高校遙感本科專業(yè)“微波遙感原理”課程教學(xué)-科研互動(dòng)模式探索

[摘要]針對(duì)遙感本科專業(yè)“微波遙感原理”課程教學(xué)中存在的理論與實(shí)踐脫節(jié)、教學(xué)氛圍單調(diào)、實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)單、教學(xué)內(nèi)容滯后等問題，本研究提出并實(shí)踐了“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式。通過將科研項(xiàng)目分解為梯度式教學(xué)案例，融合問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)、采用案例與項(xiàng)目教學(xué)法、課堂分享等環(huán)節(jié)，構(gòu)建“項(xiàng)目嵌入-問題導(dǎo)向-能力提升”三維教學(xué)實(shí)踐體系。通過教學(xué)實(shí)踐，該模式有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主探索能力、科研能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，同時(shí)反哺教學(xué)內(nèi)容更新，推動(dòng)課程質(zhì)量的持續(xù)提升，為遙感專業(yè)本科教育改革提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

[關(guān)鍵詞]微波遙感原理；“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式；科研項(xiàng)目；遙感專業(yè)

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2025.04.025

遙感科學(xué)作為跨學(xué)科前沿領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防安全具有重要作用。隨著遙感技術(shù)迅猛發(fā)展，其在地球科學(xué)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、測(cè)繪及減災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)遙感專業(yè)人才的需求顯著增加[1]。微波遙感因全天候、全天時(shí)工作能力及對(duì)目標(biāo)介電常數(shù)、結(jié)構(gòu)和形狀等特性的靈敏性，成為遙感技術(shù)重要組成，為地物解譯和地表參數(shù)提取提供豐富信息，顯著增強(qiáng)了遙感觀測(cè)能力。然而，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以滿足當(dāng)前需求，亟需將教學(xué)與科研相結(jié)合，提升學(xué)生實(shí)踐與科研能力。

一、“微波遙感原理”課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

“微波遙感原理”課程作為遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的核心課程，在國(guó)內(nèi)高校教學(xué)實(shí)踐中面臨諸多挑戰(zhàn)。盡管遙感教育體系已相對(duì)完善，但課程教學(xué)仍存在顯著問題。首先，教學(xué)氛圍單調(diào)，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性普遍較低，課堂參與度不足。其次，課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且數(shù)量有限，難以有效培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。再次，理論與實(shí)踐脫節(jié)問題尤為突出。課程內(nèi)容滯后于微波遙感技術(shù)的快速發(fā)展，近年來涌現(xiàn)的新技術(shù)未能及時(shí)融入教學(xué)內(nèi)容。教師的科研項(xiàng)目未形成模塊化教學(xué)案例庫(kù)，學(xué)生缺乏參與真實(shí)科研任務(wù)的機(jī)會(huì)，科學(xué)問題意識(shí)和實(shí)踐能力難以得到有效培養(yǎng)。同時(shí)，微波遙感獨(dú)特的成像機(jī)理及復(fù)雜的幾何關(guān)系增加了學(xué)習(xí)難度，學(xué)生在基本概念、原理和方法的理解方面存在較多困難，尤其是在影像解譯和實(shí)際應(yīng)用中能力不足[2]。此外，教材更新滯后也對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生負(fù)面影響。目前高校廣泛使用的教材，如舒寧教授主編的《微波遙感原理》[3]，雖能滿足基礎(chǔ)學(xué)習(xí)需求，但因編寫時(shí)間較早，未充分涵蓋極化雷達(dá)遙感、極化干涉SAR、差分InSAR、時(shí)序InSAR等新技術(shù)。另外，微波遙感課程涉及多學(xué)科交叉知識(shí)，先修課程要求較高，學(xué)生難以深入掌握課程精髓，易產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)效果不佳。

綜上所述，現(xiàn)有教學(xué)模式未能有效應(yīng)對(duì)微波遙感課程的復(fù)雜性與快速發(fā)展的技術(shù)需求。優(yōu)化課程設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐，加強(qiáng)教學(xué)與科研深度融合，已成為提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)與能力培養(yǎng)的迫切需求。

二、教學(xué)與科研互動(dòng)模式

“微波遙感原理”課程的“教-研”互動(dòng)模式旨在通過教學(xué)與科研的深度融合，提升學(xué)生理論與實(shí)踐能力?？蒲袨榻虒W(xué)提供豐富的內(nèi)容來源，教學(xué)則傳播與應(yīng)用科研成果，兩者相輔相成。在課程設(shè)計(jì)中，教師將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，將科研項(xiàng)目分解為梯度研究單元[4]，通過案例教學(xué)法將微波遙感反演地表參數(shù)等成果轉(zhuǎn)化為專題實(shí)驗(yàn)?zāi)K，強(qiáng)調(diào)全過程參與，使學(xué)生能夠接觸學(xué)科前沿知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)實(shí)施中，教師采用項(xiàng)目教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生參與科研任務(wù)，涵蓋設(shè)計(jì)、實(shí)施與結(jié)果分析，全面培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。課堂分享環(huán)節(jié)鼓勵(lì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)并展示研究熱點(diǎn)，拓展知識(shí)面，增強(qiáng)表達(dá)能力。通過這種“教學(xué)-科研雙驅(qū)動(dòng)”模式，學(xué)生不僅能掌握微波遙感的基礎(chǔ)理論，還在實(shí)踐中提升了解決實(shí)際問題的能力，形成“科研反哺教學(xué)-教學(xué)啟迪創(chuàng)新”的良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)教研深度融合[5]。

三、“微波遙感原理”課程“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式實(shí)踐

“微波遙感原理”課程的“教-研”互動(dòng)模式通過教學(xué)與科研的深度融合，提升學(xué)生專業(yè)能力與創(chuàng)新意識(shí)。課程內(nèi)容涵蓋微波遙感基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)原理、圖像特點(diǎn)、校準(zhǔn)與定標(biāo)、幾何校正、目視解譯及計(jì)算機(jī)處理與解譯等多個(gè)方面。教學(xué)設(shè)計(jì)采用科研驅(qū)動(dòng)模式，結(jié)合問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)（PBL）、以學(xué)生為中心（SC）和基于結(jié)果教育（OBE）理念，構(gòu)建“項(xiàng)目嵌入-問題導(dǎo)向-能力提升”的三維一體化教學(xué)實(shí)踐體系。

在教學(xué)實(shí)施中，首先進(jìn)行學(xué)情分析，明確學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)需求?；诖?，本文將筆者主持的國(guó)家自然科學(xué)基金科研項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容分解為可操作的實(shí)踐模塊，并凝練研究目標(biāo)，將科學(xué)問題轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例。下面以“微波遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯”章節(jié)為例，以我國(guó)高分三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為載體，介紹“教-研”互動(dòng)模式的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐實(shí)施過程。

首先，通過雨課堂發(fā)布科研項(xiàng)目背景資料，以課堂導(dǎo)入的形式引導(dǎo)學(xué)生思考“微波遙感圖像預(yù)處理的必要性”及“后向散射系數(shù)提取的物理意義”，促使學(xué)生帶著問題進(jìn)入學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。教學(xué)目標(biāo)旨在幫助學(xué)生掌握后向散射強(qiáng)度提取方法，并深入理解其理論基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用。然后，對(duì)課程資源優(yōu)化整合，依托筆者所在學(xué)院的遙感實(shí)驗(yàn)機(jī)房硬件設(shè)備（多媒體、計(jì)算機(jī)）及專業(yè)軟件（如ENVI、SARscape、SNAP、PolSARpro等），并配套教學(xué)課件與遠(yuǎn)程桌面控制系統(tǒng)。課堂教學(xué)中，教師先演示微波遙感圖像預(yù)處理、后向散射系數(shù)提取與極化特征參數(shù)提取的完整流程（如圖1所示），并詳細(xì)講解各技術(shù)細(xì)節(jié)。隨后，學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理，體驗(yàn)微波遙感數(shù)據(jù)處理全過程，從而掌握技術(shù)方法，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣并提升成就感。

為進(jìn)一步深化教學(xué)內(nèi)容，在課堂教學(xué)中有效融入課程思政元素，課程選用我國(guó)高分三號(hào)衛(wèi)星（GF-3）雷達(dá)遙感影像作為案例數(shù)據(jù)。教師在數(shù)據(jù)處理過程中，介紹高分三號(hào)衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用成果，包括其高分辨率、多極化成像模式、大成像幅寬、長(zhǎng)壽命運(yùn)行及廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。通過這些內(nèi)容的引入，不僅加強(qiáng)學(xué)生對(duì)微波遙感技術(shù)的理解，還進(jìn)一步增強(qiáng)民族自豪感與愛國(guó)主義情懷。課程結(jié)束時(shí)，教師通過總結(jié)歸納教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)與難點(diǎn)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)布置課后作業(yè)與預(yù)習(xí)任務(wù)，如完成圖像處理練習(xí)、查閱相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，以為后續(xù)課程做好準(zhǔn)備。這種“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式的實(shí)踐，不僅有效提升了學(xué)生的專業(yè)技能、自主學(xué)習(xí)能力與科研思維，還為其學(xué)術(shù)與職業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 高分三號(hào)雷達(dá)遙感圖像預(yù)處理流程圖

四、基于“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式的教學(xué)實(shí)踐成果與成效

在“微波遙感原理”課程教學(xué)中，筆者通過“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式，將多年科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，以科研項(xiàng)目為依托設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)案例，使學(xué)生接觸學(xué)科前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與科研探索欲望。近15年的教學(xué)實(shí)踐表明，該模式有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和科研素養(yǎng)。學(xué)生在參與教學(xué)科研互動(dòng)的過程中，不僅深化了理論知識(shí)的理解，更在實(shí)踐中鍛煉了解決實(shí)際問題的能力。

在教學(xué)成果方面，學(xué)生積極參與科研項(xiàng)目，創(chuàng)新與實(shí)踐能力顯著提升。通過“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式的探索，指導(dǎo)本科生完成四項(xiàng)與“微波遙感”緊密相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（SRT）項(xiàng)目，其中包括兩項(xiàng)省部級(jí)和一項(xiàng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目。此外，在筆者指導(dǎo)的本科畢業(yè)論文中，10余篇獲得校級(jí)和院級(jí)優(yōu)秀學(xué)位論文榮譽(yù)，充分體現(xiàn)了教學(xué)與科研結(jié)合的初步成效。

在教師教學(xué)能力和水平提升方面，筆者通過教學(xué)與科研的互動(dòng)實(shí)踐，發(fā)表了相關(guān)教研論文，參與了相關(guān)教學(xué)改革項(xiàng)目，獲得了多項(xiàng)教學(xué)與科研榮譽(yù)。自工作以來每學(xué)期期末教學(xué)質(zhì)量學(xué)生評(píng)價(jià)考核等級(jí)均為“優(yōu)秀”。這些成果的積累不僅提升了課程的教學(xué)質(zhì)量，也為學(xué)生提供了更廣闊的學(xué)習(xí)與科研互動(dòng)平臺(tái)。通過組織學(xué)生參與科研項(xiàng)目和各類專業(yè)競(jìng)賽，學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到了顯著提高。

“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式的實(shí)施，有效激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情和科研探索興趣，通過科研項(xiàng)目反哺教學(xué)內(nèi)容更新，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究中的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，促使學(xué)生能夠?qū)⒄n堂知識(shí)靈活運(yùn)用于實(shí)際問題的解決，顯著提升了學(xué)生在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才提供了有力支持。

五、結(jié)語(yǔ)

“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式在“微波遙感原理”課程中的實(shí)踐，為提升遙感專業(yè)本科教育質(zhì)量提供了有效路徑。通過將科研項(xiàng)目融入教學(xué)，構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)體系，不僅幫助學(xué)生掌握微波遙感的基礎(chǔ)理論，還通過實(shí)際科研任務(wù)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，從而有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)中理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研熱情。

在教學(xué)實(shí)踐中，科研成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用使課程內(nèi)容更加前沿化和實(shí)用化，學(xué)生得以接觸學(xué)科最新動(dòng)態(tài)，深化了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。同時(shí)，設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的課程項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)任務(wù)能夠幫助學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和科學(xué)探索意識(shí)，為學(xué)生未來的學(xué)術(shù)研究與職業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“微波遙感原理”課程的“教學(xué)-科研”互動(dòng)模式不僅推動(dòng)了課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升，也為遙感專業(yè)本科教育改革提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。未來，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，積極探索創(chuàng)新實(shí)踐路徑，為培養(yǎng)高素質(zhì)遙感專業(yè)人才、服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求貢獻(xiàn)力量。

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基金項(xiàng)目：

2024年新疆維吾爾自治區(qū)高校本科教育教學(xué)研究改革項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：AI支持下OBE導(dǎo)向的地理信息科學(xué)本科生多元培養(yǎng)體系及模式的探索（項(xiàng)目編號(hào)：XJGXJGPTB-2024111）

新疆大學(xué)2024年研究生課程思政示范課程，項(xiàng)目名稱：土壤地學(xué)應(yīng)用（項(xiàng)目編號(hào)：XJDX2024YKCSZ21）

作者簡(jiǎn)介：

依力亞斯江·努爾麥麥提（1983.09-），男，維吾爾族，新疆喀什人，博士，副教授，研究方向：干旱區(qū)資源環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用研究；

杜克平（1974.07-），男，漢族，山東淄博人，博士，副教授，研究方向：光學(xué)遙感、地理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用；

阿不都艾尼·阿不里（1984.04-），男，維吾爾族，新疆阿克蘇人，博士，教授，研究方向：干旱區(qū)土壤污染遙感監(jiān)測(cè)與應(yīng)用。