非遙感專業(yè)“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”教學(xué)模式探討

目前，多個高校與地學(xué)相關(guān)的非遙感專業(yè)，如地理信息系統(tǒng)開設(shè)了“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”的專業(yè)必修課，以期學(xué)生在掌握了基礎(chǔ)的遙感技術(shù)與應(yīng)用方法后，能更好地投身于城市、交通規(guī)劃以及農(nóng)林業(yè)管理等領(lǐng)域的建設(shè)。然而，遙感本身就是一個交叉學(xué)科，包括地理信息系統(tǒng)等多個地學(xué)相關(guān)專業(yè)。因此，在本科生教學(xué)和培養(yǎng)方面對授課教師提出了更高的要求，即在傳統(tǒng)課本知識點講授的同時，需兼顧快速發(fā)展的遙感探測技術(shù)，拓寬學(xué)生的知識面；培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新思維，以應(yīng)對快速變化的環(huán)境需求；考慮非遙感專業(yè)本科生零基礎(chǔ)的授課環(huán)境，切實擔(dān)當(dāng)起引路人和橋梁的作用，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

遙感屬于武漢大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科，在該專業(yè)成果產(chǎn)出和人才培養(yǎng)收獲頗豐的當(dāng)下，更應(yīng)該將其作為基礎(chǔ)的專業(yè)必修課更好地服務(wù)于相關(guān)地學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)，為城市國土、電力、規(guī)劃、水利等領(lǐng)域輸送優(yōu)質(zhì)的專業(yè)人才，同時為遙感和其他地學(xué)專業(yè)的科研人才培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。筆者立足于自身對非遙感專業(yè)的“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”教學(xué)經(jīng)歷，結(jié)合多年的研究生培養(yǎng)經(jīng)驗以及與相關(guān)科研院所、企事業(yè)單位項目合作時了解到的人才需求，提出了“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”教學(xué)模式的改進(jìn)建議。

一、開設(shè)“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”課程的必要性

我國正面臨著城市化進(jìn)程加快、人口遷移、環(huán)境污染、能源開發(fā)等多方面的壓力與挑戰(zhàn)，伴隨而來的是對相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和專業(yè)人才隊伍培養(yǎng)的迫切需求。在科技發(fā)展方面，我國已開始實施“國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）”，其中明確指出，“按照一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)協(xié)同的發(fā)展思路，根據(jù)觀測任務(wù)的技術(shù)特征和用戶需求特征，重點發(fā)展陸地觀測、海洋觀測、大氣觀測三個系列，構(gòu)建由七個星座及三類專題衛(wèi)星組成的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，逐步形成高、中、低空間分辨率合理配置、多種觀測技術(shù)優(yōu)化組合的綜合高效全球觀測和數(shù)據(jù)獲取能力”。[1]以上遙感衛(wèi)星的發(fā)展目標(biāo)是為了滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，更好地服務(wù)于國土、海洋、測繪、環(huán)境保護(hù)、民政、氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地震、交通、統(tǒng)計、公安、能源、住房城鄉(xiāng)建設(shè)等領(lǐng)域。[2]因此，人才隊伍建設(shè)方面更需要掌握遙感領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用方法。

然而，在實際的教學(xué)工作中，還有不少任課老師亟待解決的問題。如非遙感專業(yè)的基礎(chǔ)較差，以地理信息系統(tǒng)的本科生為例，在大學(xué)二年級接受遙感專業(yè)課教學(xué)之前，沒有接觸過任何遙感平臺、數(shù)據(jù)和應(yīng)用，無法快速的理解遙感理論方法，且在此后的學(xué)習(xí)過程也不同于遙感專業(yè)的本科生，沒有較多的實踐機(jī)會。因此，學(xué)習(xí)熱情和主動性需要進(jìn)一步依靠授課老師調(diào)動。不僅于此，當(dāng)今遙感技術(shù)發(fā)展迅速，以激光雷達(dá)衛(wèi)星為例，從最早的高程探測GLAS，到氣溶膠探測CALIPSO，[3]直至最近發(fā)射的測風(fēng)激光雷達(dá)衛(wèi)星Aeolus，整個激光雷達(dá)衛(wèi)星在大氣遙感探測技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)歷了近二十年的跨度，而現(xiàn)有教材對激光雷達(dá)遙感技術(shù)的介紹多以點云掃描、三維重建為主。顯然，現(xiàn)有的遙感授課知識已部分落后于快速發(fā)展的遙感新技術(shù)手段，需要擴(kuò)充課本知識。針對現(xiàn)有環(huán)境的局限和約束，筆者開展了以下幾個方面的改進(jìn)，試圖突破非遙感專業(yè)“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”的教學(xué)瓶頸。

二、對非遙感專業(yè)“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”課程教學(xué)改革的建議

1.改善教學(xué)環(huán)境。對于沒有基礎(chǔ)的非遙感專業(yè)本科生來說，與實際結(jié)合，從應(yīng)用需求出發(fā)是提升他們?nèi)腴T速度的關(guān)鍵。以地理信息系統(tǒng)的本科生為例，教師可以以應(yīng)用需求入手，給出衛(wèi)星遙感、遙感影像處理、遙感信息提取的各驟概念和流程，以及相關(guān)數(shù)據(jù)對城市規(guī)劃發(fā)展的幫助，這樣能較好地構(gòu)建起地理信息專業(yè)與遙感技術(shù)手段之間的聯(lián)系，提升學(xué)生的關(guān)注程度。在教材方面可以采用多書結(jié)合，多平臺結(jié)合的方式。例如，趙英時的《遙感應(yīng)用分析原理與方法》一書可以讓學(xué)生更系統(tǒng)地了解可見光、紅外、高光譜遙感；盛裴軒的《大氣物理學(xué)》一書則能讓學(xué)生更清晰地梳理大氣輻射對地物探測的影響作用；梁順林的《定量遙感》一書，可以幫助學(xué)生深化認(rèn)知高質(zhì)量、多元參數(shù)遙感探測需要掌握的模式、步驟和處理方法。此外，百度文庫、果殼網(wǎng)短視頻都為授課老師提供了豐富的資源。授課老師可以根據(jù)規(guī)定授課教材的教學(xué)進(jìn)度，適時補(bǔ)充所需要的相關(guān)內(nèi)容，以迎合當(dāng)前快速發(fā)展遙感平臺的需求。

2.突破固有模式。傳統(tǒng)遙感教材多以遙感影像處理為出發(fā)點，緊密圍繞多光譜、高分辨率、高光譜影像的數(shù)據(jù)分析開展方法和應(yīng)用的探討。但實際上，在遙感探測技術(shù)高速發(fā)展的今天，遙感早已擴(kuò)展至影像數(shù)據(jù)分析的范圍以外。因此，在遙感專業(yè)課的授課過程當(dāng)中，應(yīng)保持知識點深度及知識面廣度的兼顧。[4]與早前的遙感學(xué)科不同，隨著遙感探測手段的迅速發(fā)展，想利用好國內(nèi)外已有的遙感觀測平臺，首先需要從硬件入手。了解每個儀器的性能、特點、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法之后，才能確保定量遙感的精度和遙感數(shù)據(jù)分析的有效性。因此，筆者以武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室已有的大氣觀測平臺為例，介紹太陽光度計和激光雷達(dá)兩種主被動大氣遙感探測儀器的組成部件、探測原理、定標(biāo)方法，為學(xué)生創(chuàng)造更直觀接觸遙感器件的機(jī)會，進(jìn)而再延伸至當(dāng)今熱門的主、被動衛(wèi)星遙感探測和地基組網(wǎng)觀測，讓學(xué)生在升階遞進(jìn)的過程中理解遙感原理，深化遙感應(yīng)用。為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，筆者在教學(xué)過程中將學(xué)生進(jìn)行小組劃分，每組4～5人，提升他們在課余作業(yè)時的討論程度，促進(jìn)學(xué)生之間的交流，以期在此過程中形成互相幫助的良性機(jī)制，共同協(xié)力完成課程實踐任務(wù)。

3.教師優(yōu)勢的發(fā)揮與外界力量的幫扶。作為國家實驗室的研究型教師，筆者在日常工作中多與研究生、項目合作方接觸，在此期間，深知科研院所、企事業(yè)單位對人才需求的側(cè)重點，以及當(dāng)前本科生過渡到研究生和工作環(huán)境中所存在的問題。筆者認(rèn)為，授課老師在日常教學(xué)中應(yīng)跳出書本的范圍，結(jié)合自身的科研工作經(jīng)驗，有指向性的架設(shè)本科生向研究生轉(zhuǎn)化的橋梁，在知識點傳授的過程中，促進(jìn)形成自主思考、主動探索并不斷創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)。[5]如前所述，遙感本身就是一門交叉學(xué)科，教學(xué)型的老師雖然能概括出整個遙感大方向的知識面，然而部分知識點的討論深度還不夠，行業(yè)需求和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)仍需要進(jìn)一步改善提高；科研型老師雖然有深入的研究領(lǐng)域，但是整體把握程度還略顯不足。因此，針對有工作訴求的本科生，作者采用外力幫扶的方式，進(jìn)行目標(biāo)明確的知識點擴(kuò)充。例如，在講授微波雷達(dá)時，利用1～2個學(xué)時請高校從事微波雷達(dá)研究并擁有教學(xué)經(jīng)驗的老師扣住專題進(jìn)行講授以及課內(nèi)討論，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)、聽課、討論、復(fù)習(xí)的過程中有選擇性地對某些知識點進(jìn)行深化。整體授課框架如圖1所示。

圖1 “遙感技術(shù)及其應(yīng)用”課程結(jié)構(gòu)框架圖

總之，“遙感技術(shù)及其應(yīng)用”作為專業(yè)必修課，為地學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生提供了必要的基礎(chǔ)知識，是他們從事相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)、繼續(xù)深造、開展后續(xù)研究的前提保障。教授該門課程時，需要顧及學(xué)生的零基礎(chǔ)客觀約束條件，尊重當(dāng)前遙感探測技術(shù)發(fā)展迅速的客觀現(xiàn)實，從應(yīng)用需求入手引導(dǎo)學(xué)生去理解，跳出課本去挖掘新進(jìn)的遙感資料，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。最重要的是激發(fā)他們的熱情，使學(xué)生在討論、反饋中不斷進(jìn)步，提升創(chuàng)新思維的能力，以從容應(yīng)對行業(yè)從業(yè)需求和科研攻堅開拓的考驗。