學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的《微波遙感》教學(xué)探索與實(shí)踐

陳啟浩，劉修國(guó)

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

社會(huì)更需要“能力型”人才，從傳統(tǒng)知識(shí)教育向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，已成國(guó)內(nèi)外高等教育界的共識(shí)。以學(xué)生學(xué)習(xí)成果（Student Learning Outcomes，SLOs）為導(dǎo)向的教學(xué)模式[1]，從以教師和教學(xué)為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生和學(xué)習(xí)為中心，更注重人才能力的培養(yǎng)[2]，已在美國(guó)、歐盟及我國(guó)港澳臺(tái)地區(qū)取得了成功。隨著遙感科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)遙感技術(shù)高技能人才的需求更迫切，對(duì)遙感專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的要求也更高。以《微波遙感》課程為例，社會(huì)對(duì)不同能力的遙感專(zhuān)業(yè)人才的需求差異，要求微波遙感教學(xué)必須考慮到學(xué)生的個(gè)性化專(zhuān)業(yè)能力定位。同時(shí)，雷達(dá)干涉測(cè)量和極化雷達(dá)等新技術(shù)的發(fā)展，急劇增加了《微波遙感》課程的知識(shí)內(nèi)容。

為了更好地滿(mǎn)足不同層面的社會(huì)需求，順應(yīng)遙感學(xué)科發(fā)展的要求，如何提高遙感專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量、有效增強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力，是當(dāng)前遙感專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)必須面對(duì)和亟待解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

因此，本文以《微波遙感》課程為例，針對(duì)遙感專(zhuān)業(yè)學(xué)生不同層次的能力需求，重構(gòu)《微波遙感》課程的知識(shí)模塊，設(shè)計(jì)《微波遙感》課程的學(xué)習(xí)成果，并針對(duì)性選擇合適的教學(xué)手段，對(duì)以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的遙感專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式進(jìn)行探索和實(shí)踐。

一、《微波遙感》教學(xué)問(wèn)題分析

面向遙感科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的《微波遙感》課程，通過(guò)教授微波遙感原理與系統(tǒng)、微波遙感圖像的特點(diǎn)及處理、微波遙感的最新發(fā)展及應(yīng)用等內(nèi)容，使學(xué)生掌握微波遙感的基本原理及其圖像處理的基本技能，為今后應(yīng)用或進(jìn)一步深造奠定基礎(chǔ)[3]。我?！段⒉ㄟb感》課程為專(zhuān)業(yè)選修課，共40課時(shí)，于大三上學(xué)期開(kāi)設(shè)。前一學(xué)期開(kāi)設(shè)的先行課程《遙感原理與應(yīng)用》中包含有微波遙感原理簡(jiǎn)介的章節(jié)。

目前《微波遙感》課程教學(xué)的問(wèn)題至少包括以下幾個(gè)方面。

1.新知識(shí)的更新快，雷達(dá)干涉測(cè)量和極化雷達(dá)等相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，急劇增加了課程內(nèi)容。在這種情況下，如何優(yōu)化并重構(gòu)課程知識(shí)模塊是首先要解決的一個(gè)根本問(wèn)題。

2.對(duì)不同層次能力需求和學(xué)生自身的特點(diǎn)和發(fā)展考慮較少。面向社會(huì)對(duì)遙感專(zhuān)業(yè)人才能力的需求，學(xué)生并不太清楚自己學(xué)習(xí)該課程后應(yīng)該取得哪些具體、可測(cè)量的成果，隨之影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

3.教學(xué)方式的不夠靈活、合理，限制了教學(xué)效果的提升。實(shí)現(xiàn)和達(dá)到學(xué)生的最終課程學(xué)習(xí)成果，需要選擇合適的教學(xué)方法，面向不同能力層次、不同的教學(xué)內(nèi)容，如何采用合適的教學(xué)方法也很重要。

二、《微波遙感》學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向教學(xué)

SLOs是對(duì)學(xué)生特定學(xué)習(xí)期望的描述，本質(zhì)上是一種預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，即學(xué)生學(xué)習(xí)了具體課程后應(yīng)該取得的哪些具體、可測(cè)量的成果[4]。這些成果主要包括知識(shí)與理解力、能力和實(shí)際技能，也包括自信心、毅力、領(lǐng)導(dǎo)才能等學(xué)生成長(zhǎng)的其他方面。

針對(duì)當(dāng)前《微波遙感》課程教學(xué)存在的問(wèn)題，學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的《微波遙感》教學(xué)需解決課程知識(shí)模塊的優(yōu)化與重構(gòu)、不同層次課程SLOs的設(shè)計(jì)、教學(xué)方法與成果評(píng)價(jià)等問(wèn)題。

1.課程知識(shí)模塊重構(gòu)。由新技術(shù)的發(fā)展而急劇增加的《微波遙感》課程知識(shí)內(nèi)容，使得在有限的課程教學(xué)時(shí)間內(nèi)，避免與先行課程的內(nèi)容重復(fù)，提升學(xué)生的有效學(xué)習(xí)時(shí)間，確保學(xué)生對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)時(shí)間與效果成為課程知識(shí)模塊重構(gòu)的主要目的。

優(yōu)化、重構(gòu)《微波遙感》課程知識(shí)模塊包括兩個(gè)方面：①與其他課程的合理分工與有效協(xié)作：依據(jù)最新遙感專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，避免與先行課程中相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的重復(fù)；②合理增加新技術(shù)教學(xué)內(nèi)容：結(jié)合社會(huì)需求及遙感學(xué)科發(fā)展情況，增加雷達(dá)干涉測(cè)量和極化雷達(dá)測(cè)量等重要的前沿知識(shí)模塊。

課程內(nèi)容模塊的組織，以雷達(dá)遙感為主，在微波遙感基本原理與方法內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)擴(kuò)展了雷達(dá)干涉測(cè)量和極化雷達(dá)信息處理兩方面的內(nèi)容。優(yōu)化重構(gòu)后的課程內(nèi)容由以下三大知識(shí)模塊構(gòu)成：①微波遙感基本原理：包括微波遙感物理基礎(chǔ)、雷達(dá)遙感原理、雷達(dá)圖像的斑點(diǎn)噪聲、幾何特點(diǎn)及目視解譯、合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)及其發(fā)展等。重要知識(shí)點(diǎn)，如輻射傳輸理論、雷達(dá)方程、雷達(dá)散射截面、雷達(dá)側(cè)視成像原理等，按照雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，結(jié)合實(shí)際雷達(dá)圖像和應(yīng)用實(shí)例串起這些抽象的概念和基礎(chǔ)知識(shí)。該模塊在《遙感原理與應(yīng)用》中“微波遙感”內(nèi)容的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，避免過(guò)度重復(fù)。②雷達(dá)干涉測(cè)量：包括雷達(dá)干涉測(cè)量原理、差分干涉測(cè)量原理、永久散射體干涉測(cè)量原理及應(yīng)用等。其中雷達(dá)干涉測(cè)量原理是核心基礎(chǔ)，其重要處理步驟包括復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)配置、干涉圖噪聲濾波和相位解纏。在此基礎(chǔ)上根據(jù)形變監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求及存在的問(wèn)題，結(jié)合應(yīng)用案例，擴(kuò)展差分干涉測(cè)量、永久散射體干涉測(cè)量知識(shí)以及相關(guān)最新研究進(jìn)展。③極化雷達(dá)圖像處理：包括極化雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)、目標(biāo)散射特征、極化目標(biāo)分解、極化圖像信息提取等。其中的相干斑濾除、極化目標(biāo)分解、分類(lèi)和極化干涉雷達(dá)等知識(shí)，可以與熟悉的光學(xué)遙感圖像處理中的預(yù)處理、目標(biāo)特征提取、分類(lèi)和信息融合等內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，通過(guò)這種對(duì)比關(guān)聯(lián)來(lái)建立新的知識(shí)體系。

2.課程SLOs的設(shè)計(jì)。學(xué)生學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向教學(xué)的關(guān)鍵在于學(xué)生學(xué)習(xí)成果的設(shè)計(jì)，即面向不同遙感專(zhuān)業(yè)人才能力的需求，學(xué)生通過(guò)《微波遙感》課程學(xué)習(xí)后，應(yīng)該取得哪些具體、可測(cè)量的成果。

目前遙感專(zhuān)業(yè)人才可分為應(yīng)用型、研究型等角色，應(yīng)用型人才主要從事遙感數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、處理等工作，而研究型人才大多從事基礎(chǔ)理論研究。面向不同遙感專(zhuān)業(yè)人才能力的需求，可以將遙感專(zhuān)業(yè)能力劃分為“解釋/討論”、“應(yīng)用/操作”和“研究創(chuàng)新”三個(gè)層次。達(dá)到“解釋/討論”能力的學(xué)生應(yīng)具備利用遙感原理知識(shí)分析、討論問(wèn)題的能力；達(dá)到“應(yīng)用/操作”能力的學(xué)生應(yīng)具備利用相關(guān)軟件進(jìn)行遙感圖像處理分析并解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力；達(dá)到“研究創(chuàng)新”能力的學(xué)生應(yīng)具備提出創(chuàng)新思路解決現(xiàn)有遙感領(lǐng)域理論和應(yīng)用問(wèn)題的能力。

面向不同遙感專(zhuān)業(yè)人才能力的需求，通過(guò)“自頂而下”的過(guò)程設(shè)計(jì)《微波遙感》課程中各個(gè)層次的SLOs。具體包括：①《微波遙感》課程的總體SLOs：分別設(shè)計(jì)出不同專(zhuān)業(yè)能力所對(duì)應(yīng)的SLOs，明確給出學(xué)習(xí)完《微波遙感》后學(xué)生能夠完成的具體成果。②課程中各知識(shí)模塊的SLOs：針對(duì)課程的基本原理、雷達(dá)干涉測(cè)量和極化雷達(dá)等知識(shí)模塊，具體設(shè)計(jì)相應(yīng)的SLOs，見(jiàn)表1。③每一節(jié)課的SLOs：結(jié)合課堂教學(xué)安排，細(xì)化每一節(jié)課的SLOs，保證每一節(jié)課的教學(xué)質(zhì)量。

表1 知識(shí)模塊對(duì)應(yīng)各能力層次的SLOs

3.課程教學(xué)方法與評(píng)價(jià)。所設(shè)計(jì)的課程SLOs需要通過(guò)具體的教學(xué)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，選擇合適的教學(xué)方式、方法及評(píng)價(jià)方式是實(shí)現(xiàn)SLOs的具體措施和保證。面向不同的遙感專(zhuān)業(yè)能力層次，綜合運(yùn)用多媒體教學(xué)、設(shè)問(wèn)討論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、科研教學(xué)等多種方法進(jìn)行教學(xué)。各能力層次對(duì)應(yīng)的教學(xué)方式、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)方式見(jiàn)表2。

表2 各能力層次的教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式

針對(duì)“研究創(chuàng)新”能力層次，實(shí)踐研究型教學(xué)方法，結(jié)合與課程內(nèi)容相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目等科研活動(dòng)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力，最終將三個(gè)能力層次對(duì)應(yīng)的課堂討論、實(shí)踐操作和科研項(xiàng)目考核方式結(jié)合，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

三、結(jié)語(yǔ)

學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的遙感專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式以成果為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心，能很好地提升學(xué)生的遙感專(zhuān)業(yè)能力。面向遙感專(zhuān)業(yè)人才的不同能力需求設(shè)計(jì)的課程學(xué)習(xí)成果，使學(xué)生能夠根據(jù)自身興趣和發(fā)展方向選擇學(xué)習(xí)重點(diǎn)，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。知識(shí)模塊重構(gòu)后，避免與先行課程內(nèi)容重復(fù)，并確保新知識(shí)、新技術(shù)的教學(xué)時(shí)間與效果。面向不同能力層次的學(xué)生，有針對(duì)性地采用合適的教學(xué)方法能確保良好的教學(xué)效果。

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[2]王貴成，夏玉顏，蔡錦超.成果導(dǎo)向教育模式及其借鑒[J].教育評(píng)論，2009，（12）：17-19.

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[4]黃海濤.美國(guó)高等教育中的“學(xué)生學(xué)習(xí)成果評(píng)估”：內(nèi)涵與特征[J].高等教育研究，2010，31（7）：97-104.