基于CDIO工程教育理念的“遙感地質學”創(chuàng)新型實驗設計研究

徐 凱，劉 剛，吳沖龍，何珍文

中國地質大學（武漢）計算機學院，湖北 武漢 430074

基于CDIO工程教育理念的“遙感地質學”創(chuàng)新型實驗設計研究

徐 凱，劉 剛，吳沖龍，何珍文

中國地質大學（武漢）計算機學院，湖北 武漢 430074

創(chuàng)新型實驗設計是“遙感地質學”課程改革的一項重要內(nèi)容，該創(chuàng)新型實驗設計把CDIO工程教育理念與“遙感地質學”實驗教學相結合，通過選擇遙感地質用中的實際研究項目“遙感地質專題”進行創(chuàng)新型實驗設計，給學生營造一種近似真實的項目環(huán)境，讓學生通過項目的構思、設計、實現(xiàn)、運行等環(huán)節(jié)的訓練，完成項目的需求分析、總體設計、詳細設計、系統(tǒng)實現(xiàn)等，使學生親身經(jīng)歷一個完整項目的實踐過程。通過這種工程化、項目式的教學改革，提高學生利用遙感科學與技術解決地質問題的工程能力與創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)掌握遙感科學技術與地質科學技術的復合型創(chuàng)新人才。

CDIO；遙感地質學；創(chuàng)新型實驗設計；項目式教學

中國地質大學（武漢）空間信息與數(shù)字技術本科專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)地質科學與信息技術交叉型的復合型專業(yè)人才，服務于地礦工作信息化。按照基礎、實踐、創(chuàng)新 “三位一體”的人才培養(yǎng)模式，要求學生掌握空間信息技術、計算機技術、地質學、資源勘查學和地學信息工程等方面的基本理論和基本知識，通過課程設計、野外實踐和生產(chǎn)實習等基本訓練，具備解決與地礦工作信息化、地學定量化、地學信息工程建設有關問題的基本能力[1]。“遙感地質學”作為空間信息與數(shù)字技術專業(yè)重要的一門主干課程，是一門以傳播遙感科學與技術為主的專業(yè)課程，具有明顯的應用技術學科特點。通過課堂教學與實驗教學，使學生理解遙感科學與遙感地質學的基本理論，掌握遙感科學與技術的基礎知識、遙感影像的類型與基本特性、遙感地質解譯標志、遙感地質數(shù)據(jù)的處理技術與方法，以及遙感信息在區(qū)域地質調查、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質、水文地質、環(huán)境地質、災害地質等方面的應用。因此，在進行“遙感地質學”創(chuàng)新型實驗設計時，融合CDIO工程教育理念，旨在提高空間信息與數(shù)字技術專業(yè)學生的實際工程能力與創(chuàng)新能力，為國家培養(yǎng)既懂得遙感科學與技術，又具備地質知識的復合型創(chuàng)新人才[2]。

一、CDIO工程教育理念

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，其核心理念是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體[3]，為學生提供一種建立在真實世界、以產(chǎn)品或系統(tǒng)的構思—設計—實現(xiàn)—運行過程為背景環(huán)境基礎上的工程教育，讓學生以主動的、實踐的、協(xié)作的方式進行課程學習[4]。CDIO工程設計理念注重培養(yǎng)學生的工程基礎知識能力、個人能力、團隊能力與工程系統(tǒng)能力四個方面，充分發(fā)揮學生學習的主動性與積極性，實現(xiàn)“做中學”與“學中做”的完美結合。CDIO工程教育理念培養(yǎng)出的學生具有較強的動手能力、自學能力、創(chuàng)新能力、以及組織溝通協(xié)調能力，廣受社會好評。

二、基于CDIO工程教育理念的遙感地質專題案例設置

“遙感地質學”課程是空間信息與數(shù)字技術專業(yè)的一門理論與實踐緊密結合的專業(yè)課程，其理論內(nèi)容包含遙感物理基礎、地物波譜特征、遙感影像的獲取與存取、遙感影像校正、變換、增強、分割、分類等處理，實踐內(nèi)容包含地貌、巖石、地層解譯，構造、礦產(chǎn)信息提取，遙感在礦產(chǎn)資源勘查中的應用等。由于缺乏遙感原理、遙感數(shù)字圖像處理等前導課程，以及遙感地質實際應用的地質背景知識，學生普遍感覺課程內(nèi)容概念抽象，難學難懂。因此，在“遙感地質學”教學過程中，進行創(chuàng)新型實驗課程設置，采用CDIO工程教育理念，引入“遙感地質專題”項目，通過項目引導，提高學生利用遙感科學與技術解決地質問題的動手能力與創(chuàng)新能力。

1.基于C DI O理念的“遙感地質專題”案例的引入—構思

“遙感地質學”是一門理論與實踐并重的課程，遙感地質專題創(chuàng)新型實驗項目的引入是該課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。教學過程中，老師提供幾個典型的遙感地質專題項目，如 “遙感找礦”、“遙感地質填圖”、“遙感在礦產(chǎn)資源評價中的應用”、“遙感地質信息提取與應用”、“遙感地質災害監(jiān)測預警研究”等。把班級的學生分為4～5個小組，每個同學根據(jù)自己的興趣選擇進1個組完成1個典型案例。

在此階段，教師的主要任務是引導學生根據(jù)項目的需求，完成項目的構思，具體包括實習所要完成的任務、所需要的時間、項目的總體安排以及具體的時間安排等內(nèi)容。同時，通過項目的需求分析與課程知識點的對接，讓學生運用課程的知識點，完成項目資料的準備與預處理工作，如根據(jù)項目任務范圍與項目經(jīng)費的多少，確定遙感數(shù)據(jù)源、遙感影像的空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率的大小等。

2.基于C DI O理念的“遙感地質專題”案例的討論—設計與實現(xiàn)

案例討論階段，教師的主要工作是引導學生自主學習、合作學習與探究性學習等學習方式，以小組為單位，通過案例討論的方式，解決案例中的關鍵問題與疑難問題。同時，根據(jù)項目的構思階段的安排，設計遙感地質專題項目的技術路線與技術流程圖。

以“遙感地質信息提取與應用”項目為例，遙感數(shù)據(jù)處理流程圖主要包括四個部分。首先，遙感數(shù)據(jù)預處理，該階段主要完成影像的校正、變換、遙感影像增強、融合、分割、分類等；其次，遙感影像判讀，主要根據(jù)遙感影像的波譜、紋理、陰影等特征進行遙感地質信息判讀；第三，遙感地質信息提取，主要包括地貌、巖石、地層、構造、礦產(chǎn)等地質信息提??；最后，野外驗證及結果分析，主要包括通過野外實地考察，對所提取的地質信息進行驗證。除此之外，還要求對驗證后的結果圖件進行圖形整飾與輸出，具體流程如圖1所示。

圖1 遙感地質專題信息提取與應用技術流程

各個小組通過設計項目的技術流程圖，讓每個學生明白項目需要完成的工作及工作量，同時，通過技術流程圖的設計，把課本知識與實踐內(nèi)容聯(lián)系起來，讓每個學生明白自己所要完成的實驗實踐操作，有計劃、有步驟地實施項目的各項工作，并互相學習與交流，直至完成既定的目標。最后，每個學生需要根據(jù)實驗現(xiàn)象與實驗結果，撰寫綜合設計性實驗報告。

3.基于C DI O理念的“遙感地質專題”案例的總結—運行

案例的總結即檢查與考核，可以讓學生以小組為單位，進行答辯，演示自己的工作，交流心得體會。從項目準備、原型設計、技術路線設計、項目實施過程、報告撰寫、匯報演示等角度綜合評定學生的能力，通過這種多元化的考核方法更突顯出學生的動手能力與創(chuàng)新能力。當然，案例的總結也可以由任課老師完成，教師可以圍繞每個小組案例設計的合理性、適用性、科學性、可操作性、實施效果等[5]，講明案例中的關鍵點及重難點，指出每個小組完成案例的優(yōu)點與不足，以及進一步優(yōu)化的方向，為下一輪的教學總結經(jīng)驗教訓。

三、結語

將工程教育理念CDIO應用到“遙感地質學”創(chuàng)新型實驗設計中，通過“遙感地質專題”案例項目設計，把課程內(nèi)容與實踐內(nèi)容有機地融合成一個整體，讓學生通過親自參加項目的構思—設計—實現(xiàn)—運行過程，完成“學中做、做中學”的教育目標。通過這種方式的學習，鍛煉空間信息與數(shù)字技術專業(yè)學生運用遙感科學與技術的知識解決地質問題的工程實踐能力與創(chuàng)新能力，為實現(xiàn)空間信息與數(shù)字技術專業(yè)培養(yǎng)“品德高尚、基礎厚實、專業(yè)精深、知行合一”的高素質本科畢業(yè)生的目標奠定扎實的基礎。

[1]吳沖龍，劉剛，田宜平，等．地礦勘查信息化與地礦信息科技學科建設[J]．中國地質教育，2005，14（1）：32-35．

[2]張冬梅，王媛妮．空間信息與數(shù)字技術專業(yè)復合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)研究[J]．教育教學論壇，2016，（24）：157-158．

[3]楊林，萬波，方芳．融合CDIO理念的“GIS軟件工程”實踐教學改革研究[J]．測繪通報，2015（12）：118-121．

[4]李剛，萬幼川．基于CDIO模式的“遙感原理與應用課程設計”創(chuàng)新型實驗教學示范[J]．測繪通報，2015（1）：134-136．

[5]韓立華，周穎，胡暢霞．CDIO理念下工程項目教學案例開發(fā)與應用實踐[J]．計算機教育，2015(24)：139-143．

CDIO; remote sensing geology; innovatory experiment design; project-based teaching

G642

A

1006-9372（2017）04-0067-03

Title:Innovatory Experiment Design on Remote Sensing Geology Based on CDIO Engineering Education Concept

Author(s):XU Kai, LIU Gang, WU Chong-long, HE Zhen-wen

2017-04-14。

湖北省高等學校省級教學研究項目（2016141）；中國地質大學（武漢）校級教學項目（2014A37）；中國地質大學（武漢）2016年本科教學工程項目（2016-38）；自然科學基金項目（41201193）。

徐凱，男，副教授，主要從事遙感地質、地學信息工程的教學與科研工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱：bjb3162@cugb.edu.cn

徐凱，劉剛，吳沖龍，等．基于CDIO工程教育理念的“遙感地質學”創(chuàng)新型實驗設計研究[J]．中國地質教育，2017，26（4）：67-69.