學(xué)科交叉背景下“遙感概論”課程教學(xué)改革研究

摘 要：遙感技術(shù)作為當(dāng)今社會的關(guān)鍵數(shù)據(jù)獲取分析工具，已被廣泛應(yīng)用于山水林田湖草沙冰生態(tài)系統(tǒng)，各學(xué)科對遙感知識的需求亦日益增長。考慮遙感技術(shù)可為交叉學(xué)科綜合利用，有必要探索學(xué)科交叉背景下“遙感概論”課程的教學(xué)改革模式。針對當(dāng)前“遙感概論”課程教學(xué)過程中存在的問題，本文深入剖析其教學(xué)改革的關(guān)鍵問題，搭建基于現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的遙感概論知識體系，明確教學(xué)改革方案，致力于將實際問題與學(xué)科前沿成果融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提升其解決實際問題的能力，培養(yǎng)符合社會需求的跨學(xué)科高級技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉；遙感概論；教學(xué)改革；問題導(dǎo)向

Abstract：Remote sensing technology，as a key data acquisition and analysis tool in today's society，has been widely used in the ecosystems of mountains，water，forests，fields，lakes，grasses，sand and ice，and there is a growing demand for remote sensing knowledge in various disciplines.Considering that remote sensing technology can be comprehensively utilized by interdisciplinary disciplines，it is necessary to explore the teaching reform mode of Introduction to Remote Sensing in the context of interdisciplinary disciplines.Aiming at the problems existing in the teaching process of the current Introduction to Remote Sensing course，this paper analyzes the key issues of its teaching reform，builds the knowledge system of Introduction to Remote Sensing based on the existing teaching content，and clarifies the teaching reform plan.Ultimately，it is hoped that practical problems and cuttingedge achievements of the discipline will be integrated into the teaching，which will stimulate students to take the initiative to learn，enhance their ability to solve practical problems，and cultivate interdisciplinary senior technical talents in line with the needs of the society.

Keywords：interdisciplinary；introduction to remote sensing；teaching reform；problemoriented

1 概述

遙感作為一種非接觸式感知技術(shù)，自20世紀(jì)60年代以來，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1］。傳感器被安裝在氣球、無人機(jī)、航空飛機(jī)、火箭和衛(wèi)星等遙感平臺上，用于探測地物的電磁輻射，并將輻射特征記錄下來。然后，通過信息傳輸設(shè)備將地物遙感信號傳回地面接收站，再利用圖像分析設(shè)備對遙感信息進(jìn)行處理，最終獲取能反映地物狀態(tài)和性質(zhì)的有效信息。遙感已在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，如環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、政府管理與決策、防災(zāi)減災(zāi)、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、海洋、湖泊、交通、氣象、地質(zhì)等多個領(lǐng)域［2］。為滿足社會需求及促進(jìn)學(xué)科交叉，諸多高校開設(shè)了遙感概論相關(guān)課程，開設(shè)的本科專業(yè)也從地學(xué)、測繪學(xué)逐漸發(fā)展到農(nóng)學(xué)、林學(xué)、土木工程、城市規(guī)劃、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科專業(yè)［1］。針對更加精細(xì)化發(fā)展的應(yīng)用場景，如何適配應(yīng)用場景，增強(qiáng)本科生解決實際問題的能力，是培養(yǎng)遙感及其交叉學(xué)科高級應(yīng)用人才的關(guān)鍵［3］。

2 遙感概論課程現(xiàn)存問題

2.1 課程設(shè)計復(fù)雜

各高等教育機(jī)構(gòu)在學(xué)科基礎(chǔ)、師資力量、教育目標(biāo)及平臺資源方面存在差異性，導(dǎo)致它們在設(shè)置“遙感概論”課程體系結(jié)構(gòu)時表現(xiàn)出多樣性［34］。該課程大致可分為兩類：一是綜合性課程，如“遙感原理與應(yīng)用”“遙感概論”等，為學(xué)生提供基礎(chǔ)性的理論知識；二是專業(yè)性課程，如“林業(yè)遙感”“水體遙感”等特定領(lǐng)域課程，旨在深化學(xué)生在特定應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識與技能。由于各院校在課程設(shè)置上的側(cè)重點(diǎn)各不相同，這些課程往往顯得紛繁復(fù)雜，且與后續(xù)課程間的邏輯關(guān)系與銜接性不夠明確。

2.2 教學(xué)內(nèi)容滯后并與實際應(yīng)用脫節(jié)

當(dāng)前，無論是綜合性還是專業(yè)性《遙感概論》教材，在反映學(xué)術(shù)前沿動態(tài)方面均展現(xiàn)出顯著的局限性［56］。遙感技術(shù)極有可能與云計算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)深度融合，朝著智慧遙感的方向邁進(jìn)［78］。然而，鑒于教材編寫與修訂的周期性限制，這些前沿進(jìn)展難以迅速且全面地融入《遙感概論》教材之中。此外，遙感技術(shù)的應(yīng)用場景日益廣泛，而“遙感概論”課程中的案例分析常停留在理論層面，缺乏與實際應(yīng)用的緊密聯(lián)系，難以使學(xué)生深刻理解遙感技術(shù)在解決實際問題中的關(guān)鍵作用。

3 教學(xué)改革關(guān)鍵問題

針對“遙感概論”課程教育所面臨的問題，結(jié)合當(dāng)前各高校的教學(xué)實踐現(xiàn)狀，本文指出教學(xué)改革亟須解決的兩個核心議題。

（1）普適性遙感技術(shù)理論教育體系構(gòu)建問題：如何在既有的教學(xué)平臺與課程體系框架內(nèi)，設(shè)計并實施一套具有廣泛適用性的遙感技術(shù)理論教學(xué)方案，旨在滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求及未來應(yīng)用領(lǐng)域中的實際要求。

（2）教學(xué)內(nèi)容與遙感技術(shù)前沿同步更新策略：探討如何高效地將遙感領(lǐng)域的最新研究成果與前沿知識融入現(xiàn)有教學(xué)體系中，以應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容滯后于技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)實問題。

4 教學(xué)改革內(nèi)容

4.1 遙感概論知識體系

一般來說，遙感概論知識體系主要包括理論、數(shù)據(jù)和應(yīng)用三大部分。理論部分主要介紹遙感概念、電磁波譜及遙感傳感器，為后續(xù)遙感數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)部分主要介紹了航空遙感、航天遙感、微波遙感與激光雷達(dá)遙感，綜述了遙感數(shù)據(jù)類型及特點(diǎn)，為遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了材料。應(yīng)用部分主要包括遙感圖像解譯和遙感技術(shù)應(yīng)用，是遙感理論和遙感數(shù)據(jù)的價值體現(xiàn)。從學(xué)科交叉的角度看，第一部分和第二部分為通識的遙感技術(shù)基礎(chǔ)，各個學(xué)科均可采用。第三部分可以根據(jù)不同的專業(yè)需求，側(cè)重安排實際應(yīng)用案例，即第三部分可以適用于其他學(xué)科。學(xué)科交叉背景下“遙感概論”課程知識體系組成如圖1所示。

圖1 學(xué)科交叉需求下“遙感概論”課程內(nèi)容分類思路

在學(xué)科交叉的時代需求下，“遙感概論”課程從特定的遙感應(yīng)用案例中提取、總結(jié)出相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容更具趣味性。該思路可觸發(fā)學(xué)生自主思考相應(yīng)內(nèi)容在“遙感概論”中的作用，理解學(xué)習(xí)內(nèi)容在課程體系的定位，從而提升學(xué)生從“被教”到“自學(xué)”的主動性。在把握課程內(nèi)容邏輯連貫性的基礎(chǔ)上，根據(jù)所屬區(qū)域遙感應(yīng)用特色，系統(tǒng)突出相關(guān)知識類別，構(gòu)建一套特色分明、邏輯清晰的知識架構(gòu)。最后，依據(jù)被突出的內(nèi)容，設(shè)計課程拓展內(nèi)容，輻射“遙感概論”課程的其他知識點(diǎn)，延展與其他學(xué)科交叉的可能性，挖掘交叉應(yīng)用實際案例，形成一套具有交叉背景的遙感概論知識體系。

4.2 以問題為導(dǎo)向，助力理論教學(xué)內(nèi)容的深化與拓展

遙感概論知識體系是授課的核心。從體系來看，“遙感概論”課程要解決的問題可納為五個關(guān)鍵方面：問題的本質(zhì)是什么？現(xiàn)象的表現(xiàn)如何？特征的具體情況怎樣？為何會形成這樣的特征？應(yīng)如何應(yīng)對這些問題？（如圖2所示）。圍繞這五個方面，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編排，確保涵蓋理論知識、數(shù)據(jù)處理和實際應(yīng)用三大核心板塊，以實現(xiàn)全面且系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)。

圖2 以解決問題為導(dǎo)向的“遙感概論”教學(xué)內(nèi)容思路

拓展教學(xué)內(nèi)容須植根于既有教材知識體系，聚焦于地表自然與人文要素，深入探索遙感技術(shù)在多領(lǐng)域的最新前沿知識。此過程需要涵蓋遙感數(shù)據(jù)處理與技術(shù)的最新進(jìn)展、高級遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的迭代更新、地學(xué)分析的創(chuàng)新方法，以及各領(lǐng)域科研新發(fā)現(xiàn)等成果。以科研成果所解決的實際問題為切入點(diǎn)，將前沿理論知識有機(jī)融入既有知識體系，旨在緩解教學(xué)內(nèi)容滯后于遙感技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)狀，促進(jìn)理論與實踐的深度融合與協(xié)同發(fā)展［9］。此外，實踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊貼課程內(nèi)容，在突出特色的同時聚焦學(xué)術(shù)研究前沿以及緊迫社會需求，綜合遙感影像下載、處理軟件認(rèn)識、數(shù)據(jù)預(yù)處理和遙感數(shù)據(jù)挖掘方法等實踐教學(xué)活動。在實踐教學(xué)過程中，需要讓學(xué)生明確各環(huán)節(jié)的實際困難，知難不畏難，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)韌性。通過實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力，能運(yùn)用主流遙感軟件或編程語言解決區(qū)域化特色研究方向的基礎(chǔ)性問題，并能根據(jù)已掌握的基礎(chǔ)，拓展感興趣的領(lǐng)域。

5 教學(xué)改革方法

5.1 與時俱進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容

在教育實踐活動中，高度重視將相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的最新科研成果即時融入課堂教學(xué)體系之中，致力于不斷更新與優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容及授課講義，確保所傳授知識的先進(jìn)性與前沿性，最大限度地縮減知識更新的延遲與滯后效應(yīng)。通過持續(xù)更新教學(xué)內(nèi)容、傳授科研信息獲取技巧及鼓勵自主學(xué)習(xí)，旨在全面提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，為其個人長遠(yuǎn)發(fā)展鋪設(shè)一條寬廣而堅實的道路，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)快速變化的學(xué)科領(lǐng)域與社會需求。

5.2 教學(xué)方法優(yōu)化

在課堂教學(xué)中，我們以具體問題為起始點(diǎn)，采用啟發(fā)式教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生逐步思考并明確解決問題所需的關(guān)鍵步驟與內(nèi)容，進(jìn)而系統(tǒng)講授相關(guān)領(lǐng)域的理論精髓。隨后，從特定領(lǐng)域的理論內(nèi)容中提煉出具有普遍適用性的知識體系，并指導(dǎo)學(xué)生將該知識體系遷移應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域，以培養(yǎng)其跨領(lǐng)域思維與綜合能力。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所構(gòu)建的知識體系，對其他領(lǐng)域的理論內(nèi)容進(jìn)行深入分析與預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果與既有理論進(jìn)行對比驗證，以此深化學(xué)生對知識體系的理解與應(yīng)用能力。

5.3 理論結(jié)合實際

理論教學(xué)應(yīng)與實際應(yīng)用深度融合，秉持“學(xué)以致用”的教育理念，積極倡導(dǎo)學(xué)生參與“遙感概論”相關(guān)的第二課堂與第三課堂學(xué)習(xí)活動，如學(xué)科競賽、科研項目及社會實踐等。這些活動以解決實際問題為導(dǎo)向，驅(qū)動學(xué)生利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用性研究，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，深化專業(yè)技能的掌握。通過此類實踐，不僅能夠強(qiáng)化學(xué)生的動手操作能力，還能有效培養(yǎng)其學(xué)科邏輯思維與科研創(chuàng)新能力，全面提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)與綜合研究能力，確保理論學(xué)習(xí)與實踐操作相輔相成，共同促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

5.4 增強(qiáng)學(xué)科交叉能力

鼓勵學(xué)生積極探索與其他學(xué)科交叉的可能性。教師可在授課過程中適當(dāng)引導(dǎo)，以此拓寬學(xué)生的視野，豐富其知識內(nèi)涵。倡導(dǎo)學(xué)生積極參加各類技能競賽，加強(qiáng)以賽育人意識，鼓勵具有不同專業(yè)背景的學(xué)生組成團(tuán)隊，共同完成各類比賽。授課過程中，教師的有益引導(dǎo)，加上學(xué)生參加比賽培養(yǎng)的團(tuán)隊意識和與不同專業(yè)學(xué)生的思想碰撞，最終使“遙感概論”課程能夠培養(yǎng)出具有跨學(xué)科視野、動手能力強(qiáng)和專業(yè)知識深的高級技能型人才，為學(xué)科交叉的時代需求做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

結(jié)語

“遙感概論”作為一門跨學(xué)科領(lǐng)域廣泛的課程，面臨著新方法、新裝備、新技術(shù)持續(xù)發(fā)展與更新的挑戰(zhàn)，這無疑增加了教學(xué)與學(xué)習(xí)的復(fù)雜性。為提升教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)層次，本文系統(tǒng)總結(jié)并歸納了現(xiàn)有教學(xué)過程的問題，發(fā)展了一個更具普適性的知識體系。該體系旨在幫助學(xué)生更有效地將實際與理論融合，以應(yīng)對日益增長的社會需求與技術(shù)要求，從而培養(yǎng)出適應(yīng)時代發(fā)展的高素質(zhì)遙感專業(yè)人才。

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基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項目“天山北坡湖庫輻射傳輸模擬及其水色參數(shù)時序重建研究”（項目編號：2024D01A86）；新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室重點(diǎn)項目“艾比湖溶解有機(jī)碳（DOC）遙感監(jiān)測”（項目編號：XJDX0909202301）

作者簡介：劉長江（1988— ），男，漢族，河南鄢陵縣人，博士研究生，講師，研究方向：湖泊水環(huán)境遙感。