CDIO理念在遙感原理與方法教學改革中的應用

摘 要 文章提出基于CDIO工程教學理念的遙感原理與方法教學改革模式。該教學模式緊緊圍繞遙感原理與方法課程能力培養大綱，讓學生在親自參與遙感應用項目的過程中，以問題學習的形式和創新性的項目設計為載體，使學生進行自主學習，最終實現對其綜合能力的培養。

關鍵詞 CDIO 遙感原理與方法 實驗設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學共同創立的工程教育改革模式。該項目已擴展到全世界，包括了各種工程類專業的教育。該項目的愿景是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）過程的環境基礎上的工程教育。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。在遙感原理與方法教學中引入CDIO理念，使學生能在課程學習過程中不僅掌握遙感基本的理論知識和基礎技能，同時對學生分析與解決問題、創新精神的培養也是一種行之有效的途徑。

1 遙感原理與方法課程概況

遙感原理與方法是我國高等院校地理科學類專業（包括地理、地質、地球物理、氣象氣候和海洋）的一門重要基礎課程，也是地理信息系統專業和遙感科學與技術專業的必修的核心課程之一。特別對遙感科學與技術專業工科學生而言，解決遙感圖像處理、信息提取等實際問題，CDIO能力尤其重要。遙感原理與方法課程在成都信息工程學院的教學中以本科生為主要對象，主要介紹遙感基本理論、基本方法和遙感應用的基本技能。同時根據本課程內容體系、特點以及CDIO理念，在課程中注重培養學生的以下能力：（1）掌握遙感科學與技術的基礎知識，包括遙感物理基礎、地物與電磁波相互作用和遙感成像機理；不同遙感器特性與遙感構像特征；遙感圖像處理的方法與技術；遙感圖像目視解譯及計算機解譯的原理、方法和步驟，航空照片、多光譜圖像、熱紅外圖像、雷達圖像和高光譜圖像信息提取，以及遙感專題信息的分析和在不同領域應用等；（2）獲取遙感技術基礎知識的能力和具備遙感基本技能；（3）學會系統分析遙感實踐中的問題；（4）有在遙感項目實踐中進行團隊合作的能力；（5）學會非遙感專業技術知識，進行個人職業技能的鍛煉；（6）具備設計和實施遙感項目的能力。

2 基于CDIO理念的遙感原理與方法課程的實施

2.1 遙感項目實施調查學習

根據本專業各教師的項目情況制定若干與之相關的有關遙感技術和組織、管理的題目，將學生分組并自選1組題目，利用課余時間參與到教師項目中自己獲得題目的答案或解答方式。該環節的設計思路是讓學生從實際問題（項目實際問題，非虛擬實驗問題）出發，帶著問題進行學習以實現對學生能力的培養。此環節的關鍵是教師要在項目中給出學習方向和題目，起到對學生的引導作用。具體如下：

（1）將課程根據內容在項目中找到合適的內容并細化為題目，讓學生在項目的實際參與中體會需學習的內容，培養學生搜集信息并解決問題的能力。如遙感圖像目視解譯中的題目“根據研究區狀況進行相關資料搜集，并完成對圖像的幾何校正”，在以往的課堂教學中資料搜集往往是一句話帶過，學生仍不清楚具體該搜集哪些資料，通過其自己在項目中的各種資料需求體會，進行探討，得出最后的結論。

（2）將項目學習內容與相關專業課程相結合，使學生對專業學習從廣度和深度上進行了解。如“根據植被的分布規律，結合遙感圖像的實際情況，對所給遙感圖像進行植被信息提取”。一方面讓學生不再空洞表面地看待遙感影像的顏色、形狀等圖像特征去進行信息的提取，而是結合自然地理課程中所學的植被分布規律這部分知識，懂得靈活運用所學知識解決實際工程中的問題，由被動變主動。另一方面，又認識到遙感技術應用實踐中無所不在的地學、生態學等知識，明確地學、生態學、氣象氣候學在專業知識體系中的重要性。

（3）除了讓學生學習專業技術問題外，還培養學生學習對問題的解決思路，同時也注重培養學生的職業道德。如“根據所給研究區和研究目的，選用適宜的遙感影像”，學生通過項目中對圖像數據進行經費預算，有針對性地選擇對項目而言性價比最高的圖像，而不是一味追求高分辨率圖像。

（4）了解遙感技術應用項目中工作分工，各工作之間如何協調，讓學生直接認識自己的專業以及整個遙感學科系統。

2.2 課堂教學和專題講座

（1）對課程的基本概念和理論進行課堂講授，通過具體項目的對全課程內容的貫穿，使學生建立課程的體系結構的概念，同時要求學生參與到學校的項目或實習單位的項目中學習專業知識，在學習中自行查找相關資料以豐富專業知識。

（2）選擇課程內容中的重點、難點進行重點講授，并結合實際操作或實際案例進行剖析。如遙感圖像計算機解譯中重點建立學生對特征空間等抽象概念的理解。

（3）利用多媒體技術手段，如圖片、視頻、動畫等向學生展現國內外的先進技術和理念，而這是學生在日常學習中難以直接接觸的。如星載掃描儀的工作原理、遙感衛星輻射校正場等知識。

除課堂教學外，還聘請經驗豐富的從事遙感技術理論及應用研究的專家做專題講座，這些講座極大地激發了學生學習專業知識的興趣，同時使學生了解了專業的新知識，對專業的發展更加關注。

2.3 遙感原理與方法課程實踐

在遙感項目實施調查學習過程中側重于“問”，要求學生在參與或者觀察的過程中多向項目人員請教，而在課程相關配套實驗中則強調“做”，要求學生自己動手完成相關題目。具體為兩方面的內容：

（1）針對課程內容設計實驗題目，是學生在實驗操作中能夠與理論知識結合起來，理論聯系實際，進一步增加對課堂知識的理解。同時注重實驗題目之間的連貫性，使之能夠與學生所見或所參與的項目盡量相關，不涉及紙上談兵的項目。

（2）要求學生主動參與到教師的相關項目中去，不僅參與項目的實施，還參與項目的組織和管理工作，使學生獲取更多的鍛煉。如進行遙感圖像的處理、解譯、分析等方面的工作，檢查遙感圖像處理的質量、遙感信息提取的質量等。要求學生參與項目討論，并鼓勵學生提出問題，使其更認真地投入項目工作中。

3 結語

基于CDIO理念的遙感原理與方法課程改革實踐打破了傳統教學模式，具備以下特點：第一，通過探索性的項目設計，以多媒體教學模式和項目式教學模式為手段，培養學生對專業知識的學習，提高個人能力和團隊合作能力。第二，通過教學內容與實踐內容的和諧統一，讓學生身處實際工作中，親自體會和參與專業知識轉化為生產力的過程，能夠使其重新構建自己的學科知識體系，牢固掌握專業理論和技能，并為后續專業課程的學習打下牢固基礎。