面向地理科學(xué)師范專業(yè)的遙感概論課程教學(xué)改革探索

摘?要：傳統(tǒng)的遙感課程教學(xué)很難適應(yīng)地理科學(xué)師范專業(yè)對地理基礎(chǔ)教育人才培養(yǎng)的需要，導(dǎo)致目前地理基礎(chǔ)教育中遙感技術(shù)運(yùn)用相對匱乏。本文在充分考慮地理科學(xué)師范專業(yè)特殊性的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才為目標(biāo)，從優(yōu)化課程教學(xué)體系、構(gòu)建梯級層次實踐內(nèi)容和完善考核形式三個方面對遙感概論課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討，以期為相關(guān)教改研究提供參考。

關(guān)鍵詞：遙感概論；地理科學(xué)（師范）專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1?概述

地理科學(xué)師范專業(yè)以培養(yǎng)中小學(xué)地理教師為主，是全國師范類高校以及綜合性高校的基礎(chǔ)專業(yè)之一，對中小學(xué)地理學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響［1］。優(yōu)化高等師范院校地理科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，對提高中小學(xué)地理教師教育水平具有重要作用。普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)（后文簡稱標(biāo)準(zhǔn)）在地理科學(xué)類學(xué)生培養(yǎng)規(guī)格中明確規(guī)定，讓本科畢業(yè)生較熟練地掌握遙感等現(xiàn)代地理信息技術(shù)是人才培養(yǎng)的基本要求，其中遙感概論是標(biāo)準(zhǔn)中建議的核心課程。另外，RS、GIS和GPS技術(shù)均在新的高初中課程標(biāo)準(zhǔn)中有一定的要求。例如，我國的地理基礎(chǔ)教育增加了“遙感在資源普查、環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用”等內(nèi)容［2］；湖南教育出版社出版的2019年版普通高中地理教科書中開始出現(xiàn)遙感衛(wèi)星影像插圖以及“多光譜”等專業(yè)詞匯［3］。近年來，遙感影像逐漸成為地理時空大數(shù)據(jù)的主要來源，遙感技術(shù)在地理教學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用不斷擴(kuò)大。開設(shè)遙感概論等相關(guān)課程是高校地理科學(xué)師范專業(yè)發(fā)展的需要，掌握一定的遙感科學(xué)基礎(chǔ)知識和必要數(shù)據(jù)處理技能成為中小學(xué)地理教師的基本要求。但是，當(dāng)前面向地理科學(xué)師范專業(yè)的遙感概論課程改革的研究較少，不能滿足目前地理科學(xué)師范專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。同時，人工智能和大數(shù)據(jù)分析的飛速發(fā)展促使遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)不斷革新，相關(guān)軟件和算法更新?lián)Q代的速度讓高校遙感技術(shù)人才培養(yǎng)的相關(guān)課程應(yīng)接不暇［4］，加強(qiáng)地理科學(xué)師范專業(yè)遙感概論課程建設(shè)刻不容緩。

2?地理科學(xué)師范專業(yè)特征

地理科學(xué)師范專業(yè)的設(shè)置是為了培養(yǎng)中小學(xué)地理師資力量，承擔(dān)著我國地理基礎(chǔ)教育供需對接的重任。根據(jù)潘立新等人［5］對安徽省的128所中學(xué)地理教學(xué)中3S技術(shù)掌握情況的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，教師僅限于教材中知識的介紹，不能系統(tǒng)理解和熟練運(yùn)用遙感技術(shù)，這與高等師范院校地理科學(xué)師范專業(yè)的課程體系有必然聯(lián)系。以重慶師范大學(xué)地理科學(xué)（師范）專業(yè)為例，通識課程占總學(xué)分的33.54%，其中設(shè)置有計算機(jī)文化基礎(chǔ)（僅列舉與遙感科學(xué)相關(guān)的課程，以下同）；學(xué)科基礎(chǔ)課占總學(xué)分的14.24%，其中開設(shè)有高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)；專業(yè)核心課程和專業(yè)方向課程33.23%，其中涉及遙感概論和地理信息系統(tǒng)概論兩門課程；教師教育課程占比6.9%，沒有與遙感相關(guān)課程；獨(dú)立實踐教學(xué)環(huán)節(jié)占比11.91%，沒有與遙感相關(guān)課程。與之對比，重慶師范大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)，通識課程占總學(xué)分的32%，其中設(shè)置有計算機(jī)文化基礎(chǔ)（僅列舉與遙感科學(xué)相關(guān)的課程，以下同）；學(xué)科基礎(chǔ)課占總學(xué)分的26%，其中開設(shè)有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、地圖學(xué)、測量學(xué)和GIS原理；專業(yè)核心課程和專業(yè)方向課程30%，其中涉及程序設(shè)計導(dǎo)論、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、遙感軟件應(yīng)用等課程；獨(dú)立實踐教學(xué)環(huán)節(jié)占比12%，涉及3S野外實習(xí)等課程。學(xué)生對遙感技術(shù)的掌握需要較為扎實的計算機(jī)基礎(chǔ)、地理信息系統(tǒng)和GPS相關(guān)知識儲備，以及一定的計算機(jī)開發(fā)能力。當(dāng)初學(xué)者不具備以上條件時，往往不能夠較好地掌握遙感知識以及軟件應(yīng)用操作，因此不能達(dá)到滿意的教學(xué)效果。通過以上兩個專業(yè)課程體系的分析不難發(fā)現(xiàn)，地理科學(xué)（師范）專業(yè)本對地理學(xué)基礎(chǔ)知識和教學(xué)技能較為側(cè)重，對數(shù)學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)等遙感技術(shù)的一些基礎(chǔ)科學(xué)不做要求，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)遙感概論課程時，其基本知識和技能儲備有所不足。因此，亟須加強(qiáng)面向地理科學(xué)（師范）專業(yè)的遙感概論課程教學(xué)改革的探索，以適應(yīng)該專業(yè)以基礎(chǔ)地理教育為出口的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3?遙感概論教學(xué)改革探索

3.1?優(yōu)化課程內(nèi)容，適當(dāng)降低學(xué)習(xí)難度

傳統(tǒng)遙感概論課程對本科學(xué)生的計算機(jī)基礎(chǔ)以及地圖學(xué)和測量學(xué)等專業(yè)知識有一定程度的要求。本次課程改革，在兼顧遙感原理知識系統(tǒng)性和時效性的基礎(chǔ)上，需要考慮課程教學(xué)對象是高校地理科學(xué)師范專業(yè)的本科學(xué)生，因此不宜采用較為深奧的教材和課件?？蛇m當(dāng)縮減有關(guān)數(shù)字圖像處理方法中煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程、攝影像片立體測量以及微波遙感方式中的數(shù)學(xué)公式內(nèi)容，適當(dāng)增加地物反射波譜特征、遙感圖像特征、遙感目視解譯和計算機(jī)解譯以及遙感應(yīng)用案例的內(nèi)容。對于其中利用計算機(jī)編程語言進(jìn)行遙感軟件二次開發(fā)的課程內(nèi)容則可以刪除。基于此，對地理科學(xué)師范專業(yè)的遙感課程內(nèi)容可以設(shè)計出7大教學(xué)模塊：（1）遙感緒論；（2）電磁輻射與地物光譜特征；（3）遙感圖像特征與遙感平臺；（4）遙感圖像處理；（5）遙感圖像目視解譯；（6）遙感圖像計算機(jī)解譯；（7）遙感技術(shù)應(yīng)用案例。具體課程教學(xué)體系及內(nèi)容見下表。

3.2?突出實踐環(huán)節(jié)，拓展實踐教學(xué)資源

3.2.1?強(qiáng)化實踐教學(xué)作用，引入啟發(fā)式教學(xué)方法

對于基礎(chǔ)地理教育者來講，掌握基本遙感技能要比掌握深奧的理論知識更具現(xiàn)實意義。實踐環(huán)節(jié)與理論知識學(xué)習(xí)不同，遙感影像處理實驗更加強(qiáng)調(diào)軟件的實際操作。學(xué)生通過實驗課的實踐操作，可以激發(fā)濃厚的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)的理論知識在現(xiàn)實實踐中得到驗證，對鞏固理論知識具有巨大促進(jìn)作用。另外，只有真正掌握了遙感圖像處理技術(shù)，才能避免“紙上談兵”。為實現(xiàn)培養(yǎng)地理科學(xué)師范專業(yè)學(xué)生實驗操作和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)，可以適當(dāng)強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)在整體教學(xué)中的作用。遙感技術(shù)相關(guān)實驗較為豐富，從遙感圖像的預(yù)處理到圖像分析，涉及遙感圖像的校正、遙感圖像鑲嵌、遙感圖像監(jiān)督分類、高光譜分析以及植被和土壤分析等諸多內(nèi)容（如右圖）?？梢园凑针y易程度，設(shè)計梯級層次實踐教學(xué)內(nèi)容，具體包括基礎(chǔ)實驗、專題實驗和課程論文三個層次。在教學(xué)形式上，除了常規(guī)的室內(nèi)實驗和野外實踐環(huán)節(jié)外，可以依托課程教學(xué)團(tuán)隊所在科研平臺為學(xué)生提供科研實踐，即參與到教師的科研項目中，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生實踐應(yīng)用能力。

在實驗教學(xué)中可選擇啟發(fā)式教學(xué)方法，將教學(xué)內(nèi)容分解成若干個具體的問題，讓學(xué)生獨(dú)立思考，通過關(guān)鍵步驟的引導(dǎo)，達(dá)到學(xué)生獨(dú)立解決問題的目標(biāo)。例如，在遙感圖像計算機(jī)監(jiān)督分類實踐教學(xué)時，首先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)遙感圖像像元及多光譜的知識點(diǎn)，然后通過提問“計算機(jī)通過什么判斷圖像單元之間相似程度的”，引出對最小距離法原理的講解；通過提出“計算機(jī)如何判斷像元的歸類”，引出訓(xùn)練樣本及判別函數(shù)的概念。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生操作軟件提取訓(xùn)練樣本，構(gòu)建判別函數(shù)。實驗過程中可以設(shè)置“訓(xùn)練樣本如何影響分類精度”這樣的一個小專題供學(xué)生實際操作探索，加深學(xué)生對遙感圖像計算機(jī)分類的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用的理解。

遙感實踐教學(xué)體系圖

3.2.2?構(gòu)建多層次實踐資源，豐富實踐教學(xué)內(nèi)容

豐富的教學(xué)資源能夠讓學(xué)生在實踐過程得到充分鍛煉。根據(jù)地理科學(xué)師范專業(yè)遙感概論課程實踐教學(xué)目標(biāo)及當(dāng)?shù)貐^(qū)域地理特色，構(gòu)建多層次實踐資源（圖1）。其中可以包括（1）典型地物光譜資源庫：通過對ViewSpec?Pro便攜式地物光譜儀使用和采樣過程的教授，讓學(xué)生以小組為單位，選擇典型地物與植物進(jìn)行測量，不斷完善當(dāng)?shù)貐^(qū)域野外地物光譜庫，為后續(xù)遙感數(shù)據(jù)分析與圖像判讀提供依據(jù)。（2）多源遙感影像資源庫：面向當(dāng)?shù)貐^(qū)域環(huán)境，構(gòu)建長時間序列“天—空—地”多源遙感影像數(shù)據(jù)庫，為遙感實驗課程提供豐富數(shù)據(jù)素材。課后實踐環(huán)節(jié)可要求學(xué)生自主下載獲取最新遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行前期處理并補(bǔ)充入庫，起到完善數(shù)據(jù)庫及鍛煉學(xué)生技能的目的。（3）遙感應(yīng)用專題案例庫：授課教師團(tuán)隊將關(guān)于遙感應(yīng)用的最新科研成果融入遙感概論課程實踐教學(xué)中，簡化并解析成本科學(xué)生能夠勝任的遙感實驗應(yīng)用專題，如多云霧地區(qū)植被物候反演、小濕地遙感解譯等，構(gòu)建遙感應(yīng)用專題案例庫。鼓勵學(xué)生以小組為單位，通過查閱文獻(xiàn)、小組討論等方法，提出解決方案。通過教師可行性評價后，學(xué)生可運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識完成實驗設(shè)計，撰寫課程論文，最終達(dá)到掌握前沿遙感應(yīng)用技能和提高創(chuàng)新水平的目的。（4）其他網(wǎng)絡(luò)資源：在常規(guī)課程教學(xué)的同時，可以利用MOOC等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源中的實踐環(huán)節(jié)對常規(guī)教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充。

3.3?完善考核形式，培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才

以培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才為目的的地理科學(xué)師范專業(yè)遙感概論課程考核，可以從平時成績、理論知識、操作技能和創(chuàng)新能力四個方面構(gòu)建多元化考核方法，科學(xué)公正地評價學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)效果。平時成績占15%（包括平時作業(yè)、考勤和自主MOOC學(xué)習(xí)成績）。在評估MOOC學(xué)習(xí)成績時，可以根據(jù)平臺上的作業(yè)成績折算進(jìn)入本課程總分?jǐn)?shù)，對于其中MOOC學(xué)習(xí)最后成績評定為優(yōu)秀的，可以將該部分分?jǐn)?shù)打成滿分，以鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。理論知識以期末考試的形式考核（分值占比30%），該部分注重考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度。實踐成績（占比30%）根據(jù)實驗報告進(jìn)行打分，側(cè)重客觀評估學(xué)生的操作能力和應(yīng)用能力。創(chuàng)新能力采用課程論文的方式進(jìn)行評價，占總分的25%。

遙感概論課程是一門理論性和實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程，通過撰寫課程小論文等形式進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生主動地參與課程教學(xué)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效減輕學(xué)生學(xué)習(xí)壓力，提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。每學(xué)期課程第一堂課介紹課程主要教學(xué)內(nèi)容時就強(qiáng)調(diào)，學(xué)生必須從遙感應(yīng)用專題案例庫中選題完成一篇課程論文的撰寫。學(xué)生完成的課程論文主要是與遙感技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用性和探索性實驗內(nèi)容，其效果主要體現(xiàn)在：（1）可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。課程論文的撰寫使學(xué)生的學(xué)習(xí)不再限制在書本中和課堂上，而是擴(kuò)展到各種書籍、文獻(xiàn)資料和實際問題中。學(xué)生通過撰寫課程論文真正體會到學(xué)有所用，從而激發(fā)出學(xué)習(xí)熱情，更加主動地學(xué)習(xí)和了解課程相關(guān)知識。（2）可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。學(xué)生在確定選題時，可根據(jù)自己對選題的理解主動提出一些問題，然后通過查閱文獻(xiàn)和實驗分析來解決問題，最后按科學(xué)論文的格式撰寫課程論文。通過做課程論文的方式，學(xué)生可以樹立起正確的學(xué)習(xí)方法，鍛煉查閱和利用文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用遙感技術(shù)解決問題的能力，提高了學(xué)生的文字撰寫和語言表達(dá)能力，激發(fā)了學(xué)生的探索創(chuàng)新意識。另外，通過撰寫課程論文過程中的相互閱讀和評價，培養(yǎng)了學(xué)生相互間的合作精神，有利于激發(fā)學(xué)生的自尊心、自信心和進(jìn)取心，同時也提高了學(xué)習(xí)效率。

結(jié)語

隨著科技的發(fā)展以及社會對地理信息人才的需要，地理科學(xué)師范專業(yè)正逐漸與地理信息科學(xué)專業(yè)相融合，遙感概論已成為前者核心課程。地理科學(xué)師范專業(yè)主要培養(yǎng)的是中小學(xué)地理教師，具有其專業(yè)的特殊性。面向地理科學(xué)師范專業(yè)的遙感概論課程教學(xué)改革，是解決目前地理基礎(chǔ)教育中遙感技術(shù)運(yùn)用相對匱乏的重要舉措。本文基于地理科學(xué)師范專業(yè)特征，從優(yōu)化課程內(nèi)容、強(qiáng)化實踐和完善考核形式三個方面對遙感概論課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討，將有助于高校地理科學(xué)師范專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型和應(yīng)用型地理學(xué)基礎(chǔ)教育人才。展望未來，遙感概論課程教學(xué)改革仍需要從教材的編纂以及拓展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)空間方面繼續(xù)取得突破。

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作者簡介：肖作林（1985—?），男，漢族，山東魚臺人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：遙感與GIS技術(shù)應(yīng)用。