“遙感原理與應(yīng)用實習(xí)”研究型教學(xué)模式探索與實踐

王丹丹 王躍賓

摘要“遙感原理與應(yīng)用實習(xí)”是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要實踐課程。在我校新設(shè)該專業(yè)的背景下，有必要重新思考遙感實習(xí)的課程設(shè)計，具體從教學(xué)思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式四個方面提出改革舉措。重點在于設(shè)計內(nèi)外業(yè)相貫通、理論與實踐相結(jié)合的課堂教學(xué)模式，加深學(xué)生對遙感信號與地學(xué)規(guī)律相互關(guān)系的理解，在此基礎(chǔ)上開展遙感數(shù)據(jù)的分析處理，以提升該專業(yè)學(xué)生解決實際遙感工程問題的基本技能，提高其就業(yè)與科研核心競爭力。

關(guān)鍵詞 遙感原理與應(yīng)用實習(xí) 研究型教學(xué)模式 遙感項目全過程

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.20.045

Research-oriented Teaching Method for the Experimental Course of Remote Sensing Principle and Application

WANG Dandan， WANG Yuebin

（SchoolofLandSciencesandTechnologyinChinaUniversityofGeosciences（Beijing），Beijing100083）

Abstract"Remote Sensing Principle and Application" is an important practical course for the specialty of remote sensing science and technology. Under the background of setting up this specialty in our university， it is necessary to rethink the curriculum design of remote sensing experimental courses. This paper proposes reform measures from four aspects： teaching ideas， teaching contents， teaching methods and assessment methods. The key point is to design a teaching method combining internal and external work， theory and practice， in order to deep students’ understanding of the relationship between remote sensing information and geoscience. On this basis， the analysis and processing of remote sensing data are carried out，so as to improve students’ basic skills in solving practical remote sensing engineering problems， and improve their core competitiveness in employment and scientific research.

Keywordsremote sensing principle and application practical course； research-oriented teaching method； whole process of remote sensing project

0引言

研究型教學(xué)是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)研究的模式來發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，達到積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的目的，是理論到實踐的轉(zhuǎn)換過程。[1， 2]在教學(xué)過程中采用研究型教學(xué)模式，注重理論與實際相結(jié)合，有助于加深學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維和利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。相比之下，傳統(tǒng)教學(xué)模式以知識的傳授為主要教學(xué)目標，采用教師為中心的灌輸教學(xué)方法，采用單一指標作為考核標準。傳統(tǒng)教學(xué)模式要求學(xué)生機械地掌握教師講授的內(nèi)容，背的好的同學(xué)容易取得高分，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。復(fù)雜的國際環(huán)境給新時代人才培養(yǎng)提出了更高的要求。李克強總理在十三屆全國人大四次會議上強調(diào)了青年學(xué)生要打牢基本功和培育創(chuàng)新能力。為培育學(xué)生的實踐和創(chuàng)新意識，有必要在課程教學(xué)中引入研究型教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、觸類旁通、舉一反三的能力。

遙感科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為自然資源管理、生態(tài)文明建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等內(nèi)容進行全要素、全覆蓋、全天候調(diào)查監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，也是支撐地球信息科學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)的重要技術(shù)。中國地質(zhì)大學(xué)（北京）是一所以地質(zhì)、資源、環(huán)境為主要特色的研究型大學(xué)，遙感科學(xué)與技術(shù)在學(xué)校地質(zhì)、資源環(huán)境、海洋與極地和防災(zāi)減災(zāi)等相關(guān)學(xué)科的研究中發(fā)揮越來越重要的作用，遙感類課程的開設(shè)對培養(yǎng)具有遙感科學(xué)技能的綜合地質(zhì)人才具有重要意義。鑒于本校學(xué)科發(fā)展對遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的需求，我校土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院積極申報并已獲批遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。新設(shè)遙感專業(yè)依托大地學(xué)背景，將突出學(xué)校的專業(yè)特色，培養(yǎng)服務(wù)于自然資源調(diào)查、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的專業(yè)遙感人才；圍繞國家經(jīng)濟社會發(fā)展需求，在遙感地理信息技術(shù)驅(qū)動下，突出地學(xué)遙感特色，融教學(xué)、科研和生產(chǎn)為一體，堅持理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合、知識傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合。因此，該專業(yè)下的遙感實習(xí)課程應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生掌握遙感基本原理、圖像分析技術(shù)與方法，更要著力培養(yǎng)學(xué)生靈活利用遙感理論、方法和技術(shù)解決各類復(fù)雜地學(xué)問題、開展科學(xué)研究、從事生產(chǎn)設(shè)計和組織管理的能力。[3， 4]

在原有的課程體系中，“遙感原理與應(yīng)用實習(xí)”是建立在“遙感原理與應(yīng)用”理論課程基礎(chǔ)上的專業(yè)實習(xí)課程，設(shè)置在大三下學(xué)期末的暑假。遙感原理與應(yīng)用實習(xí)的目的是使學(xué)生掌握遙感原理與應(yīng)用基礎(chǔ)知識之后，結(jié)合具體實例掌握遙感軟件綜合應(yīng)用的思路、方法和步驟。而現(xiàn)有的遙感實習(xí)課程以學(xué)生上機實驗為主，要求學(xué)生按流程進行軟件操作，完成遙感影像的處理與分析，但遙感項目全過程涉及內(nèi)容模塊較多，教學(xué)實踐中學(xué)生的全過程參與不足，難以獨立完成相關(guān)項目任務(wù)的工作，致使本課程的教學(xué)效果不盡理想。在新設(shè)專業(yè)的背景下，有必要將原本的課程實習(xí)向?qū)I(yè)實習(xí)轉(zhuǎn)變。同時，將研究型教學(xué)模式引入實習(xí)課程，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新能力。

因此，本研究通過完善現(xiàn)有的遙感實習(xí)方案，讓學(xué)生參與從方案設(shè)計、實施到質(zhì)量檢查的遙感工程項目全過程，[5]增加學(xué)生的參與度。將課堂所學(xué)理論用于實踐中，抓住學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生思考，獲得并應(yīng)用新知識。在實踐中，讓學(xué)生真正發(fā)揮作用，在真實的探究中合作、討論和開展個性化學(xué)習(xí)。

1課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

現(xiàn)有的遙感實習(xí)課程大多要求學(xué)生通過上機實習(xí)和操作，理解遙感圖像處理的基本概念，利用專業(yè)軟件對遙感影像進行處理和分析。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，通常以教師為中心，教師逐步演示，學(xué)生依照教師講授的內(nèi)容和實習(xí)手冊進行操作。[6-8]這種授課方式能夠讓學(xué)生大致了解遙感軟件的操作過程，但重心在于具體操作，忽略了對操作原理的解釋。現(xiàn)有的課程內(nèi)容設(shè)計能夠幫助學(xué)生進行軟件操作入門，但難以轉(zhuǎn)化為學(xué)生內(nèi)在的認知，沒有有效引導(dǎo)學(xué)生理解遙感信息與地學(xué)現(xiàn)象時空分布規(guī)律之間的關(guān)系，當(dāng)面對更復(fù)雜的工程問題時，學(xué)生難以做到舉一反三。而對課堂教學(xué)內(nèi)容和形式進行改革，將前沿的理論知識和科學(xué)內(nèi)容融入課堂教學(xué)，傳授給學(xué)生，是提高學(xué)生能力和水平的關(guān)鍵。

因此，為加深學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解，將專業(yè)知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從教學(xué)思想、內(nèi)容和方法以及考核方式四個方面對當(dāng)前遙感原理與應(yīng)用實習(xí)的內(nèi)容進行調(diào)整和完善，保證人才培養(yǎng)工作能符合社會需求。

2研究型教學(xué)模式在“遙感原理與應(yīng)用實習(xí)”課程中的應(yīng)用

2.1教學(xué)思想

遙感原理與應(yīng)用理論課程概念較多，涉及的知識面廣。通過理論課程的學(xué)習(xí)可幫助學(xué)生初步了解遙感基本理論知識、遙感圖像成像機理、圖像處理原理以及應(yīng)用。但遙感技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域較多，由于地理環(huán)境的復(fù)雜性，采用的方法不盡相同，為讓學(xué)生掌握遙感信息分析的基本方法，并融會貫通，[9]可設(shè)計一具體問題，培養(yǎng)學(xué)生針對任務(wù)區(qū)域進行遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的能力，通過項目設(shè)計、項目實施到項目評估，完成遙感工程項目的完整過程。其中項目實施指通過野外實驗采集地面真實光譜等信息以及遙感產(chǎn)品生產(chǎn)。項目評估指對遙感產(chǎn)品的質(zhì)量進行驗證。這要求任課教師轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，由傳統(tǒng)的“理論學(xué)習(xí)為主”“以教師為中心”向“理論實踐相結(jié)合”“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變。注重學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，處理好理論教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，讓學(xué)生掌握如何將抽象的理論知識應(yīng)用到具體實踐。引導(dǎo)學(xué)生主動提出問題，針對問題開展實驗設(shè)計，對實驗結(jié)果進行處理和分析，以達到解決問題的目的。通過理論實踐相結(jié)合，提升學(xué)生的動手能力。通過引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計問題和開展實驗，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力，從而提高實踐課程的教學(xué)質(zhì)量，逐步培養(yǎng)學(xué)生利用已學(xué)理論知識和技術(shù)方法解決實際遙感工程問題的能力。

2.2教學(xué)內(nèi)容

為了適應(yīng)當(dāng)代遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況，對遙感實習(xí)的內(nèi)容進行調(diào)整和完善：要求學(xué)生熟悉遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程，重點關(guān)注學(xué)生提出問題、設(shè)計實驗、結(jié)果分析和成果匯報的能力。遙感產(chǎn)品生產(chǎn)，主要涉及外業(yè)和內(nèi)業(yè)的工作。內(nèi)業(yè)的工作包括利用遙感專業(yè)軟件或算法實現(xiàn)遙感數(shù)字圖像的預(yù)處理、參數(shù)反演和結(jié)果生成。針對數(shù)字圖像處理、野外測量儀器操作及實驗數(shù)據(jù)后處理開展培訓(xùn)。外業(yè)的工作包括采集地面目標光譜、溫度和物理屬性信息，目的是為內(nèi)業(yè)遙感數(shù)據(jù)解譯和參數(shù)反演提供訓(xùn)練樣本，為遙感產(chǎn)品質(zhì)量驗證和控制提供地面真實值。組織學(xué)生以小組為單位，每個學(xué)生全程動手實踐，參與野外實驗設(shè)計、野外數(shù)據(jù)采集和處理，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)開展遙感影像解譯和精度驗證。這里以遙感影像分類為例，展示如何在課程內(nèi)容設(shè)計中體現(xiàn)研究型教學(xué)模式的思想，課程內(nèi)容設(shè)計如表1。

該項目由4個任務(wù)模塊組成，4個模塊共包括8個基本內(nèi)容。該項目主要從兩個方面體現(xiàn)研究型教學(xué)模式的特征。第一，在任務(wù)內(nèi)容中增加實驗方案設(shè)計，包括地物光譜測量方案設(shè)計和野外地物調(diào)查方案設(shè)計。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)地物光譜的定義和不同地物的光譜特征，提出擬研究的問題，并構(gòu)建實驗方案，將實驗方案能否支撐問題的解決作為方案設(shè)計的評價標準。第二，除傳統(tǒng)的監(jiān)督和非監(jiān)督遙感影像分類方法，鼓勵學(xué)生采用新方法，如機器學(xué)習(xí)方法，結(jié)合地面采集的典型地物光譜（地物光譜測量實習(xí)）進行遙感影像分類（影像分類實習(xí)），通過野外調(diào)查獲得地面真實數(shù)據(jù)（野外地物調(diào)查實習(xí)），對比利用不同方法進行遙感影像分類的精度。通過引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計研究課題以及對比不同影像處理方法的精度，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

2.3教學(xué)方式

傳統(tǒng)的遙感實習(xí)，以室內(nèi)上機實驗為主，教師提供樣例數(shù)據(jù)，通過演示文稿講解軟件操作步驟，學(xué)生對照實習(xí)手冊，完成遙感影像處理，達到熟悉遙感類軟件操作流程的目的。但這種灌輸式教學(xué)方式難以轉(zhuǎn)化為學(xué)生的內(nèi)在認知，且所學(xué)內(nèi)容可通過查閱網(wǎng)絡(luò)和書籍資料獲取，因此難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動探索能力。采用野外觀測實驗，讓學(xué)生參與遙感產(chǎn)品生產(chǎn)和驗證全過程，能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，加深學(xué)生對遙感技術(shù)的理解。同時，對教師提出了更高的要求。教師需合理安排理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間的順序，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生進行實驗方案設(shè)計，達到協(xié)助后續(xù)影像解譯和精度驗證的目的。注重與學(xué)生的互動，促使學(xué)生主動思考，提出本組所要研究的問題，根據(jù)問題設(shè)計實驗方案，并進行野外實驗。在室內(nèi)數(shù)據(jù)處理過程中，引導(dǎo)學(xué)生采用不同的遙感影像處理方法，對比實驗結(jié)果，分析原因。如利用外業(yè)數(shù)據(jù)作為樣本庫，采用機器學(xué)習(xí)等新技術(shù)對遙感影像進行處理，適應(yīng)社會發(fā)展需求，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升就業(yè)競爭力。

2.4考核方式

傳統(tǒng)的課程考核方式以課程論文撰寫為主。根據(jù)教育部工程教育專業(yè)認證校友反饋意見，本校畢業(yè)生在語言表達上占據(jù)劣勢，這也是工科院校人才培養(yǎng)容易遇到的問題。這提醒我們在今后的課程教學(xué)中應(yīng)注重對學(xué)生語言表達和口頭匯報能力的培養(yǎng)。因此，在考核方式上，采用課程論文撰寫和口頭匯報相結(jié)合的方式。從口頭匯報中考查學(xué)生專業(yè)知識的掌握水平、實驗設(shè)計能力以及團隊協(xié)作能力。通過課程論文撰寫培養(yǎng)學(xué)生問題凝練、文字表述、實驗結(jié)果總結(jié)的能力。通過課程論文撰寫和口頭匯報綜合評定學(xué)生的實踐課程成績，促使學(xué)生主動交流，進行團隊合作，從而提高遙感實習(xí)課程的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生實習(xí)效果。

3結(jié)語

在新設(shè)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的背景下，需重新思考遙感實習(xí)課程所承擔(dān)的對學(xué)生綜合遙感應(yīng)用能力的培養(yǎng)，室內(nèi)遙感數(shù)字圖像處理實習(xí)已無法完全滿足社會對本專業(yè)學(xué)生的需求。本研究圍繞遙感項目全過程，探索了在遙感實習(xí)課程中引入研究型教學(xué)模式，加深學(xué)生對遙感技術(shù)的理解，尤其是遙感信息與地學(xué)現(xiàn)象時空分布規(guī)律之間的關(guān)系的理解。這種教學(xué)方式能夠提升學(xué)生對遙感技術(shù)的內(nèi)在認知，提高學(xué)生的自主性。遵循以“學(xué)生為中心，理論實踐相結(jié)合”的教學(xué)觀念，實現(xiàn)“兩性一度”（即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度）課程建設(shè)目標，[10]對進一步提升教學(xué)水平具有推動作用。

通訊作者：王躍賓

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