城市遙感課程建設與思考

徐景中

（1.武漢大學 遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079）

目前，武漢大學、同濟大學、中國地質大學、南京信息工程大學等高校均開設了遙感課程[1,2]，并為國家培養(yǎng)了一批批服務于城市國土、電力、規(guī)劃、水利等方面的畢業(yè)生。為了適應社會主義現(xiàn)代化建設需要，武漢大學遙感信息工程學院于2013年發(fā)布了《城市遙感》課程的培養(yǎng)方案（2013版），作為遙感信息工程方向本科生的專業(yè)選修課[3]，并于2017年重新修訂，對學院畢業(yè)生知識、能力與素質提出新的要求[4]。對此，有必要對目前開設的城市遙感課程進行改造和更新，使其能涵蓋最新的遙感技術進展，給學生以更新的專業(yè)知識、更全面的專業(yè)能力鍛煉。

1 課程培養(yǎng)目標

根據(jù)課程培養(yǎng)方案修訂結果，城市遙感課程培養(yǎng)目標在于，使學生了解城市遙感技術的發(fā)展，掌握遙感科學與技術在城市建設各領域中的應用，熟悉城市遙感典型問題的解決方法，進一步學習遙感數(shù)據(jù)處理的相關理論與方法。通過該課程的學習，學生不僅能深刻理解遙感理論與方法基礎，更能掌握過硬的實踐技術，能針對城市建設過程中的實際問題，選擇合適的手段，具備解決實際問題的能力。

從課程培養(yǎng)目標可以看出，該課程不僅要求對學生專業(yè)理論基礎知識的培養(yǎng)，而且重視學生對城市建設問題的分析和解決能力的鍛煉。當然，這種能力的培養(yǎng)，僅靠課堂教學是無法完成的，課程建設需緊密結合教學實踐方能滿足解決遙感類復雜工程問題能力的拔尖創(chuàng)新人才和專門人才的培養(yǎng)需求。

2 課程特點

城市遙感是遙感技術在城市建設各領域的具體應用，該課程具有如下特點：

1）理論與實踐并重。隨著城市化和工業(yè)化的加速，城市面貌日新月異，城市規(guī)模急劇擴張，但隨之而來的是城市人口暴增、交通堵塞、資源短缺、環(huán)境惡化、地質災害頻發(fā)等問題。遙感作為城市建設與環(huán)境監(jiān)測的主要手段，不可避免需要聚焦城市發(fā)展過程中的重點與難點問題，因此城市遙感課程不僅需要在教學內容設置上對此有所兼顧，而且需要安排技術方法的實踐環(huán)節(jié)。

2）深度及廣度兼顧。由于城市遙感應用涉及多個領域，因此，城市遙感課程的教學內容知識點多而雜，教學內容除包括城市基礎地理信息數(shù)據(jù)采集、景觀管理與三維展示外，還包括城市人口、能源、水資源、污染控制和土地利用等城市生態(tài)環(huán)境調查、城市發(fā)展演變分析等方面，應用領域涉及交通、林業(yè)、地質等多個行業(yè)[5,6]?？紤]到課堂教學課時限制，不可能在各個領域過多深入，因此，課程內容的設置必須兼顧專業(yè)深度與應用廣度。

3）與專業(yè)課程銜接緊密。城市遙感技術不僅涉及多種遙感平臺（如航天、航空、低空以及地面等平臺），而且包含各種傳感器類型（如可見光相機、紅外相機、SAR、LiDAR、微波輻射計、散射計、地面移動測量車等），數(shù)據(jù)種類繁多、機理復雜，且針對城市不同應用，處理方式也有差異。因此，該課程要求的先修課程較多，不僅是遙感原理與應用、遙感圖像解譯、遙感應用模型等的直接運用，同時也是攝影測量技術、數(shù)字圖像處理技術、微波遙感、激光遙感等課程的綜合運用，因此在課程內容設置上需緊密結合各專業(yè)基礎課，合理安排教學內容。

3 城市遙感教學現(xiàn)狀及思考

3.1 教學現(xiàn)狀

目前在城市遙感教學過程中，主要存在如下幾點問題：

1）知識脈絡不清晰。城市遙感課程知識涉及面廣，不僅需要學生掌握遙感專業(yè)基礎理論知識，還要了解城市規(guī)劃、環(huán)境、林業(yè)、地質等專業(yè)背景，知識脈絡涵蓋從遙感數(shù)據(jù)到城市空間信息到城市管理的一體化處理與應用整個范疇。因此，學生在學習過程中反映課程知識點分散，部分知識點難以理解。其原因一方面是由于學生在學習過程中忽略了知識體系的完整性，只是單純學習某個知識點，致使學到的知識分散、孤立，同時也反映該課程知識脈絡不夠清晰，有待進一步梳理。

2）教材內容陳舊。高質量的教材是課程建設的關鍵，也是教學活動的基礎[7]。由于城市遙感發(fā)展迅速， 知識更新快，教材內容已經跟不上城市遙感快速發(fā)展的要求。目前，國內的城市遙感方面的參考教材較少，武漢大學出版的《城市遙感》一書，內容接近教學大綱要求，但知識點不夠深入，且有些內容已經發(fā)生了改變，對紅外遙感、微波遙感、激光遙感等幾乎沒有介紹，已經跟不上快速發(fā)展的城市遙感技術的腳步和學生學習的需求。

3）專業(yè)教師缺乏。教師的專業(yè)素養(yǎng)通常決定教學的成敗[8]，對于城市遙感課程尤其如此。承擔該課程的教師，不僅需要理解教學大綱和教材，把握城市遙感知識體系，更需要具備一定的行業(yè)實踐經驗，不斷了解學科的最新發(fā)展。此外，教師還應該積極從事城市建設相關的科研工作，具有解決城市建設實踐問題的能力，并能將最新的科研成果引入到具體教學中。這對于城市遙感課程教師而言是個挑戰(zhàn)，目前仍需培養(yǎng)一批專業(yè)從事該項工作的教師，以快速承擔起城市遙感課程的教學工作。

3.2 城市遙感教學內容及方法改進

1）教學內容優(yōu)化。優(yōu)化教學內容，是避免學生對課程知識脈絡把握不清、對所學專業(yè)知識難以靈活運用的重要工作?？紤]到城市遙感課程內容涉及面廣、實踐性強，其教學內容的優(yōu)化需要結合課程特點，緊扣遙感科學與技術學科知識體系脈絡，對現(xiàn)有教材相關內容進行優(yōu)化和整合，壓縮提煉其他課程已有的知識點，增加城市遙感新的技術方法，梳理城市遙感典型應用案例，最終形成一個完整的知識體系。圖1是《城市遙感》課程的知識體系框架，課程主要以遙感影像判讀、城市目標提取及重建以及城市目標變化檢測為主，介紹遙感在城市規(guī)劃、交通、園林、環(huán)境等領域的典型應用，在此基礎上補充新型遙感傳感器、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等最新技術在城市發(fā)展中的應用內容，進一步優(yōu)化和完善城市遙感知識體系。

圖1 城市遙感知識體系框架

此外，注重與現(xiàn)有專業(yè)課程的銜接也是教學內容優(yōu)化需要考慮的重要因素之一。由于城市遙感包含不同專題的遙感影像處理技術，比如城市線狀目標提取方法、城市人工目標三維重建方法、城市變化檢測、數(shù)字園林建設等，拋開特有的行業(yè)知識背景，單就遙感影像處理方法而言，其所涉及的知識點，既包含了二維道路檢測與追蹤方法，又包括基于影像的三維信息提取方法；既涵蓋二維、三維城市變化檢測方法，又涉及城市園林數(shù)據(jù)采集、建庫等知識。因此，教學內容設置必須注意與相關課程的銜接。既要避免重復講解，又需要對必要知識點有所提及，根據(jù)學生知識結構合理安排教學內容。

2）教材建設。在教材建設方面，需要圍繞教學內容優(yōu)化方案，在現(xiàn)有參考教材《城市遙感》的基礎上對該課程的教學內容進行補充和更新，建設反映當前城市遙感最新發(fā)展，適合現(xiàn)代化創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高質量教材，剔除陳舊過時的內容，并利用互聯(lián)網和外文文獻資料， 對城市遙感發(fā)展最快、最熱的部分章節(jié)進行補充修訂，彌補現(xiàn)有教材部分內容陳舊和深度不足的弊端。通過引入城市遙感的最新技術以及城市典型問題的解決方案，提高學生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。教材建設是課程建設下一步工作的重點內容之一。

3）教學方法轉變。課堂教學仍是系統(tǒng)學習城市遙感課程理論的主要途徑，因此，教學方法與教學內容同樣重要。為了更好地提升課堂教學效果，任課教師除了需要精心制作高質量的多媒體課件、多利用實際案例進行知識點講解外，還需要轉變教學模式，由老師講轉變成增加部分討論課，讓學生參與課堂。要把傳統(tǒng)的教師“教”為主， 轉變?yōu)閷W生“學”為主[9]。對于一些章節(jié)內容，如城市規(guī)劃遙感監(jiān)測、城市遙感未來發(fā)展方向等，可以安排學生課下到圖書館或在互聯(lián)網上查找相關的資料，然后在課堂上討論，對不足的地方，再由授課教師進行補充或改正。對于學科的最新發(fā)展前沿和動態(tài)（如夜光遙感、紅外遙感等），可由學生組成學習小組通過自學，然后交流自己的研究成果和心得體會。這樣，不但能激發(fā)學生對城市遙感課程的學習熱情，促進其主動學習，更能提高學生動手能力、專業(yè)應用能力、人際交往能力和團隊合作精神，為其進一步發(fā)展奠定良好的基礎。

4）加強實踐環(huán)節(jié)。實踐教學環(huán)節(jié)是決定遙感課程教學質量的關鍵環(huán)節(jié)，對于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、科研能力的提高意義重大[10]。城市遙感作為一門理論與實踐并重的學科，必須加強實踐環(huán)節(jié)訓練，以改善學生對所學知識點理解不透徹、不能靈活運用的現(xiàn)狀，切實提高學生的動手能力。

城市遙感實踐環(huán)節(jié)可以通過課后作業(yè)以及課間設計等方式進行。課后作業(yè)的設置應與課堂內容緊密結合，在講授完理論方法后，緊接著進行相關作業(yè)訓練，這樣既能夠使學生很好地把理論與實踐結合起來，給學生留下深刻的印象，又能提高學生的學習興趣， 便于扎實掌握知識點。課間設計的設置可以是實際工程問題，也可以是教師科研項目的實際案例。學生可根據(jù)自己的興趣選擇實驗項目，通過查閱文獻資料，借助專業(yè)遙感軟件或編程工具，自主擬定實驗方案，選擇實驗數(shù)據(jù)，制定技術路線，對實驗結果進行驗證與分析，并形成實驗研究報告。這樣區(qū)別于傳統(tǒng)實習課程中老師同時給出題目和步驟，讓學生重復的模式，能切實激發(fā)學生學習的興趣，更增強了學生的實際動手能力。

5）師資隊伍建設。師資隊伍是課程建設的重要內容之一，加強教師隊伍建設是實施素質教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的前提。城市遙感課程小組的教師目前都是由長期從事城市遙感技術研究的博士組成，具有豐富的教學科研實踐經驗，能夠保證教學工作的順利進行。同時，課程小組注重隊伍的能力提高與發(fā)展，有計劃地安排教師到相關企事業(yè)單位參觀，參加國內外相關的教學研討會和科研活動等。此外，課程組正在研究和討論的是如何采取合適的機制邀請相關行業(yè)專家為學生進行講座和實踐培訓。

4 結 語

城市遙感是伴隨著遙感技術與城市建設發(fā)展逐步形成的一門學科，課程建設對于遙感科學與技術專業(yè)的學生加強遙感基本理論，拓寬專業(yè)知識，提高專業(yè)技能具有重要的意義。由于城市建設涉及面廣，遙感機理復雜，如何合理安排城市遙感教學內容，保證和提高教學質量是值得認真思考的實際問題。