環(huán)境科學(xué)專業(yè)中遙感課程教改實踐與探索

周 峰 呂慧華

鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇鹽城 224051

環(huán)境科學(xué)專業(yè)中遙感課程教改實踐與探索

周 峰 呂慧華

鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇鹽城 224051

針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標和遙感技術(shù)自身的特點，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力等方面總結(jié)和探索遙感課程在環(huán)境科學(xué)專業(yè)中的教改新思路，認為應(yīng)側(cè)重構(gòu)建課堂教學(xué)與科研、野外實踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，采用遙感專業(yè)軟件實驗教學(xué)輔助多媒體的教學(xué)方法，旨在增強學(xué)生掌握利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力，為高等院校環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生遙感技能培養(yǎng)提供借鑒和參考。

環(huán)境科學(xué)；遙感；教學(xué)改革；實踐創(chuàng)新

隨著人類活動的加劇，環(huán)境問題日趨嚴峻。衛(wèi)星遙感技術(shù)（Remote Sensing）是20世紀60年代發(fā)展起來的一種地球探測手段，其可快速地監(jiān)測與跟蹤地表動態(tài)變化信息，因而在資源普查和環(huán)境監(jiān)測等方面具有廣泛的應(yīng)用。［1，2］

因此各高校的環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)多將遙感課程作為一門必修課列入了教學(xué)大綱，該課程側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握遙感基礎(chǔ)知識，以及利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題的能力。多數(shù)院校環(huán)境科學(xué)專業(yè)自建設(shè)以來就注重遙感課程的講授，但教學(xué)模式存在著重理論輕實踐和實踐教學(xué)模式呆板等問題，制約了學(xué)生遙感應(yīng)用能力的提高。如何結(jié)合環(huán)境科學(xué)的專業(yè)特點和人才培養(yǎng)目標，切實提升利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力，仍是本課程教學(xué)中需要深思的問題。

本文結(jié)合環(huán)境科學(xué)專業(yè)遙感課程的授課情況和教學(xué)實踐，從現(xiàn)行教學(xué)過程存在的問題出發(fā)，將遙感課程教學(xué)與環(huán)境科學(xué)人才需求有機結(jié)合起來，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改革教學(xué)方法等方面對該課程教學(xué)進行探索和總結(jié)，旨在提高學(xué)生利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力。

1 教學(xué)內(nèi)容的選取

1.1 教材和目標定位

要使教學(xué)內(nèi)容合理，首先要選取一本合適的教材。［3，4］不同的教材各有特色，側(cè)重點亦有所差異，有的注重理論方法，有的偏重實際應(yīng)用。環(huán)境科學(xué)專業(yè)的遙感課程注重培養(yǎng)學(xué)生利用遙感技術(shù)對環(huán)境問題進行監(jiān)測、分析和管理的能力，因此本課程適宜選取側(cè)重于應(yīng)用的教材，如參編教材為陳述彭的《遙感地學(xué)分析》和趙英時主編的《遙感應(yīng)用分析原理與方法》等。同時在專業(yè)軟件選取上考慮到界面易用，開發(fā)靈活性等特點，可選取ENVI遙感圖像處理軟件進行實例教學(xué)。

遙感課程本身內(nèi)容較多，針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生，在學(xué)時有限的條件下，需縮短遙感基礎(chǔ)理論的講授，同時適當(dāng)擴大遙感實驗和應(yīng)用的教學(xué)環(huán)節(jié)。在教學(xué)過程中側(cè)重理論聯(lián)系實際，將教學(xué)內(nèi)容劃分為理論部分和實踐部分：其中理論部分主要包括電磁波、傳感器及成像原理、遙感圖像的存儲等內(nèi)容，實踐教學(xué)內(nèi)容以“影像獲取-預(yù)處理-分類及后處理-應(yīng)用”為主線，重點講授常用遙感數(shù)據(jù)（TM，MODIS，ALOS和SPOT）的獲取方式，預(yù)處理方法（輻射校正、地形校正和幾何校正）、分類方法（監(jiān)督和非監(jiān)督分類、面向?qū)ο蠓诸?、決策樹分類和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類）以及精度評價和重編碼等后處理過程，最后則以江蘇沿海開發(fā)為背景，圍繞土地利用變化分析、灘涂生態(tài)環(huán)境評價、水環(huán)境和大氣監(jiān)測等主題進行應(yīng)用實例教學(xué)，重在提高學(xué)生利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題的興趣和能力。

1.2 教學(xué)內(nèi)容更新

遙感技術(shù)的發(fā)展使得知識更新速度很快，新理論、新方法和新的研究領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，用人單位對學(xué)生的實踐能力的需求也不斷增強。［5，6］因此在整個教學(xué)過程中還需不斷對現(xiàn)有教材內(nèi)容更新，讓學(xué)生掌握遙感技術(shù)的最新動態(tài)，尤其是遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的最新應(yīng)用領(lǐng)域，以彌補現(xiàn)有教材內(nèi)容的滯后性。

在教學(xué)過程中可依托現(xiàn)有科研項目對教學(xué)內(nèi)容進行整合和優(yōu)化，將自己從事科研項目過程中了解的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在的問題進行補充講授，比如筆者曾從事過遙感技術(shù)在區(qū)域蒸散發(fā)估算、土地利用覆蓋變化以及水環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用相關(guān)的科研項目，在教學(xué)過程中就可以結(jié)合該項目進行典型案例分析，同時將本學(xué)科的發(fā)展趨勢與學(xué)生一起討論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)內(nèi)容完善上還需整合對本學(xué)科技術(shù)形成和發(fā)展具有重要意義的期刊資料（如環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)報、地理學(xué)報和"Remote Sensing of Environment"等雜志），滲透到課程建設(shè)之中，不斷充實教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容具有前瞻性?？紤]到環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生由于缺少地理學(xué)、地圖學(xué)和程序設(shè)計等知識結(jié)構(gòu)，往往會反感復(fù)雜的遙感理論知識，缺少主觀能動性，可圍繞遙感技術(shù)開展課程群建設(shè)，加強本課程與環(huán)境信息系統(tǒng)、環(huán)境影響評價等課程之間的聯(lián)系，從而增強學(xué)生利用跨學(xué)科技術(shù)手段解決實際問題的能力。

2 教學(xué)手段和方法的創(chuàng)新

2.1 專業(yè)軟件輔助多媒體教學(xué)

遙感課程包含大量的遙感圖像信息，因此目前普遍使用PPT教學(xué)方式。為了增加學(xué)生對遙感理論方法的掌握，有必要在課堂上增加以實驗數(shù)據(jù)為主的遙感軟件演示教學(xué)。通過遙感軟件可以將理論及方法用圖形和圖像的形式直觀再現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高應(yīng)用先進的遙感技術(shù)的能力。

同時在教學(xué)過程還需設(shè)計一些綜合軟件訓(xùn)練科目。比如筆者在實際教學(xué)過程中設(shè)計了類似《灘涂資源與環(huán)境監(jiān)測》的綜合實驗，拓展了遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（Arcgis）和計算機輔助制圖（AutoCAD）等地學(xué)處理軟件之間的數(shù)據(jù)共享操作，在增強學(xué)生環(huán)境數(shù)據(jù)處理方面的綜合實踐能力方面取得了較好的反響。

2.2 網(wǎng)絡(luò)和啟發(fā)式教學(xué)手段

遙感課程理論抽象，應(yīng)用性比較強，在教學(xué)過程中，宜采用啟發(fā)式教學(xué)方式［3］，讓學(xué)生獨立思考，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和解決實際的問題。比如在講解植被的光譜特征時，可以基于全色圖像、多光譜等各種常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，形象和直觀呈現(xiàn)不同的植被類型、不同的植被生長階段和狀況在遙感樣片上的差異，增強學(xué)生對“同物異譜”和“同譜異物”規(guī)律等遙感知識的理解和掌握，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

同時還可利用 Google Earth軟件，USGS和地理空間云數(shù)據(jù)等平臺免費瀏覽全球各地分辨率相對較高衛(wèi)星圖片，作為遙感教學(xué)影像資料，或用作科研數(shù)據(jù)。建立和完善實驗數(shù)據(jù)庫，依托現(xiàn)有的科研項目和實驗平臺，購置SPOT，MODIS和TM等多類型遙感數(shù)據(jù)和行政矢量地圖。通過Internet網(wǎng)絡(luò)，師生共同交流和關(guān)注遙感最新事件和日益嚴重環(huán)境問題，如高分衛(wèi)星的發(fā)射、城市霧霾和水污染事件，引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有環(huán)境問題解決實際的環(huán)境問題。

3 實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力具有重要的作用，環(huán)境科學(xué)專業(yè)作為非遙感專業(yè)開設(shè)遙感課程，其技能要求為應(yīng)用型，理論聯(lián)系實踐顯得尤為重要。

在實踐教學(xué)上可以以基礎(chǔ)理論、基本方法和基本操作為基礎(chǔ)，構(gòu)建分層次的能力訓(xùn)練模式，初期可以安排一些主流遙感數(shù)據(jù)搜集與處理基礎(chǔ)方法的介紹；中期安排一些專業(yè)軟件應(yīng)用課題；后期通過科研項目培養(yǎng)創(chuàng)新能力。實踐能力培養(yǎng)還需改革傳統(tǒng)以卷面成績?yōu)橹鞯目荚囍贫?，注重多元化的考核方法，增加理論環(huán)節(jié)課堂提問、討論等考核，以及實踐環(huán)節(jié)的軟件操作和科研能力考核，以考試促教學(xué)，切實提高學(xué)生實踐創(chuàng)新的主動性。

3.1 增強課堂練習(xí)和野外實習(xí)環(huán)節(jié)

通過課堂練習(xí)和野外實習(xí)，使學(xué)生更好地理解和掌握遙感的基本概念，基本原理和基本方法，熟悉遙感專業(yè)軟件的基本操作，增強對不同地物的光譜差異的正確認識。

課堂練習(xí)環(huán)節(jié)主要以示范性和驗證性為主，學(xué)生可通過操作實例增強對理論知識的理解。例如在講授遙感影像的幾何配準過程中，結(jié)合試驗指導(dǎo)書和軟件操作，以圖形的方式呈現(xiàn)控制點數(shù)目和位置變化對圖像糾正效果的影響，增強對幾何校正影響因素的理解。

野外實習(xí)設(shè)計主要包括遙感影像數(shù)據(jù)的準備和預(yù)處理、解譯標志的建立和野外考察路線的設(shè)計等環(huán)節(jié)。通過野外實習(xí)，加深對圖像目視和計算機自動分類原理和過程等教學(xué)內(nèi)容的認識。野外實習(xí)適宜以學(xué)校周邊的多光譜影像為例，也可結(jié)合區(qū)域特色，如在鹽城工學(xué)院的教學(xué)實踐過程中，考慮到沿海大開發(fā)形勢下，采用了沿海灘涂資源開發(fā)和保護為實踐背景材料，通過實驗區(qū)的實地考察，使學(xué)生掌握假彩色合成圖像和地物的識別特征等遙感基礎(chǔ)理論知識，同時通過野外實習(xí)教學(xué)也可進一步引導(dǎo)學(xué)生利用遙感技術(shù)對灘涂生態(tài)環(huán)境問題進行檢測和分析。

3.2 專業(yè)軟件開發(fā)能力培養(yǎng)

在遙感教學(xué)中，專業(yè)軟件開發(fā)能力也是實踐創(chuàng)新教學(xué)的重要內(nèi)容。ENVI是由遙感領(lǐng)域的科學(xué)家采用IDL（Interface Description Language）開發(fā)的一套功能強大的、完整的遙感圖像處理軟件［7］，因此在利用ENVI軟件進行實驗教學(xué)過程中，可以增加利用IDL演示實例豐富教學(xué)內(nèi)容，例如進行遙感影像融合效果評價的過程中，可讓學(xué)生掌握IDL的學(xué)習(xí)方法，并學(xué)會編寫IDL命令調(diào)用ENVI函數(shù)，進行數(shù)據(jù)的讀取，熵值的計算和融合效果的評價。既可以提高學(xué)生的編程能力，又可更好的理解操作的本質(zhì)，提高學(xué)生的專業(yè)軟件開發(fā)能力。

3.3 鼓勵學(xué)生從事科研活動

課堂練習(xí)通常是嚴格按照實驗指導(dǎo)操作，相對缺少創(chuàng)新性，因此還需要通過科研項目的鍛煉，進一步強化學(xué)生運用專業(yè)知識和遙感技術(shù)解決實際問題的能力?？蒲谢顒又饕赃b感興趣小組、大學(xué)生創(chuàng)新項目和導(dǎo)師科研項目為主要形式。

遙感興趣小組依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同進行組建，如組建灘涂植被組、水體污染檢測組以及大氣污染檢測組等，考核任務(wù)下達后，各小組之間共同完成數(shù)據(jù)資料的查找、分析和結(jié)果輸出等工作，最后以小組為單位進行評分和總結(jié)。學(xué)生在完成專題任務(wù)中不僅增強綜合分析問題和表達能力，同時也熟悉了基本的科研方法和過程，激發(fā)了學(xué)生自主探索的熱情。

此外，在遙感應(yīng)用小組的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新項目（SRT）和撰寫學(xué)術(shù)論文，同時吸引學(xué)生參與老師的科研活動，鼓勵學(xué)生發(fā)表高質(zhì)量遙感教學(xué)論文將學(xué)生的畢業(yè)論文盡可能與科研課題相結(jié)合，通過畢業(yè)論文團隊建設(shè)提高學(xué)生畢業(yè)論文的深度和廣度。

4 結(jié)束語

隨著環(huán)境問題的不斷出現(xiàn)和遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境科學(xué)專業(yè)對遙感教學(xué)提出了更高的要求。本文針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)遙感課程的特色需求，將遙感課程教學(xué)與環(huán)境科學(xué)的人才需求有機結(jié)合起來，認為在環(huán)境科學(xué)專業(yè)中的遙感課程教學(xué)過程中，應(yīng)側(cè)重于遙感應(yīng)用能力的提高，在教學(xué)方法上應(yīng)綜合專業(yè)軟件示范教學(xué)和多媒體教學(xué)方法，并通過課堂練習(xí)、野外實習(xí)和科研項目訓(xùn)練鞏固遙感課程的理論知識，熟練掌握利用遙感技術(shù)解決實際環(huán)境問題從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

雖然本文針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)的遙感課程教學(xué)改革進行了探索與實踐，學(xué)生在新獲省級以上創(chuàng)新項目和優(yōu)秀畢業(yè)論文等方面均得到了提升，但諸如圍繞以遙感課程的課程群建設(shè)、專業(yè)實踐教材以及教改成效的量化評價等方面仍需要進一步的探討，以期滿足環(huán)境遙感應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。

［1］奚秀梅，賀凌云.遙感課程實驗教學(xué)改革與設(shè)計［J］.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2010， 23（3）：110-111.

［2］王慶，魏薇，陳華軍.地理信息系統(tǒng)專業(yè)遙感課程的教學(xué)改革探討［J］.長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，6（3）：320-321.

［3］梁保平，李藝，李暉.高校地理科學(xué)專業(yè)遙感課程教學(xué)改革與實踐探討［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（11）：112-114.

［4］張彥麗，李澤湖.資環(huán)專業(yè)《遙感》課程創(chuàng)新教學(xué)探索［J］.地理空間信息，2014，12（3）：169-171.

［5］徐麗華，謝德體，劉秀華.以社會需求為目標，提高學(xué)生的就業(yè)能力—遙感課程教學(xué)改革探索與實踐［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，36（2）：220-223.

［6］張飛，丁建麗，買買提.地理信息系統(tǒng)專業(yè)遙感課程建設(shè)中的教學(xué)與科研互動關(guān)系探析［J］.高等教育研究學(xué)報，2011，34（2）：69-71.

［7］買買提，沙吾提，丁建麗.IDL在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國信息技術(shù)教育，2012（7）：130-132.

Teaching Reform of Remote Sensing Course on Environmental Science Major

Zhou Feng， Lv Huihua
Yancheng Institute of Technology， Yancheng， 224051， China

Base on the analysis of specialty training goals of environmental science and the remote sensing technology characteristics， the course reform is discussed from the aspect of teaching contents， teaching methods and practice innovation ability training， it suggests to adopt aggregative teaching form which combined classroom teaching， scientifc research and feld practice teaching， and add professional software teaching to assist multimedia teaching methods， the goal of the reform is to enhance the student's innovation ability to solve practical environmental problems by remote sensing technology， and provide for reference for the relevant college of environmental science development.

environmental science； remote sensing； teaching reform； practice innovation

2015-03-16

周峰，博士，講師。