大地學(xué)背景下遙感原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革與實(shí)踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.18.019

Teaching Reform and Practice of Remote Sensing Principles and Applications under the Background of Geosciences

WANGDandan， WANG Zhen， WANG Yuebin （China University of Geosciences （Beijing）， Beijing ）

AbstractIt is necessary to reflect the characteristicsof geology in the construction of remote sensing principles and applicationscourses，andhowtoorganizethecoursecontent inanorderlymannerandachieve theconectionbetweenemote sensing basic knowledgeand geologicalapplications is thecore problemthatneeds tobesolved inthecourseconstruction. Thearticle first introduces thebackgroundand importanceoftecourse，andthenanalyzes thecurrent problems faced bythe course teaching，suchashowtoreflecthecharacteristicsofgeoscience within limitedclass hours，whetherknowledge points arconnected intoamainline，andwhetherthecoursecontentkeps pace withthe times.Inresponsetotheaboveiues，the article proposes modular teaching，project-based teaching，and interactiveteachingplans，and puts forward thoughtsand suggestions on the development trend ofremote sensing technology and future teaching reform directions.

中國地質(zhì)大學(xué)（以下簡稱“我校\"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)是對自然資源管理、生態(tài)文明建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等內(nèi)容進(jìn)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)。我校土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱“我院\"）2021年新設(shè)立了遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，隸屬于測繪科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科。

根據(jù)測繪類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，遙感原理與應(yīng)用課程被明確認(rèn)定為測繪類專業(yè)學(xué)生必須修讀的 10+X 門核心課程之一。課程側(cè)重于對遙感基本原理和方法的介紹，使學(xué)生在掌握基本知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解遙感技術(shù)的應(yīng)用，閱讀遙感相關(guān)英文文獻(xiàn)，能在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題，為學(xué)生未來從事測繪工程行業(yè)，解決相關(guān)工程問題和科學(xué)研究問題打下技術(shù)基礎(chǔ)。我校遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)于大二下學(xué)期開設(shè)了遙感原理與應(yīng)用課程，并于大二結(jié)束的暑假開展遙感原理與地學(xué)應(yīng)用實(shí)習(xí)。先修課程包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和地球科學(xué)概論。雖然在全國范圍內(nèi)遙感原理與應(yīng)用課程已具有成熟的教學(xué)體系，但我校開設(shè)的課程有必要同時(shí)考慮我校的地學(xué)特色和我院的測繪特色，以支撐學(xué)校特色專業(yè)發(fā)展需求。本文將從理論課程和實(shí)習(xí)課程兩個(gè)角度，探討課程教學(xué)改革方案，以突出我校的地學(xué)特色。

1課程教學(xué)問題探究

為了適應(yīng)素質(zhì)教育的要求，新的培養(yǎng)方案縮減了授課學(xué)時(shí)，但遙感原理與應(yīng)用課程涉及的知識點(diǎn)較多，在這一背景下，課程教學(xué)面臨以下挑戰(zhàn)：第一，當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容與地學(xué)問題的結(jié)合不夠緊密[2-3]。如何在有限的學(xué)時(shí)和成熟的課程體系中體現(xiàn)地學(xué)特色，是教學(xué)改革面臨的主要挑戰(zhàn)。

第二，遙感原理與應(yīng)用課程涉及的知識點(diǎn)較多[4。如何通過課程設(shè)置，在零散的遙感知識點(diǎn)中找到一條主線，使學(xué)生將所學(xué)知識與實(shí)際問題聯(lián)系起來[5]，是課程教學(xué)改革需堅(jiān)持的核心問題。第三，遙感技術(shù)更新迭代速度較快。如何在有限的課時(shí)內(nèi)引導(dǎo)學(xué)生接觸并了解前沿新興遙感技術(shù)，已成為教學(xué)改革需著力拓展的重要內(nèi)容。

2課程教學(xué)改革方案

針對上述提出的三個(gè)問題，課程組分別采用模塊化教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)法和互動式教學(xué)法進(jìn)行解決。

2.1模塊化教學(xué)

課程組將遙感原理與應(yīng)用課程分為幾個(gè)模塊，每個(gè)模板設(shè)置明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時(shí)，能夠看到每個(gè)模塊在實(shí)際中的應(yīng)用。具體來說，課程可細(xì)分為以下三個(gè)主要模塊。 ① 遙感基本原理模塊：使學(xué)生理解遙感的基本概念、傳感器類型、遙感平臺及其工作原理，在實(shí)習(xí)課程中對應(yīng)基本原理模塊。 ② 遙感數(shù)據(jù)處理模塊：培養(yǎng)學(xué)生對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析的能力，在實(shí)習(xí)課程中對應(yīng)數(shù)據(jù)處理模塊。 ③ 遙感應(yīng)用分析模塊：讓學(xué)生分析遙感技術(shù)在地學(xué)應(yīng)用中的典型案例，在實(shí)習(xí)課程中對應(yīng)地學(xué)應(yīng)用模塊。課間實(shí)習(xí)通過軟件操作鞏固學(xué)生對理論知識的理解，而實(shí)習(xí)課程則綜合考慮對課堂所學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐和利用遙感技術(shù)解決地學(xué)問題。

2.2項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)

遙感原理與應(yīng)用實(shí)習(xí)的項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式，是一種以實(shí)踐為導(dǎo)向的教學(xué)方法，它將傳統(tǒng)的課堂講授與實(shí)際操作相結(jié)合，通過一系列精心設(shè)計(jì)的遙感項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決真實(shí)或模擬的遙感問題的過程中，深入理解和掌握遙感技術(shù)的原理及其在實(shí)際應(yīng)用中的操作流程，

2.2.1多尺度光譜數(shù)據(jù)分析

遙感技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，尤其是在多尺度光譜數(shù)據(jù)分析方面，能夠幫助我們從不同空間尺度上理解地物的光譜特征及其變化規(guī)律。項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)的核心在于，通過一個(gè)完整的項(xiàng)目流程，使學(xué)生從數(shù)據(jù)采集、處理、分析到結(jié)果展示的全過程中，逐步掌握多尺度光譜數(shù)據(jù)分析的核心技能。

綜合實(shí)習(xí)課包含數(shù)據(jù)采集、遙感原理和地學(xué)應(yīng)用三個(gè)模塊。首先，開展野外數(shù)據(jù)采集，包括無人機(jī)數(shù)據(jù)（包括可見光、高光譜、熱紅外、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)）、地面光譜數(shù)據(jù)、室內(nèi)高光譜數(shù)據(jù)以及地質(zhì)剖面高光譜數(shù)據(jù)采集，重點(diǎn)圍繞儀器的使用、采樣點(diǎn)的布設(shè)等基本內(nèi)容開展，讓學(xué)生掌握儀器的使用，熟悉野外數(shù)據(jù)采集的流程。其次，學(xué)生以野外采集的數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用等主題實(shí)驗(yàn)，深入了解數(shù)據(jù)預(yù)處理過程和應(yīng)用方法，提高學(xué)生對遙感知識的理解，提升學(xué)生應(yīng)用遙感技術(shù)的能力。

在數(shù)據(jù)采集模塊，利用ASD地物光譜儀、無人機(jī)和衛(wèi)星傳感器從多尺度同步采集地物光譜，獲取多種地物光譜的特征曲線以及無人機(jī)高光譜和高空間分辨率數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析模塊，通過測量不同地物的反射率，根據(jù)地物光譜曲線，對不同地物的反射率進(jìn)行測試、分析，獲得不同地物反射光譜的特征，并在此基礎(chǔ)上，對同一種地物不同品種的地物光譜進(jìn)行分析，來觀察同一地物不同個(gè)體間光譜曲線的差異，思考能否通過構(gòu)建遙感指數(shù)識別不同地物。最后對不同空間尺度的地物光譜進(jìn)行分析]。

2.2.2巖石礦物遙感識別

巖石礦物的遙感識別是遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。通過高光譜和熱紅外遙感技術(shù)，可以快速、大面積地識別地表巖石和礦物的類型及其分布，為礦產(chǎn)資源勘查、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測等提供重要支持。在教學(xué)過程中，課程組以礦區(qū)巖石礦物識別為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考遙感技術(shù)在地質(zhì)資源勘查與環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用。

首先，進(jìn)行項(xiàng)目導(dǎo)入與任務(wù)分配。通過展示某礦區(qū)的遙感影像和地質(zhì)圖，引出項(xiàng)目背景和意義。例如，展示某礦區(qū)的多光譜影像，并提出問題：“如何利用遙感技術(shù)識別該礦區(qū)的巖石礦物類型？”將學(xué)生分為若干小組，每個(gè)組員負(fù)責(zé)1個(gè)子任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、礦物識別、結(jié)果展示等。其次進(jìn)行理論講解與知識鋪墊。講解巖石礦物的光譜特征、遙感識別方法、高光譜與熱紅外數(shù)據(jù)的融合等。在數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理部分，學(xué)生使用高光譜成像儀采集典型礦物的高光譜影像數(shù)據(jù)，使用多波段輻射系統(tǒng)（如CE312）獲取礦物的多波段輻射亮度。學(xué)生使用遙感軟件（如ENVI）對高光譜和熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取礦物的反射率和發(fā)射率特征。其次，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與礦物識別，包括光譜特征提取、礦物識別和熱紅外數(shù)據(jù)分析等。最后，進(jìn)行結(jié)果展示和討論。在問題討論部分，學(xué)生分析了礦物的空間分布規(guī)律，探討了影響礦物分布的地質(zhì)因素（如構(gòu)造、巖性等），并結(jié)合分析結(jié)果，提出了礦區(qū)資源勘查和環(huán)境保護(hù)的建議。

2.3互動式教學(xué)

互動式教學(xué)是一種有效的教學(xué)方法，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂參與度，并促進(jìn)學(xué)生對復(fù)雜遙感概念和技術(shù)的深入理解。通過互動式教學(xué)，學(xué)生不僅能夠接受

科教導(dǎo)刊

知識，還能通過討論、實(shí)踐和反饋主動構(gòu)建知識體系。教師可利用“課堂討論與問題引導(dǎo)”“案例分析與學(xué)生展示”“課后測驗(yàn)與及時(shí)反饋”等多種手段實(shí)施互動式教學(xué)。在理論講解過程中，教師可以通過提出開放性問題引導(dǎo)學(xué)生思考。例如，在講解遙感影像分類時(shí)，教師可以提出問題：“如何利用光譜特征區(qū)分植被、水體和建筑物？\"學(xué)生分組討論后，分享各自的思路和方法。通過這種方式，學(xué)生能夠積極參與課堂，并在討論中加深對遙感原理的理解。對于“案例分析”，教師可選擇典型的遙感應(yīng)用案例（如城市建筑提取、森林火災(zāi)監(jiān)測等），要求學(xué)生分組分析案例中的數(shù)據(jù)和方法，小組成員分工合作，完成數(shù)據(jù)采集、處理、分析和結(jié)果展示。例如，學(xué)生可以使用Landsat影像提取城市建筑輪廓，并通過PPT或海報(bào)展示其分析過程和結(jié)論。通過案例分析和展示，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提升解決問題的能力。對于“課后測驗(yàn)與及時(shí)反饋”環(huán)節(jié)，教師可在每個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識點(diǎn)布置課后作業(yè)，通過課后作業(yè)加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，并將不同知識點(diǎn)串聯(lián)起來，主動構(gòu)建知識體系。比如遙感物理基礎(chǔ)部分，讓學(xué)生計(jì)算太陽常數(shù)、解釋傳感器觀測中輻射的來源等。在傳感器平臺部分，讓學(xué)生查閱并對比國內(nèi)外不同掃描方式的衛(wèi)星傳感器。在數(shù)據(jù)處理部分，讓學(xué)生通過閱讀外文資料進(jìn)行輻射定標(biāo)的計(jì)算及圖像邊緣提取等。通過以上措施，可培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為未來的科研或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3結(jié)語

進(jìn)入21世紀(jì)，遙感技術(shù)成為備受國際科技界關(guān)注的熱點(diǎn)，遙感技術(shù)應(yīng)用也由最初的測繪、國土調(diào)查等單一應(yīng)用逐漸變?yōu)槎鄬W(xué)科交叉應(yīng)用，尤其是在地學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[]。本文針對大地學(xué)背景下遙感課程建設(shè)問題，從模塊化教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)、互動式教學(xué)三個(gè)方面開展教學(xué)改革研討，秉承理論與實(shí)際相結(jié)合的理念，實(shí)現(xiàn)了遙感基礎(chǔ)知識和地學(xué)問題的有機(jī)結(jié)合。在今后的遙感原理與應(yīng)用教學(xué)改革過程，還有以下幾點(diǎn)展望： ① 在遙感專業(yè)開設(shè)地學(xué)相關(guān)的必修課或選修課，豐富學(xué)生的地學(xué)知識，幫助學(xué)生提升地學(xué)思考和推理能力，進(jìn)而將遙感技術(shù)更好地應(yīng)用于地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境問題的解決； ② 測繪工程專業(yè)的學(xué)生若不修遙感物理基礎(chǔ)和定量遙感等課程，則應(yīng)增加教學(xué)內(nèi)容的深度，讓學(xué)生了解遙感不僅包含圖像解譯，還包括遙感定量反演模型，定量遙感理論的提出對遙感技術(shù)由廣度向深度發(fā)展至關(guān)重要； ③ 遙感技術(shù)的發(fā)展尤為迅速，教學(xué)大綱中應(yīng)持續(xù)引入國內(nèi)外最新成果，更新教學(xué)內(nèi)容、方法和手段； ④ 根據(jù)開設(shè)的遙感選修課情況，適當(dāng)增加課程學(xué)時(shí)，增加課程內(nèi)容的廣度。

*通信作者：王丹丹

★基金項(xiàng)目：2022年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“地學(xué)遙感大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用混合式教學(xué)體系研究以PIE為例”（220702313281137）；2023年度本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目（JG202330）。

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