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

馬盈盈 史碩

摘 要：武漢大學(xué)有著突出的遙感學(xué)科優(yōu)勢，從最早的測繪專業(yè)起步，逐步開展了攝影測量、遙感等方向的本科生教育工作，累積了豐富的教學(xué)基礎(chǔ)和科研經(jīng)驗。隨著人才的產(chǎn)出、科研成果的不斷累積以及時代發(fā)展對學(xué)科知識的需要，不少非遙感專業(yè)也開設(shè)了遙感相關(guān)的專業(yè)必修課，但在日常教學(xué)中還有需要注意銜接和改進的地方。首先，遙感本身屬于交叉學(xué)科，特別是在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，如何把不斷發(fā)展的、先進的遙感知識傳授給學(xué)生是本科生教育的挑戰(zhàn)；其次，非遙感專業(yè)的學(xué)生在沒有理論基礎(chǔ)的前提下，如何調(diào)動學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)其創(chuàng)新和實踐動手能力是遙感知識傳授中需要攻克的難點。為此，本文給出了若干教學(xué)經(jīng)驗和改進意見。

關(guān)鍵詞：本科教育；教學(xué)模式；遙感技術(shù)

作者簡介：馬盈盈，博士，武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室副研究員；史碩，博士，武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室副研究員。（湖北 武漢 430072）

基金項目：本文系國家自然科學(xué)基金面上項目“高光譜分辨率激光雷達的氣溶膠多參數(shù)反演及其輻射估算應(yīng)用研究”（編號：41875038）及湖北省自然科學(xué)基金面上項目“湖北省灰霾氣溶膠的輻射特性和輸送源研究”（編號：2017CFB404）與“351人才計劃”項目的研究成果。

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）35-0027-02

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、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，沒有較多的實踐機會。因此，學(xué)習(xí)熱情和主動性需要進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)激光雷達衛(wèi)星Aeolus，整個激光雷達衛(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，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)進度，適時補充所需要的相關(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會，進而再延伸至當(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)生在升階遞進的過程中理解遙感原理，深化遙感應(yīng)用。為了進一步激發(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，進行目標(biāo)明確的知識點擴充。例如，在講授微波雷達時，利用1～2個學(xué)時請高校從事微波雷達研究并擁有教學(xué)經(jīng)驗的老師扣住專題進行講授以及課內(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行深化。整體授課框架如圖1所示。

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。

參考文獻：

[1]王禮恒.中國航天將全面進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展時代[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2016，（11）：95.

[2]國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2015，（11）：64-70.

[3]馬盈盈，毛飛躍.遙感專業(yè)“激光遙感”教學(xué)改革探討[J].新課程研究（中旬刊），2014，（11）：56-57.

[4]徐景中.城市遙感課程建設(shè)與思考[J].地理空間信息，2018，16（8）：114-116+9.

[5]龔龑，張熠，方圣輝，彭漪.高校工科教學(xué)知識點與科學(xué)精神關(guān)聯(lián)培養(yǎng)探討——以遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)為例[J].測繪通報，2017，（2）：143-146.

責(zé)任編輯 陳 莉