“遙感原理與應(yīng)用”實踐教學(xué)的“案例教學(xué)模式”探索

依力亞斯江?努爾麥麥提 買買提?沙吾提 張飛

摘 要：“遙感原理與應(yīng)用”課程作為高?！斑b感科學(xué)”專業(yè)本科生的專業(yè)必須課之一，其相關(guān)實踐教學(xué)模式也不斷進行改革與完善。以“遙感原理與應(yīng)用”課程特點作為出發(fā)點，有效結(jié)合實驗室現(xiàn)有條件，充分發(fā)揮學(xué)生自身操作能力，將案例教學(xué)模式引入“遙感原理與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)，從而取得更好的教學(xué)成效。在教學(xué)過程中通過案例教學(xué)模式的實施，能夠充分激發(fā)學(xué)生對遙感專業(yè)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生自學(xué)能力、實踐操作能力、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，進而可以極大促進大學(xué)生的主體地位、提高學(xué)生想象力、喚起學(xué)生創(chuàng)新能力。本文就對“遙感原理與應(yīng)用”實踐教學(xué)中如何有效運用“案例教學(xué)模式”展開探討。

關(guān)鍵詞：遙感原理與應(yīng)用；實踐教學(xué)；案例教學(xué)模式

中圖分類號：G633文獻標(biāo)志碼：A文章編號：2095-9214（2016）06-0102-02

一、引 言

遙感技術(shù)可以說是當(dāng)代信息科學(xué)時代的核心技術(shù)手段之一，在促進我國國民經(jīng)濟發(fā)展以及國防事業(yè)的發(fā)展起到了十分重要的作用[1，2]。在國內(nèi)諸多高等教育機構(gòu)都開展了以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)的多領(lǐng)域課程。例如：地球資源遙感、農(nóng)業(yè)遙感、環(huán)境遙感、氣象遙感、城市遙感以及海洋遙感技術(shù)等[3，4]。許多行業(yè)在發(fā)展的過程中都開設(shè)了與遙感有關(guān)的培訓(xùn)，如測繪工程、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)以及土地資源管理等[5-7]?！斑b感原理與應(yīng)用”是遙感科學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的最基本及核心課程之一。隨著遙感技術(shù)不斷發(fā)展與更新，知識結(jié)構(gòu)的更新速度也很快。“案例教學(xué)模式”的教學(xué)特點就是能夠選取一些具有代表性、典型性以及實時性的案例開展實踐教學(xué)活動。所以，案例教學(xué)模式在“遙感原理與應(yīng)用”實踐教學(xué)中的引入，不僅對大學(xué)生的有效掌握遙感原理有著一定的促進作用，而且可以提高學(xué)生自身實踐操作能力和對遙感課程學(xué)習(xí)興趣[8]。

本文以新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院“遙感科學(xué)”專業(yè)本科生的“遙感原理與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)為例，進一步探討了“案例教學(xué)模式”的特點及其具體實施過程。

二、案例教學(xué)模式介紹

案例教學(xué)模式也稱作實例教學(xué)模式。通常來說在學(xué)生掌握了最基本的知識以及相關(guān)的理論知識基礎(chǔ)上，能夠在教師根據(jù)每堂課程所學(xué)習(xí)的知識以及教學(xué)目標(biāo)作為指導(dǎo)，設(shè)置一些具有指導(dǎo)性作用的典型案例，讓學(xué)生自主選擇案例，對于這些案例存在的問題有針對性的進行分析、討論與總結(jié)的一種實踐教學(xué)模式[9，10]。該模式能夠有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動作用，讓他們總結(jié)出不同的結(jié)論，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的一種教學(xué)手段[11，12]。在上個世紀八十年代我國才開始引入案例教學(xué)模式，逐漸的在教育機構(gòu)中得以推廣。隨著1991年MBA教育的萌發(fā)，我國高等教育機構(gòu)開始將案例分析法進一步施行并擴展，現(xiàn)如今已經(jīng)過去二十幾年的發(fā)展，在許多實踐性較強的專業(yè)教學(xué)課程中案例教學(xué)模式都得到了較為廣泛的應(yīng)用[13]。

案例教學(xué)模式無論在遴選教材，還是給學(xué)生傳授課程以及教師與學(xué)生之間在教學(xué)中角色定位與所需承擔(dān)責(zé)任等方面都打破了傳統(tǒng)意義上的教學(xué)常規(guī)[14]。案例教學(xué)模式要求教師作為一名教學(xué)課程的策劃及設(shè)計者，需要將教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容能夠巧妙地隱藏在每一項案例中，讓學(xué)生在對案例的互相討論及剖析的過程中逐漸發(fā)現(xiàn)問題，加以討論與總結(jié)。通過該方法，能夠讓學(xué)生主動在自己的思維中形成對知識結(jié)構(gòu)與知識體系的理解，進一步激發(fā)學(xué)生的對相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動大學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。同時有助于大學(xué)生對理論知識與實踐操作訓(xùn)練相結(jié)合，增強師生之間的感情交流，學(xué)生能夠?qū)W會如何與人合作，加強他們的團隊協(xié)作能力，增強大學(xué)生團隊精神[15]。

新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院針對“遙感科學(xué)”專業(yè)本科生的教學(xué)方案開設(shè)了“遙感原理與應(yīng)用”課程，課程類型為專業(yè)必須課，本課程共64學(xué)時，其中理論課為48學(xué)時、實踐課為16學(xué)時，理論與實踐課比例為3：1，因此實踐課的有效開展，對“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)質(zhì)量的提高作用重大。本校資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院實踐教學(xué)的主要教學(xué)設(shè)備包括：聯(lián)想臺式機70臺、ASD Field Spec（FR 350-2500nm）地物光譜儀、GPS、滾動式繪圖儀、投影儀、A0數(shù)字化儀等儀器設(shè)備，PCI、ENVI、ArcGIS、SPSS等遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)及統(tǒng)計分析軟件。實踐教學(xué)主要采用數(shù)據(jù)資料包括歷年統(tǒng)計資料，MODIS、Landsat、Aster、PALSAR-1/-2、Radarsat-1/-2等光學(xué)與微波遙感影像數(shù)據(jù)，實地考察實測的土壤、植被和水體采樣數(shù)據(jù)和光譜數(shù)據(jù)等。

三、案例教學(xué)法的具體應(yīng)用

根據(jù)實踐教學(xué)目標(biāo)和每一項案例的特點以及存在的不同之處，教師在設(shè)計案例以及班級成員分配過程中都需要考慮不同班級實際情況。也就是說，需要根據(jù)案例的特點、班級的實際人數(shù)，主要采用小組分工協(xié)作以及組長協(xié)調(diào)負責(zé)等方式進行部署安排。學(xué)生可以按照不同案例自由選擇搭配并組成小組，每組成員都不應(yīng)過多也不宜太少，大概每次案例實踐小組成員保證在三到五人左右，每個小組選出一名組長，進行內(nèi)部分工協(xié)調(diào)，盡量保障每個小組成員都承擔(dān)著具體責(zé)任。通過小組協(xié)作完成案例實踐課堂教學(xué)活動，教師在實踐活動中進行總體指導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生主動性、鼓勵學(xué)生靈活思考。學(xué)生最終做出分析及總結(jié)，進行實踐成果以實驗報告形式上報。

案例教學(xué)具體的實施過程中包括案例資料的收集與整理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、構(gòu)建遙感反演模型以及總結(jié)報告等四個內(nèi)容，具體流程圖請見圖1。

1. 資料收集與整理階段

基本資料的收集與整理包括兩項內(nèi)容，其一，是對歷年收集的統(tǒng)計資料和實地考察測量的土壤、植被、水體采樣數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)進行收集、歸類及整理；其二，是對光學(xué)與微波遙感影像的收集。其中野外采樣數(shù)據(jù)不僅包括實測數(shù)據(jù)收集與整理還應(yīng)該包括野外采集數(shù)據(jù)的實驗室測量與分析。

野外考察實測數(shù)據(jù)的主要來源是學(xué)生在對遙感技術(shù)實際的應(yīng)用過程中在實地所獲得一些地表參數(shù)采集數(shù)據(jù)信息。學(xué)生可以針對這些數(shù)據(jù)在實際測量中利用GPS進行精確定位與采樣點景觀拍照，從而對于他們?nèi)蘸筮b感應(yīng)用實驗奠定基礎(chǔ)。

在實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢以后，需要對學(xué)生進行相關(guān)資料查閱工作的安排，讓學(xué)生以小組為單位進行互相交流、交換意見，從而充分調(diào)動每位學(xué)生的積極性，啟發(fā)與引導(dǎo)學(xué)生思維，鼓勵學(xué)生進行必要的討論與觀點的創(chuàng)新。

圖1 “遙感原理與應(yīng)用”實踐課的案例教學(xué)模式應(yīng)用流程圖

2. 數(shù)據(jù)預(yù)處理階段

學(xué)生通過學(xué)習(xí)并利用ENVI、ArcGIS、SPSS等軟件，針對光學(xué)遙感圖像預(yù)處理過程包括：輻射定標(biāo)、求算反射率、去噪處理、圖像增強、幾何精校正、圖像裁剪及重采樣、圖像融合、分類特征分析與分類參數(shù)優(yōu)化以及進行室內(nèi)預(yù)判讀等；對微波遙感影像預(yù)處理主要包括：原數(shù)據(jù)的聚焦處理、軌道校準(zhǔn)處理、多視處理、圖像噪聲濾波處理、圖像輻射定標(biāo)和輻射歸一化處理、地理編碼、數(shù)據(jù)空間裁剪和圖像重采樣處理等。學(xué)生還可以針對實測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料進行統(tǒng)計分析及歸一化處理。

3. 構(gòu)建遙感反演模型階段

收集資料數(shù)據(jù)，光學(xué)與微波遙感影像經(jīng)過相應(yīng)預(yù)處理以后，對所獲取的不同的信息進行分類、選擇特征波段以及進行相應(yīng)波段運算，將應(yīng)用不同遙感光學(xué)指數(shù)提取各類地表定量參數(shù)，如：歸一化植被指數(shù)（NDVI）、地表輻照度（Albedo）、地表溫度（LST）等，除此之外，還應(yīng)用微波遙感土壤水分反演模型提取表層土壤水分。在次過程中需要盡可能的發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。首先針對每次案例的目標(biāo)，讓學(xué)生自主地進行實測數(shù)據(jù)和遙感影像地表參數(shù)之間構(gòu)建定量反演模型，最終由每組組長將遙感反演應(yīng)用結(jié)果給教師報告。雖然這種教學(xué)的模式增加了實踐課難度，但是有助于學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題并主動解決，明確實驗?zāi)繕?biāo)和意義，更好地促進了他們的自我學(xué)習(xí)及解決問題能力，讓遙感專業(yè)本科生充分發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力。

學(xué)生構(gòu)建遙感反演模型以后，可以開展專題圖的制作工作。在繪制專題圖的過程中學(xué)生需要注意專題圖的比例尺尺寸、指北針方向、地理坐標(biāo)、圖例等等，在保證精確的前提下，讓整個專題圖更加自然美觀，對信息的表達更加準(zhǔn)確。

最終，每個小組需要結(jié)合參考地圖資料以及野外實測數(shù)據(jù)，針對他們所獲得的遙感反演應(yīng)用結(jié)果進行對比分析與驗證。

4. 總結(jié)報告并提交

完成案例結(jié)果的分析與驗證后，需要每個小組提交與展示他們的遙感應(yīng)用成果，并需要讓每個小組選一名代表進行講評。教師對學(xué)生的辛勤勞動與付出給予評價與鼓勵，從而能夠增強學(xué)生心理上的滿足感與成就感，可以進一步培養(yǎng)學(xué)生對遙感專業(yè)的興趣，使得充分挖掘案例教學(xué)模式的應(yīng)用前景。同時，針對遙感反演結(jié)果良好的學(xué)生進行表揚，進而樹立一定的榜樣，起到表率作用。此外，還需要針對一些案例成果，指出其中存在的問題與不足之處，讓學(xué)生能夠揭開自身問題的本源，及時做好記錄，避免類似問題的再次發(fā)生。

四、結(jié)束語

針對新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院“遙感科學(xué)”專業(yè)本科生的“遙感原理與應(yīng)用”實踐課程，作者應(yīng)用“案例教學(xué)模式”取得了良好的教學(xué)成效。首先，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性作用；其次，可以集中體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，從而取得良好的教學(xué)效果；再次，有助于提高學(xué)生實際操作能力和想象力，喚起學(xué)生創(chuàng)新能力；最后，“案例教學(xué)模式”有待于進一步研究及推廣其在相關(guān)專業(yè)實踐教學(xué)中的應(yīng)用前景。

（作者單位：1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院； 2.新疆綠洲生態(tài)教育部重點實驗室）

基金項目：新疆大學(xué)2012校級精品課程“遙感地學(xué)分析”資助（2012-76-10）

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