促進(jìn)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的遙感導(dǎo)論課教學(xué)模式探索

張競成　陳冬梅　尚平　陳豐農(nóng)　吳開華

【摘 要】大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是國家遙感青年人才隊(duì)伍建設(shè)的重要要求。本研究在對傳統(tǒng)遙感課程的教學(xué)模式進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，通過在大學(xué)低年級開設(shè)遙感導(dǎo)論課進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐。著重論述了問題導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)知識與應(yīng)用案例結(jié)合的教學(xué)方法，課堂討論、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程組織，以及課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外實(shí)踐聯(lián)系的能力培養(yǎng)等問題，并討論了課程實(shí)施過程在授課方式、討論題目設(shè)計(jì)以及成績評估等教學(xué)組織形式，為開設(shè)遙感導(dǎo)論課進(jìn)行大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

【關(guān)鍵詞】遙感；導(dǎo)論課；實(shí)踐創(chuàng)新能力；教學(xué)模式

中圖分類號： TP70 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0034-003

【Abstract】Cultivating college students' practical innovation ability is an important requirement for the national remote sensing youth talent team construction.Based on the analysis of traditional teaching methods of remote sensing courses， this study aims at teaching innovation through the introduction of an introduction class on remote sensing in the lower grades of the university.It focuses on problem-oriented instructional design， teaching methods that combine basic knowledge and application cases，curriculum organization that combines classroom discussion，reporting，and experimentation， and the ability to develop in-class learning and extracurricular practice，and discusses curriculum implementation.The process includes teaching methods， discussion topics design， and performance evaluation.The teaching organization forms provide experience and reference for the establishment of an introduction course on remote sensing for students' practical and creative abilities.

【Key words】Remote sensing；Introductory class；Practice innovation ability；Teaching mode

0 引言

遙感技術(shù)作為在當(dāng)代空間信息科學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展的學(xué)科，是一門集物理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、航天技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)等多學(xué)科、多領(lǐng)域高新技術(shù)于一體的技術(shù)。遙感技術(shù)作為唯一的全球觀測手段，在資源、環(huán)境、海洋、氣候、農(nóng)業(yè)等全球性可持續(xù)發(fā)展問題領(lǐng)域扮演著不可替代的作用。中國的遙感自20世紀(jì)70-80年代開始，經(jīng)過40余年的快速發(fā)展、積累醞釀、大膽創(chuàng)新，目前已經(jīng)形成了一個(gè)多學(xué)科交叉融合的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方向[1]。2010年，國務(wù)院《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年-2020年）》將高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)確定為16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一，要求統(tǒng)籌建設(shè)基于衛(wèi)星、飛艇、飛機(jī)的高分辨率先進(jìn)對地觀測系統(tǒng)，并能夠與其他觀測手段結(jié)合，形成全天候、全天時(shí)、全球覆蓋的對地觀測能力，以全面滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國家安全的需要。同時(shí)，中國還作為發(fā)起國積極參與了地球觀測組織GEO（Group on Earth Observations）這一政府間多邊科技合作機(jī)制的建設(shè)和運(yùn)行，推動建立一個(gè)綜合、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的全球綜合地球觀測系統(tǒng)[2]。

為保障這些關(guān)乎國計(jì)民生的重大計(jì)劃得以順利實(shí)施，我國遙感技術(shù)的人才隊(duì)伍的建設(shè)、培養(yǎng)迫在眉睫。其中，特別重要的是對在校大學(xué)生等青年專業(yè)人才的培養(yǎng)，提升他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力，以更好地適應(yīng)未來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。在這樣的背景下，對本科遙感教學(xué)而言，如何改革課程教學(xué)模式，以更有效地培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力是一個(gè)值得探討的問題。本文首先對遙感課程教學(xué)模式進(jìn)行分析，據(jù)此提出采用遙感導(dǎo)論課的教學(xué)方式并在授課過程中進(jìn)行教學(xué)模式創(chuàng)新。經(jīng)過授課實(shí)施能夠激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，取得顯著的教學(xué)效果。

1 遙感課程教學(xué)模式分析

目前隨著遙感、地理信息等相關(guān)專業(yè)在我國高校人才培養(yǎng)中日益受到重視，在不同學(xué)校、專業(yè)中設(shè)置了多種形式的遙感類課程，總體上分為遙感的概論性課程和專題性課程。兩類通課程常在本科較高年級開設(shè)，并且主要采用課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等方式。其中遙感概論性課程側(cè)重介紹遙感過程、遙感傳感器和平臺、遙感數(shù)據(jù)處理過程、遙感分類方法等基礎(chǔ)性內(nèi)容。而專題性遙感課程則根據(jù)個(gè)學(xué)校專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和大綱，著重講授遙感技術(shù)在某一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，如環(huán)境遙感、城市遙感、農(nóng)業(yè)遙感、水色遙感等，一般教學(xué)內(nèi)容上具有較強(qiáng)的針對性。在課堂教學(xué)模式上，開展了諸多有益的探索和嘗試。盧曉峰和劉春國（2011）結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面對遙感課程的教學(xué)方法加以探討，提出教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)和深度應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)有所不同，同時(shí)應(yīng)把ERDAS、ENVI等常用軟件穿插進(jìn)入課堂教學(xué)中，提高學(xué)生綜合分析解決問題的能力[3]。梁保平等（2011）提出整合遙感課程教學(xué)內(nèi)容，采用啟發(fā)式、網(wǎng)絡(luò)化等教學(xué)方式，并引入“科研案例”，以培養(yǎng)學(xué)生的興趣，提高創(chuàng)新能力[4]。競霞等（2013）從課程體系、教學(xué)模式及實(shí)踐教學(xué)等方面探討了《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式改革的方向，認(rèn)為合理組織、科學(xué)架構(gòu)課程體系，并根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)采用不同教學(xué)方法對提升課程教學(xué)效果至關(guān)重要[5]。郭鵬等（2017）提出采用項(xiàng)目教學(xué)法將教學(xué)與科研進(jìn)行互動的教學(xué)新模式[6]。此外，在教材和教師隊(duì)伍方面，黃妙芬等（2016）對我國遙感課程教材的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出教材建設(shè)的思路[7]。蘆少春和孟慶燕（2013）在討論如何使遙感課程建設(shè)與改革符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求時(shí)，強(qiáng)調(diào)要著力加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè)，并完善專業(yè)培養(yǎng)方案[8]。綜觀各位教學(xué)研究者對遙感課程教學(xué)模式改革的思考，可以看到如何提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力并培養(yǎng)創(chuàng)新能力是改革的核心問題，也是評價(jià)一個(gè)模式優(yōu)劣的根本標(biāo)準(zhǔn)。本研究即是在這樣的背景下提出通過在低年級開設(shè)遙感導(dǎo)論課的方式，以期提高大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2 開設(shè)遙感導(dǎo)論課的意義

作為一門具有高度綜合性的前沿學(xué)科，遙感技術(shù)及其發(fā)展涉及到是計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、數(shù)字信號、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識，同時(shí)其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用還與生物學(xué)、農(nóng)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科知識有關(guān)，因此學(xué)生在這些學(xué)科相關(guān)知識的理解必將會影響到遙感技術(shù)的學(xué)習(xí)效果及創(chuàng)新能力。美國著名的博耶報(bào)告《重建本科教育———美國研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》中明確提出，構(gòu)建新生探究式的一年級教學(xué)、建立基于研究的學(xué)習(xí)模式、拆除各學(xué)科間教育的壁壘、創(chuàng)造性地利用信息技術(shù)等對于大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性[9]。日本的一些大學(xué)設(shè)置了“復(fù)合新領(lǐng)域科學(xué)”專業(yè)，旨在對近十年新興前沿科學(xué)的介紹[10]。因此，如能在大學(xué)低年級開設(shè)遙感技術(shù)導(dǎo)論課，通過通俗淺顯的講授、討論和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生了解遙感技術(shù)的基本概念和前沿問題，并激勵(lì)同學(xué)對這一領(lǐng)域產(chǎn)生興趣。同時(shí)，理解各門基礎(chǔ)課與遙感學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系及支撐作用，有利于其在基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)過程中能夠更好地掌握相關(guān)知識，通過知識的融會貫通更好地支持其在高年級對遙感技術(shù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和研究。另一方面，較早地接觸遙感技術(shù)的相關(guān)知識和前沿能夠從客觀上延長大學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)和探索的時(shí)間，能夠促使對遙感技術(shù)感興趣的同學(xué)更有效地利用課外時(shí)間，通過自學(xué)、參與教師科研、參與應(yīng)用實(shí)踐、參加競賽等多種方式培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3 遙感導(dǎo)論課的教學(xué)模式

3.1 問題導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)

“問題導(dǎo)向”是學(xué)者們基于20世紀(jì)著名哲學(xué)家波普爾的問題理論提出的基于問題或者問題導(dǎo)向的教學(xué)方式[11]。通過問題導(dǎo)向的教學(xué)方式，可以將教師向?qū)W生信息傳遞的單向過程變?yōu)榻處?、學(xué)生、教學(xué)媒介三個(gè)因素的互動過程，有利于打破灌輸式課堂教學(xué)的種種弊端，形成良好的教學(xué)氛圍[12]。作為一門為低年級本科生開設(shè)的遙感導(dǎo)論課，課程設(shè)計(jì)采用啟發(fā)式教育，在各個(gè)課程專題課前和課后均會向?qū)W生拋出一些問題，引導(dǎo)其查閱文獻(xiàn)資料并進(jìn)行主動思考。在授課過程中圍繞問題的起因、解決自然引出理論、技術(shù)的發(fā)展和具體內(nèi)容。在授課過程中，通過不斷提問、討論的方式引導(dǎo)學(xué)生主動思考。在課后，留下一些討論的問題，供學(xué)生課后查閱相關(guān)資料作延伸學(xué)習(xí)，并在下堂課中交流。經(jīng)實(shí)踐，這種問題導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)能夠明顯提高學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探索的熱情。并且，問題導(dǎo)向的課程教學(xué)實(shí)際上培養(yǎng)了學(xué)生主動參與解決問題的能力，因此能夠潛移默化地使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到培養(yǎng)和發(fā)展。

3.2 基礎(chǔ)知識與應(yīng)用案例結(jié)合的教學(xué)方法

遙感技術(shù)作為一門實(shí)踐應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，在技術(shù)的發(fā)展和各行各業(yè)的應(yīng)用中已產(chǎn)生了大量的文獻(xiàn)、資料，為課堂教學(xué)提供了豐富的案例資源。作為一門低年級導(dǎo)論課，通過案例引入內(nèi)容、闡述知識能夠很好地規(guī)避直接講授一些理論方法的枯燥，能夠有效化解學(xué)生的畏難情緒。陳玲等（2016）在林業(yè)遙感類課程中應(yīng)用了案例式教學(xué)，教學(xué)效果得到了本科生的充分肯定[13]。劉健等（2010）采用案例教學(xué)開展“3S技術(shù)”課程，從案例選擇、課件制作等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提升了教學(xué)效果[14]。遙感導(dǎo)論課在案例選擇上應(yīng)注意綜合考慮案例的典型性，學(xué)生的知識背景和接受度等。如在講述遙感分類方法時(shí)，可以通過介紹基于遙感影像的城市規(guī)劃、違章建筑監(jiān)測等與社會生活息息相關(guān)的應(yīng)用案例，在活躍課堂氣氛的同時(shí)，使同學(xué)自覺主動地進(jìn)入對理論方法的學(xué)習(xí)。

3.3 課堂討論、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程組織

遙感導(dǎo)論課在課程組織上，采用課堂討論、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對課堂講授進(jìn)行補(bǔ)充。其中課堂討論有助于活躍學(xué)生的思維，引起對問題的深入思考。如在介紹遙感與地理信息系統(tǒng)關(guān)系內(nèi)容時(shí)，請同學(xué)以交通導(dǎo)航服務(wù)為背景分析RS與GIS技術(shù)以怎樣的方式結(jié)合進(jìn)行空間分析；在介紹影像時(shí)間、空間、光譜分辨率時(shí)，請同學(xué)就應(yīng)用遙感影像是否能夠找到失聯(lián)的馬航MH370客機(jī)為題分正反方進(jìn)行辯論。另一方面，在一些專題講授結(jié)束時(shí)請一些小組同學(xué)進(jìn)行課程報(bào)告，鼓勵(lì)其主動查詢資料并對其進(jìn)行歸納整理，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力、合作意識。如在遙感傳感器的內(nèi)容時(shí)，請同學(xué)舉例介紹一種遙感傳感器。同學(xué)的報(bào)告經(jīng)過資料搜集整理，涉及到光學(xué)、微波、熱紅外、激光雷達(dá)等多種類型傳感器，并對其進(jìn)行討論、對比，大大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。此外，實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生對于所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生主觀認(rèn)識和感受，對技術(shù)的一些關(guān)鍵點(diǎn)有更深的認(rèn)識和理解。課程的實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)了一個(gè)遙感影像作物面積提取和分類的實(shí)驗(yàn)，包括了原始影像獲取、影像輻射校正、大氣校正、幾何校正，地物光譜特征，以及分類器使用等多個(gè)環(huán)節(jié)，使同學(xué)在熟悉ENVI， ARCGIS等常用軟件的同時(shí)，對遙感信息提取的整個(gè)過程有了感性認(rèn)識。課程實(shí)踐表明，通過課堂討論、報(bào)告和實(shí)驗(yàn)三種方式的結(jié)合，能夠有效加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，使書本的“死”的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生自己頭腦中“活”的知識。

3.4 課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外實(shí)踐聯(lián)系的能力培養(yǎng)

在課程教學(xué)之外，遙感導(dǎo)論課的另一嘗試是通過科研項(xiàng)目參與和競賽，將學(xué)生的課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系。對創(chuàng)新能力培養(yǎng)而言，課堂學(xué)習(xí)好比為學(xué)生提供原料，課外實(shí)際活動則類似一個(gè)“發(fā)酵”的過程，能夠最終醞釀出創(chuàng)新的思維和成果。課外實(shí)踐活動中，參與科研和參加競賽是兩種重要的形式[15]。讓一部分有興趣的本科學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，能夠使學(xué)生接觸到最新的科研成果，從參與解決實(shí)際問題的過程中增進(jìn)學(xué)習(xí)，習(xí)慣創(chuàng)新探索的過程，享受參與解決實(shí)際問題的成就感。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，部分學(xué)生參與了關(guān)于無人機(jī)遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，對植物光譜分析，遙感高光譜影像處理產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在作物病蟲害監(jiān)測等方面進(jìn)行了一些有益的嘗試。另一方面，在課程學(xué)習(xí)和參與科研的過程中產(chǎn)生的思路亦能夠?yàn)楦傎愄峁┧夭?，能夠支持學(xué)生申報(bào)如“挑戰(zhàn)杯”，“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等比賽。通過比賽提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、心理素質(zhì)和團(tuán)隊(duì)合作。當(dāng)今和未來的創(chuàng)新事業(yè)通常是一個(gè)團(tuán)隊(duì)而非一個(gè)人的工作模式，而參與競賽客觀上能使學(xué)生體驗(yàn)競爭與合作，使學(xué)生在未來的人生路上敢于創(chuàng)新，擅于創(chuàng)新。

4 遙感導(dǎo)論課教學(xué)實(shí)踐與思考

針對低年級本科生的遙感導(dǎo)論課在學(xué)院內(nèi)進(jìn)行了一次全新的嘗試，在遙感傳感器，遙感數(shù)據(jù)處理方法介紹的基礎(chǔ)上，通過研討、報(bào)告交流的方式與同學(xué)分享了遙感技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境、城市、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的最新成果和發(fā)展動態(tài)。同學(xué)整體反響熱烈，呈現(xiàn)出比較高的積極性，并在課外與教師主動聯(lián)系，部分學(xué)生參與到了教師的科研中，并組隊(duì)參加競賽。為此，筆者認(rèn)為在大學(xué)本科低年級開設(shè)遙感導(dǎo)論課對于培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力是一次有益嘗試，能使學(xué)生為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)作好充分準(zhǔn)備，并引導(dǎo)學(xué)生更有效地掌握低年級基礎(chǔ)性課程知識。

在遙感導(dǎo)論課的實(shí)施過程中，結(jié)合授課感受、學(xué)生反饋等對課程組織進(jìn)行如下思考，以期進(jìn)一步提高教學(xué)效果：1.為保證討論、報(bào)告的效果和學(xué)生參與度，該種授課方式應(yīng)對授課規(guī)模及分組有人數(shù)限定，一般課堂規(guī)模不宜超過30人，對學(xué)生宜進(jìn)行4-6組的分組，每組5人。2.對討論和報(bào)告的題目設(shè)計(jì)需要隨教學(xué)進(jìn)程由淺入深，由易到難，內(nèi)容上應(yīng)充分把握內(nèi)容針對性和開放性的尺度和分寸。3.課程成績組成及評價(jià)上應(yīng)采用多元化，將平時(shí)成績、討論表現(xiàn)、報(bào)告質(zhì)量、期末成績等有機(jī)結(jié)合。同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)評價(jià)時(shí)應(yīng)注意既不可僅評價(jià)個(gè)人忽略團(tuán)隊(duì)，也不能對團(tuán)隊(duì)成員的貢獻(xiàn)度不加以區(qū)分，傷害部分學(xué)生的積極性。4.授課內(nèi)容、話題等需要不斷更新，體現(xiàn)最新的技術(shù)前沿，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中充分感受創(chuàng)新，學(xué)習(xí)創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧行發(fā)，余濤，田國良，等.40年的跨越—中國航天遙感蓬勃發(fā)展中的“三大戰(zhàn)役”.遙感學(xué)報(bào)，2016，20（5）：781-793.

[2]徐冠華，柳欽火，陳良富，等.遙感與中國可持續(xù)發(fā)展：機(jī)遇和挑戰(zhàn).遙感學(xué)報(bào)，2016，20（5）：679-688.

[3]盧曉峰，劉春國，《遙感原理與應(yīng)用》教學(xué)方法的探討.地理空間信息，2011（4）：162-164.

[4]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(shí)踐探討.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（11）：112-114.

[5]競霞，胡榮明，琚存勇.《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式改革探討.信息系統(tǒng)工程，2013（6）：157-160.

[6]郭鵬，徐麗萍，張國順.地方高校遙感課程教學(xué)與科研互動模式研究.地理空間信息，2017，15（12）.

[7]黃妙芬，孔亮，張明亮.我國遙感課程教材現(xiàn)狀分析及建設(shè)方法研究.教育現(xiàn)代化，2016（3）.

[8]蘆少春，孟慶燕.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的遙感課程建設(shè)與改革.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2013，30（4）：123-124.

[9]劉寶存.美國研究型大學(xué)本科生教育重建：進(jìn)展·問題·走向. 外國教育研究，2006（6）：8-14.

[10]伊廷華，張杰，李宏男.研究型大學(xué)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的幾點(diǎn)思考.中國建設(shè)教育，2012（Z1）.

[11]焦利芳，張聰.基于再造理念對我國高等教育改革的思考. 高等農(nóng)業(yè)教育，2003（8）：16-19.

[12]薛繼東.“問題導(dǎo)向”的大學(xué)課堂教學(xué).山西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013（s3）：76-78.

[13]陳玲，郝文乾，劉艷春.林業(yè)遙感類高級課程案例式教學(xué)模式的實(shí)踐與思考.中國林業(yè)教育，2016，34（4）：67-74.

[14]劉健，余坤勇，賴日文，等.“3S技術(shù)”課程案例教學(xué)的研究. 中國林業(yè)教育，2010（3）：72-76.

[15]黃鎖義，黎巧玲，林夢瑤，等.以科研和競賽為特色的導(dǎo)師制實(shí)踐型教學(xué). 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2015， 34（10）：168-171.