“遙感地學分析”課程教學改革探討

摘 要：“遙感地學分析”作為一門需要將理論知識和實踐應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，在教學過程中，不僅要鞏固加深學生對遙感基本原理和方法的理解，同時也要在具備較為明確的應(yīng)用指向的基礎(chǔ)上，理論聯(lián)系實際，鍛煉學生熟練運用遙感軟件獨立分析問題、解決具體問題的能力。因此，如何有效地使“理論”+“實踐”+“應(yīng)用導向”三方面相結(jié)合是開展本課程教學工作的重點和難點問題。為此，本研究在分析課程教學現(xiàn)狀及存在的主要問題的基礎(chǔ)上，從教學目標、教學內(nèi)容、教學方式及考核方式四個方面開展系統(tǒng)研究，構(gòu)建了研究式教學模式體系，將“課堂”和“實踐”有機結(jié)合，并提出“案例專題化”+“問題驅(qū)動式”+“自主拓展學習”的教學方式，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及自我學習、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：遙感地學分析；研究式教學；教學內(nèi)容；教學方式；考核方式

Xinjiang Planting Industry Green Production Engineering Technology Research Center XinjiangUrumqi 830052

Abstract：As a course that integrates theoretical knowledge and practical application，\"Remote Sensing Geoanalysis\" aims to strengthen students' understanding of the fundamental principles and methods of remote sensing，while also developing their practical skills in independently analyzing and solving specific problems within a defined application direction.Effectively combining theory，practice，and application orientation presents a key and challenging aspect of the teaching process for this course.To address this，a comprehensive study was conducted，analyzing the current teaching status and identifying main issues.This study proposes a researchbased teaching model system that encompasses teaching objectives，teaching contents，teaching methods，and assessment methods.This system integrates classroom and practical learning，while employing a teaching approach that combines \"case specialization\"，\"problemdriven\" learning，and \"independent expansion\".The aim is to spark students' interest in learning，foster innovative thinking，and enhance their abilities in selflearning，problem identification，problem formulation，and problemsolving.

Keywords：Remote sensing geoanalysis；Research based teaching；Teaching content；Teaching methods；Assessment method

遙感是一種利用地面、機載或者星載的探測器，不與探測目標相接觸，通過電磁波與地物之間的相互作用，包括反射、吸收、散射及透射等，以波譜和空間兩維成像方式來探測地物特性的技術(shù)［1］。按照遙感平臺可以劃分為地面遙感、航空遙感和航天遙感；按照傳感器的探測波段可以劃分為紫外遙感、可見光反射紅外遙感、熱紅外遙感、微波遙感；按照工作方式可以劃分為主動遙感和被動遙感［2］。由于具備可大面積同步觀測、時效性、經(jīng)濟性以及數(shù)據(jù)的綜合性和可對比性等優(yōu)勢，目前遙感技術(shù)已經(jīng)在環(huán)境、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、地質(zhì)、氣象以及災(zāi)害等地學領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。越來越多的學者利用多源遙感數(shù)據(jù)開展了土壤碳排放監(jiān)測［3］、耕地質(zhì)量評價［4］、城市熱島效應(yīng)監(jiān)測［5］、巖性和地質(zhì)構(gòu)造的識別［6］、農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)［7］、水體污染監(jiān)測［8］、區(qū)域地表蒸散量的估算［9］、土壤侵蝕監(jiān)測［10］、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測［1115］、土壤鹽漬化監(jiān)測［1620］及土壤含水量反演［2123］等方面的研究工作，取得了不錯的應(yīng)用效果。正是由于遙感技術(shù)在地學領(lǐng)域具有廣泛的用途，目前國內(nèi)眾多高校開設(shè)了“遙感地學分析”（Geoanalysis of Remote Sensing）這門課程。擬通過該課程的學習進一步培養(yǎng)學生有效應(yīng)用遙感的理論、方法和技術(shù)，實現(xiàn)復雜地學問題的快捷、方便、省時以及省力解決的能力［24］。新疆農(nóng)業(yè)大學也針對地理信息科學專業(yè)的本科生開設(shè)了這門專業(yè)課，共有32學時，其中講課16學時，實驗16學時。

即不同于“遙感概論”等基礎(chǔ)理論課，也不同于“遙感圖像處理”等側(cè)重操作的實踐課。作為一門需要將理論與應(yīng)用深度結(jié)合的課程，“遙感地學分析”不僅要深化學生對遙感基本原理與方法（如遙感數(shù)據(jù)特征、圖像解譯與處理、數(shù)據(jù)融合與同化、變化檢測等）的理解，更需要在明確應(yīng)用導向的前提下，通過理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生熟練運用遙感軟件獨立解決實際問題的能力。因此，有效融合“理論”“實踐”與“應(yīng)用導向”三大要素，成為本課程教學的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。針對這一關(guān)鍵問題，本研究在系統(tǒng)梳理課程教學現(xiàn)狀及存在的主要問題基礎(chǔ)上，從教學目標、教學內(nèi)容、教學方式及考核方式四個維度提出改革建議，旨在切實提升教學質(zhì)量。

1 課程教學現(xiàn)狀及存在的主要問題

目前，對于遙感方面的課程，全國多數(shù)院校的教學方式單一化，仍以傳統(tǒng)的“講授法”為主［25］，教師扮演著知識的傳遞者和解說者的角色，而學生則被動單向、機械式地接受知識，教師跟學生之間缺乏互動性，難以充分調(diào)動學生的學習興趣和主觀能動性，不能有效啟發(fā)學生的思維和想象，進而導致學生在課堂中不認真學習的現(xiàn)象時常發(fā)生。

在教學內(nèi)容上，高校主要選用一些市面上比較經(jīng)典的遙感類書籍作為教材。但遙感是一門發(fā)展迅速的學科，近些年，新的遙感理論、技術(shù)、方法和研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，這要求教材建設(shè)必須與時俱進，及時更新和補充新方法與新技術(shù)，與此同時，學生也要及時了解遙感技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，從而適應(yīng)學科及社會發(fā)展對遙感人才的需求［26］。然而，目前被選用的遙感教材的出版時間距今均在10年以上，導致有些教學內(nèi)容比較陳舊，更新滯后明顯，甚至一些技術(shù)和方法早已過時。如果學生不了解遙感的最新發(fā)展動態(tài)，仍以老觀點看待問題，對于未來打算讀研究生繼續(xù)開展研究工作的學生來說，將十分不利于其未來個人研究事業(yè)的發(fā)展；而對于打算未來畢業(yè)直接工作的學生來說，將可能無法適應(yīng)公司和企業(yè)的需求。與此同時，目前我國西部地區(qū)高校的區(qū)位競爭力不足，難以吸引遙感類高層次教師的加入，師資力量明顯不足。每年更多招入的是一些剛剛畢業(yè)的博士。這些剛剛走出校園的青年博士往往缺乏企業(yè)工作經(jīng)歷，也不是十分了解企業(yè)和社會對遙感類人才的實際需求，導致在教學內(nèi)容重理論，輕實踐的現(xiàn)象普遍發(fā)生［27］。

在考核方式上，多數(shù)高校仍以期末卷面考試為主，主要考查的是學生的理論知識［25］。這種考核方式僅僅考查了學生對遙感理論基礎(chǔ)知識的掌握程度，而無法有效考查學生的創(chuàng)新性以及發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力，導致學生畢業(yè)以后無法較好的適應(yīng)社會和企業(yè)的需求。

2 研究式教學模式內(nèi)涵

研究性教學是一種以“以學生為主體、以教師為主導”，將“課堂”和“實踐”有效結(jié)合，以培養(yǎng)學生自我學習、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題以及解決問題的能力為目的，要求教師在教學過程中要創(chuàng)設(shè)類似于科學研究的情景，并通過必要且合理的啟發(fā)、引導乃至鼓勵激發(fā)學生自主學習的熱情，讓學生在獨立探索、思考以及實踐的研究過程中吸收、解讀和應(yīng)用知識，且通過“自主、探究、合作”的方式進行協(xié)作，達到解決問題的目的，最終讓學生在研究中學習和成長，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力以及實踐能力的教學模式［28］。研究性教學能夠充分發(fā)揮學生的主體作用，同時發(fā)揮教師的主導作用；激發(fā)學生的學習興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)分析解決實際問題的能力；幫助學生扎實掌握基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)實踐能力，同時避免傳統(tǒng)教學方法的缺陷［29］。與此同時，通過研究型教學，學生可以借助科學思維和方法主動地去獲取知識，挖掘關(guān)鍵科學問題，從而緊跟學科前沿并指導實踐。由于以上優(yōu)勢，研究型教學可以將“理論”+“實踐”+“應(yīng)用導向”三方面有機地結(jié)合在一起。這也是本研究選擇研究型教學開展研究的主要原因。

3 研究式教學模式體系構(gòu)建

3.1 教學內(nèi)容

3.1.1 教學資料選取

針對目前市面上的遙感類書籍內(nèi)容陳舊、更新滯后明顯，甚至一些技術(shù)和方法早已過時的問題，教師在選擇課程教學資料的時候不僅要選擇一些經(jīng)典的遙感類書籍，同時也要選擇一些最新發(fā)表的高質(zhì)量中英文論文作為補充資料，使教學資料多樣化，緊跟遙感技術(shù)發(fā)展前沿。針對遙感的不同領(lǐng)域，世界各國的研究人員已經(jīng)提出了很多經(jīng)典的算法并發(fā)表在以上這些優(yōu)秀的中外學術(shù)期刊上，且算法正在被后人進行不斷的改進和更新。這些期刊上的論文提出的算法是目前遙感技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)，因此，作為教師，要經(jīng)常閱讀這些遙感專業(yè)期刊上最新發(fā)表的論文，并認真總結(jié)歸納，將一些新提出的經(jīng)典方法和技術(shù)編入教學資料中，在課堂上將其原理及時傳授給學生。與此同時，教師也應(yīng)該經(jīng)常瀏覽國際攝影測量與遙感協(xié)會、中國遙感應(yīng)用協(xié)會及加拿大遙感協(xié)會等官方網(wǎng)站，及時把握遙感的最新發(fā)展動態(tài)，拓寬視野，也為授課提供豐富生動的案例。教師也應(yīng)該多鼓勵學生根據(jù)自己的興趣，閱讀不同遙感領(lǐng)域的學術(shù)論文。對于閱讀中的一些困惑，學生可以先通過網(wǎng)絡(luò)、圖書等多媒體資源自行解決，如果實在解決不了，可以將問題在課堂中的討論環(huán)節(jié)中提出，由教師和全班同學共同討論解決。

3.1.2 內(nèi)容設(shè)計

為了深度強化課程的應(yīng)用導向，建議實施專題化教學設(shè)計。 每個專題應(yīng)深度對接社會需求，緊扣就業(yè)崗位及其能力要求，聚焦當前具有廣泛社會需求的遙感應(yīng)用領(lǐng)域，從而切實提升學生的職業(yè)競爭力并精準對接社會需要。同時，需要巧妙融入遙感基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)以及前沿動態(tài)、研究熱點等內(nèi)容，確保專題內(nèi)容與時俱進。根據(jù)目前社會的需求，課程主要內(nèi)容可以設(shè)計為高光譜遙感、熱紅外遙感、微波遙感、土壤遙感、植被遙感、水體與海洋遙感、地質(zhì)遙感以及大氣遙感八個專題。每個主題先通過創(chuàng)設(shè)有趣的情景，將學生帶入專題學習內(nèi)容的世界中，然后將遙感數(shù)字圖像增強與預(yù)處理、遙感圖像分類、遙感數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)同化、遙感變化檢測以及遙感混合像元分解等零碎的知識點有機地串在一起嵌入每個專題中，最后將一些中英文雜志上最新發(fā)表的成果作為經(jīng)典案例進行講解，理解和鞏固前面基礎(chǔ)知識的學習。專題學習可以激發(fā)學生的學習興趣和積極性，使學生在學習中掌握知識，并在實踐中加深對知識的理解，而不是讓學生死記硬背，通過機械的方式獲得知識，這種“主動式”的方式可以提高學生對知識的理解和運用程度。

3.2 教學方式

教學方式應(yīng)該多樣化，每個專題包括基礎(chǔ)理論知識教學、最新經(jīng)典案例講解、實踐教學以及學生自主拓展學習相關(guān)案例四部分內(nèi)容，其中基礎(chǔ)知識和經(jīng)典案例是糅合在一起講解。

采用問題驅(qū)動式教學法，教師在課前根據(jù)專題內(nèi)容提出需要解決的問題（與最新經(jīng)典案例需要解決的問題相同），引起學生的求知欲，并留足夠的時間讓學生獨立思考，引導學生自主學習。學生在這段時間可以通過書籍、網(wǎng)絡(luò)及期刊等多媒體材料尋求解決方案。在正式上課過程中可以隨機抽幾個學生（或者學生毛遂自薦主動回答）談?wù)勗谒麄兊睦斫庵惺侨绾谓鉀Q該問題的，大致掌握學生對相關(guān)知識的掌握情況，將一些理解不到位的知識點作為課堂講解中的重點內(nèi)容。然后在課堂中系統(tǒng)講解該經(jīng)典案例，同時將基礎(chǔ)知識和技術(shù)由淺入深、循序漸進地以問題形式引出并融合在講解中。即將一個經(jīng)典案例合理地分解成若干個小問題，在引出每個小問題之后，一一講解為解決該小問題使用到的基礎(chǔ)知識和技術(shù)。同時，在講解基礎(chǔ)知識和技術(shù)的過程中要采用多媒體教學，使內(nèi)容可視化、動態(tài)化和交互化，不僅提高學生的學習興趣，同時提高教學效率。這種抽絲剝繭的方法，讓學生接受知識處于一個順暢的渠道，使他們擁有較為清晰的思路，同時也促使學生不斷地暗示自己，目前所學的知識是有實際用途的，是解決實際問題的必備知識。教師在講解過程中也要引導和鼓勵學生去思考如何利用所學的基本知識和技術(shù)去解決課前提出的問題。講解完所有基礎(chǔ)知識和技術(shù)之后，讓學生分組討論5分鐘左右，在討論過程中去調(diào)整和優(yōu)化自己課前的解決思路并嘗試畫出解決問題的技術(shù)路線圖。而后讓學生發(fā)言，闡述自己的思路，教師對知識盲點進行講解，并與學生討論繼續(xù)完善研究思路。

在講解完經(jīng)典案例之后，學生已經(jīng)大致掌握了基礎(chǔ)理論知識和技術(shù)。為了進一步加深學生對知識的理解和掌握程度，需要開展實踐教學，可以通過上機或者室外實際操作兩種方式進行。如遙感圖像的拼接、大氣校正、地形校正、輻射校正等預(yù)處理、遙感圖像的融合和同化以及遙感圖像的變化檢測等內(nèi)容可以通過上機形式完成。上機教學主要使用ENVI這種應(yīng)用性廣、基礎(chǔ)性強的軟件，主要目的是讓學生在學會遙感軟件基本操作的基礎(chǔ)上，能夠?qū)④浖牟煌幚砟K有機結(jié)合在一起，形成一個系統(tǒng)完整的操作流程，用于解決實際的遙感問題。而植被、土壤和水體等地物光譜的測量可以讓學生使用ASD光譜儀在室外實際操作。在課程中讓學生理解野外地物光譜測量的基本原理，掌握ASD便攜式地物光譜儀的測量方法以及了解野外地物光譜測量的注意事項。在此基礎(chǔ)上，加深學生對地物反射規(guī)律的認識，分析比較不同地物的反射光譜特征。

在完成理論和實踐教學之后，開展學生自主拓展學習相關(guān)案例環(huán)節(jié)。要求每個學生根據(jù)專題內(nèi)容，自行尋找最新發(fā)表且感興趣的學術(shù)論文進行閱讀，總結(jié)研究思路和研究方法，繪制技術(shù)路線圖，撰寫閱讀報告，并在課堂中進行展示和匯報。針對論文閱讀中出現(xiàn)的問題也可以在課堂中提出，由教師和其他同學共同討論解決。

3.3 考核方式

在考核環(huán)節(jié)要更多注重考查學生的創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。因此，課程考核成績由平時課堂表現(xiàn)、自主拓寬環(huán)節(jié)表現(xiàn)以及期末成績?nèi)糠纸M成，三部分的比例可以設(shè)置為20%、50%和30%。平時課堂表現(xiàn)主要是由出勤率和回答專業(yè)問題的情況組成。通過這項考核，激發(fā)學生在課堂中去多思考、多收集資料并積極踴躍地參與到專題學習的討論中，發(fā)表自己的觀點，積極主動地回答教師的課堂提問。自主拓寬環(huán)節(jié)表現(xiàn)包括兩部分：（1）對學生針對專題內(nèi)容提交的八個閱讀報告進行打分，主要評價學生是否理清了研究思路和研究方法以及繪制的技術(shù)路線圖是否正確且清晰明了，是否能夠清晰地傳達出論文使用的方法和內(nèi)容；（2）學生需要制作PPT，將閱讀報告在課堂上展示，教師針對課堂匯報表現(xiàn)，從思路的清晰度、內(nèi)容的邏輯性、匯報講解的流暢度以及PPT制作等方面進行綜合打分。期末考試不僅考查學生對基礎(chǔ)知識的掌握程度，同時也考查學生對知識靈活運用能力，多出一些活題。如針對某一問題，要求學生給出解決方案。學生要從遙感數(shù)據(jù)源的選取、遙感數(shù)據(jù)處理以及遙感信息提取等方面詳細闡述解決方案，給出研究思路和技術(shù)路線圖。

4 結(jié)論

本研究立足“遙感地學分析”的課程特質(zhì)，在梳理教學現(xiàn)狀與核心問題的基礎(chǔ)上，聚焦教學目標、內(nèi)容、方法與考核四個維度，系統(tǒng)探索并構(gòu)建研究式教學模式體系。 該體系有機融合“理論”“實踐”與“應(yīng)用導向”三大要素，旨在切實提升課程教學質(zhì)量。

在教學內(nèi)容上，需要對課程進行專題化設(shè)計，每個專題的設(shè)計要與社會需求緊密結(jié)合，以就業(yè)崗位和崗位能力需求為導向，同時要將遙感的基本理論和技術(shù)以及前沿性、研究型以及熱點型內(nèi)容巧妙地嵌入每個專題中，使專題內(nèi)容與時俱進，讓學生在興趣的驅(qū)動下，快樂主動地獲取知識。

教學方式應(yīng)該多樣化，每個專題應(yīng)包括基礎(chǔ)理論知識教學、最新經(jīng)典案例講解、實踐教學以及學生自主拓展學習相關(guān)案例四部分內(nèi)容。與此同時，要采用“問題驅(qū)動式教學”和“自主拓展學習”兩種教學方式，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及自主學習、發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力。

在考核環(huán)節(jié)要更多注重考查學生的創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，而不是死記硬背的能力。因此，課程考核成績需要由平時課堂表現(xiàn)、自主拓寬環(huán)節(jié)表現(xiàn)以及期末成績?nèi)糠纸M成。通過課程考核的多樣性，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生全面發(fā)展，為未來的學習和工作奠定堅實基礎(chǔ)。

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基金項目：新疆種植業(yè)綠色生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心資助項目“基于成像高光譜的土壤中鋰含量反演研究”（2223PTKFKT）

作者簡介：崔世超（1991— ），男，漢族，安徽蒙城縣人，工學博士，講師，研究方向：遙感應(yīng)用。