業(yè)教研室合作制作綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題，模擬生產(chǎn)科研實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生較快掌握技術(shù)方法，培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這一方面需要授課教師具備相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，另一方面，尚需在制訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)統(tǒng)籌全院各相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容。在給資源勘察專(zhuān)業(yè)學(xué)生授課時(shí)，筆者嘗試了用貴州省內(nèi)已完成的區(qū)調(diào)成果圖件（包括地理、地質(zhì)數(shù)據(jù)）作為學(xué)生實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)，做各種圖像預(yù)處理和交互式解譯練習(xí)，這使得實(shí)習(xí)內(nèi)容不空洞抽象，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課對(duì)相關(guān)操作印象較深刻。

三、結(jié)束語(yǔ)

遙感實(shí)踐教學(xué)在遙感教學(xué)中有著舉足輕重的作用，如何在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)里，達(dá)到教學(xué)目的，需要在教學(xué)資源、學(xué)時(shí)安排和教學(xué)方法諸方面進(jìn)行不斷探索。針對(duì)目前教學(xué)中存在的問(wèn)題，著力解決數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)保密為重點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，制定一套合理的實(shí)踐教學(xué)改革方案。教學(xué)中連接各相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，整合學(xué)院教學(xué)資源。是當(dāng)前在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)下，提高遙感實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的較有效途徑。

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Title: Discussion on Practice Teaching Methods of Remote Sensing

Author(s): LIU Pei

remote sensing; practice teaching; teaching reform.

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1006-9372 （2014）01-0076-04

2013-11-20。

烏當(dāng)?shù)刭|(zhì)教學(xué)實(shí)習(xí)基地?cái)?shù)字化教學(xué)平臺(tái)研究項(xiàng)目。

劉 沛，男，副教授，主要從事遙感及基礎(chǔ)地質(zhì)的教學(xué)和研究工作。①《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》，1992年12月28日第七屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十九次會(huì)議通過(guò)，2002年8月29日第九屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十九次會(huì)議通過(guò)修訂，2002年12月1日起施行。