“遙感地學應用”課程內(nèi)容與教學方法研究

明冬萍，劉湘南，劉美玲

中國地質(zhì)大學（北京）信息工程學院，北京 100083

一、課程設置的目的和教學目標

隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)已經(jīng)成為空間數(shù)據(jù)獲取的主要手段，所獲取的遙感數(shù)據(jù)也向著高空間分辨率、高光譜分辨率和雷達立體觀測的方向發(fā)展。但歸根結(jié)底，遙感技術(shù)的最終目的就是從影像上提取信息服務于地學應用。因而針對遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)發(fā)展的新局面，基于各遙感傳感器系統(tǒng)成像機理，系統(tǒng)地開展不同數(shù)據(jù)源的遙感信息提取理論、方法和實踐的教學，對于進一步提升教學質(zhì)量，拓寬遙感技術(shù)教學領域，培養(yǎng)學生利用各種遙感影像進行地學處理、分析和應用的基本技能和創(chuàng)新思維具有非常重要的現(xiàn)實意義。

為更好地體現(xiàn)地學特色，2010年中國地質(zhì)大學（北京）地理信息系統(tǒng)專業(yè)本科學生教學計劃修訂時，“遙感地學應用”被作為GIS專業(yè)本科生在修完“遙感原理與方法”、“數(shù)字遙感圖像處理”等前導課程之后的另一門專業(yè)必修課。該課程教學的目的是通過課程的講授和實驗，使學生掌握各遙感傳感器系統(tǒng)成像基本原理及其圖像特性，了解不同數(shù)據(jù)源的遙感信息提取理論、方法和技術(shù)，掌握幾類典型遙感地學信息提取及分析建模方法體系，結(jié)合綜合實驗開展研究型學習，從而激發(fā)學生的自主學習、技術(shù)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生全面專業(yè)素質(zhì)，提高學生的就業(yè)競爭力。

二、課程教學的特點和教學現(xiàn)狀

“遙感地學應用”課程在強調(diào)多源遙感傳感器成像原理及圖像特性的同時，還涵蓋了多源遙感信息提取理論和方法技術(shù)等重要內(nèi)容。從理論和實踐教學兩方面考慮，“遙感地學應用”課程的教學存在以下特點。

（1）多學科交叉融合性強?！斑b感地學應用”課程涉及遙感物理、圖像及信號處理、模式識別和地學建模等相關(guān)交叉知識,學科之間的集成和有機融合對“遙感地學應用”課程教學提出了較高的要求。

（2）理論性和應用性并重。遙感的根本目的是從影像中提取信息服務于地學應用?！斑b感地學應用”課程教學既是涉及遙感地學相關(guān)知識（如自然、植被、水文等）的基礎性理論課程，又是一門應用性較強的技術(shù)性課程。因此，在“遙感地學應用課程”教學中必須理論與應用并重。

（3）技術(shù)發(fā)展和更新速度快。伴隨著傳感器數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和相關(guān)交叉學科技術(shù)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)的發(fā)展也尤為迅速，表現(xiàn)為應用領域不斷擴大，其應用技術(shù)手段不斷發(fā)展和進步，其應用效果逐漸向定量化、精細化和立體化方向發(fā)展?！斑b感地學應用”課程的教學也應及時將先進的理論和技術(shù)滲透到教學中，這對其課程教學的內(nèi)容、方法和手段也提出了更高的要求。

目前這門課程的建設情況還很薄弱，教學內(nèi)容從廣度和深度上與當今遙感技術(shù)發(fā)展的新局面不相適應。這種情況不僅體現(xiàn)在我校，從目前國內(nèi)其他高校GIS專業(yè)遙感教學的現(xiàn)狀來看，也都存在這個問題。即使國內(nèi)有幾所高校開設了“遙感地學分析”或者“遙感地學應用”課程[1-2]，但是從其教學目標和教學體系來看，其教學的重心過于偏重遙感數(shù)據(jù)（尤其是中低空間分辨率和中低光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)）在土壤、地質(zhì)、水體等方面的應用，忽略了遙感數(shù)據(jù)獲取的多源性和遙感信息處理應用的多手段性，也沒能形成課程教學的主線。此外，從教材建設方面，也缺少相應合適的配套教材，很多學?；旧先砸赃b感原理性的教材作為教學內(nèi)容和資料。

因此，在“遙感地學應用”課程教學活動中，應該根據(jù)該課程教學的特點和教學現(xiàn)狀，確定具體系統(tǒng)的教學內(nèi)容，采取合適的教學手段，著力解決和完善課程建設的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這對于遙感和GIS人才的培養(yǎng)具有重要的意義。

三、課程教學內(nèi)容

遙感地學應用課程在高校GIS相關(guān)專業(yè)教學中并不是一個新事物，然而隨著遙感技術(shù)發(fā)展，遙感地學應用課程教學內(nèi)容的安排還應遵循以下原則。

（1）教學內(nèi)容的開放性。大學課程教學內(nèi)容的安排應該突破教材的界限，其他優(yōu)秀教材、學科的重要理論和行業(yè)前景都可納入課堂教學[2]，以多學科交叉與多領域應用為特點的“遙感地學應用”課程教學內(nèi)容應該是開放式的。

（2）教學內(nèi)容的導向性?！斑b感地學應用”課程教學的最終目的是指導學生將遙感技術(shù)服務于地學應用，因此其教學內(nèi)容還應該是具有導向性的，要突出該課程的重點及與其遙感原理與方法基礎課程的區(qū)別。

（3）教學內(nèi)容的外延性。遙感技術(shù)發(fā)展日新月異，“遙感地學應用”課程教學內(nèi)容還應該是外延式的，課堂的內(nèi)容不僅追求既有理論技術(shù)的全面涵蓋，還要突出該課程的重點及與遙感原理與方法基礎課程的區(qū)別，提出本領域中尚待解決的問題，留給學生思考。

進而，遵行以上原則，為進一步提升教學質(zhì)量，全面培養(yǎng)學生專業(yè)技能和創(chuàng)新思維，本校的“遙感地學應用”課程擬從理論方法和實踐應用兩大方面，以“不同數(shù)據(jù)源—不同信息提取手段—不同應用領域”為教學主線，設置課程教學內(nèi)容體系（總48學時，其中講課32學時，實習16學時）。表1示意了“遙感地學應用”課程理論和實踐教學的基本內(nèi)容體系。

表1 “遙感地學應用”課程教學內(nèi)容體系

需要指出的是，實際上“遙感地學應用”課程的體系和應用領域非常龐大，如何在有限的課時下將不同遙感技術(shù)的理論、方法和應用的基本思路傳授給學生，激發(fā)學生自主學習和自由運用遙感技術(shù)的能力是本課程教學需要注意和強調(diào)的問題。因此該課程內(nèi)容更應注重教學主線，以應用案例和實踐教學來加深和鞏固學生對知識的理解和掌握。

四、課程教學方法與手段

以有利于課程內(nèi)容的學習、培養(yǎng)學生自主開放思維能力和取得良好的教學效果為原則，同時充分體現(xiàn)互動教學的特點，可以從以下幾方面對“遙感地學應用”課程的教學方法與教學手段進行有針對性的改革。

1.現(xiàn)代化與傳統(tǒng)教學方式相結(jié)合

“遙感地學應用”課程的很多教學內(nèi)容都需要結(jié)合直觀的圖像展示或者圖像對比的方式進行，多媒體教學方式體現(xiàn)的信息容量大，表現(xiàn)形式多種多樣、可聲像并舉、動靜結(jié)合、能較好體現(xiàn)遙感技術(shù)的特點[4]，從而激發(fā)學生興趣并促進學生對知識的理解。尤其在實踐教學中，多媒體教學更顯示出其不可替代的作用，教師可將操作步驟投影在大屏幕上，對于一些復雜的操作，還可以使用屏幕錄像軟件制作實踐操作步驟教學視頻，以節(jié)約教師反復教學的時間，提高教學效率[4]。

然而除了多媒體課件的制作要美觀精良條理清楚外，采用多媒體教學方式還要求教師要注重與學生的互動，激發(fā)學生積極思維，變被動接受式的學習為交互式學習，克服課堂教學的單一化和模式化。

2.多種教學法相結(jié)合

改變以往完全由教師為主導的“講授式”教學方式，采用多種教學方式，鼓勵學生盡可能地參與到教學活動中，理論與實踐相結(jié)合。

（1）分組討論式教學。遙感地學應用課程強調(diào)遙感技術(shù)在地學中的綜合應用，在教學形式設計中應給予學生充分的自主學習、自主歸納總結(jié)的學習空間，比如可以采用讓學生選擇某一應用技術(shù)或應用領域廣泛查閱資料后“分組討論”等教學形式，具體實施過程是讓學生提前準備，查閱文獻資料，撰寫報告或者報告提綱，并制作演示文檔在課堂上進行演講，講解完畢,臺下同學以辯論、提問等方式進行討論，最后由教師給出點評、總結(jié)。

（2）提問式教學。其次，遙感地學應用課程是集方法和應用為一體的特色性課程，教學過程中還需要強化策略意識[5]，可以采用“提問式”教學方式。由教師在課上給定一段內(nèi)容，要求學生在課堂上閱讀，而后進行提問以檢查學生的掌握情況，這兩種方式都能有效地活躍課堂的學習氣氛、增強學生的實踐機會，提高自信心，將學生的被動學習情緒轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習的意識。

（3）案例式教學。“遙感地學應用”課程的最終落腳點在應用上，所以案例教學是該課程需要采用的另一主要教學法。加強理論和應用的本末貫通，避免兩個環(huán)節(jié)的脫節(jié)，即在課堂教學中使學生真正理解實現(xiàn)某個目的要做什么，而在案例教學中要讓學生真正理解這么做是為了什么，實際的教學經(jīng)驗證明這個問題在“遙感基礎原理”課中也是同等重要。

3.加強綜合型和研究型實驗環(huán)節(jié)

通常從教學內(nèi)容的類型上，遙感實踐課程內(nèi)容分成三種類型，即知識驗證型實驗、綜合型實驗和研究型實驗[6]（后兩者以充分培養(yǎng)學生主動性與創(chuàng)新性能力為主要目標）?！斑b感原理”課程教學內(nèi)容以知識驗證型實驗為主，而“遙感地學應用“課程重點在于培養(yǎng)學生綜合應用和分析能力，應該加強綜合性和研究性實驗環(huán)節(jié)，增加綜合自選實習，突出地學特色，鼓勵學生自主思維、激發(fā)發(fā)散式學習，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，適應未來社會對于高素質(zhì)人才的需求趨勢。

然而研究型實驗對學生和教師都具有較高的要求，不僅要求學生要具有較高的理論結(jié)合實踐以及較強的進一步自我學習的能力，還要求教師視野開闊，有充分的數(shù)據(jù)和其他準備，能開出有探索價值的實驗項目，具有能夠正確引導學生學會分析和解決問題的能力，以滿足創(chuàng)新教育的要求。同時還要加強實驗教學評價，對于有效檢驗實驗教學目標是否實現(xiàn)[7]，激發(fā)學生學習積極性具有積極的意義[8]。

4.結(jié)合學校背景突出專業(yè)特色

我校的教學科研以地質(zhì)、資源、環(huán)境、地學工程技術(shù)為主要特色，我校地理信息系統(tǒng)專業(yè)以其獨特的地學特色入選第七批國家高校特色專業(yè)建設名單，很多該專業(yè)的學生畢業(yè)后在地質(zhì)礦產(chǎn)相關(guān)單位就業(yè)。因此，我?！斑b感地學應用”課程的教學還要結(jié)合學校背景與專業(yè)特色，充分考慮學生的就業(yè)，加強遙感地質(zhì)應用的理論方法與實踐教學。所以表1所示的實踐教學內(nèi)容安排中，著重考慮了遙感技術(shù)在地質(zhì)災害（地質(zhì)沉降）與能源礦產(chǎn)資源監(jiān)測和調(diào)查中的應用實踐，以適應21世紀地球科學發(fā)展和國家在資源、環(huán)境、災害及其他相關(guān)領域?qū)Φ貙W信息技術(shù)人才的需求。

五、總結(jié)

“遙感地學應用”課程對于培養(yǎng)GIS專業(yè)學生的全面專業(yè)技能，激發(fā)學生的自主學習、技術(shù)創(chuàng)新能力，提高學生的就業(yè)競爭力具有重要的意義，進行遙感地學應用教學改革十分必要。本文就“遙感地學應用”教學的目標、教學內(nèi)容和教學方法提出了相關(guān)的經(jīng)驗總結(jié)和改革建議。然而“遙感地學應用”課程的教學目前仍處于不斷地探索和完善階段，還沒有完全得到實踐的檢驗，隨著教學的不斷深入，還有很多具體教學問題如教學過程中的教學質(zhì)量保證及建立合理的評價機制等問題尚需進一步深入研究。

[1]南京師范大學地理科學學院網(wǎng)絡課程.[2012-08-10].http：//kc.njnu.edu.cn/dky/9/index.htm.

[2]同濟大學課程中心-海洋與地球科學學院.[2012-08-10].http：//cc.tongji.edu.cn/Able.acc2.web/Page_CourseSystemDetail.aspx?ID=446

[3]黃光東.“數(shù)學建?！苯虒W方法研究[J].中國地質(zhì)教育，2011，(4)：71-73.

[4]高超，金高潔，王心源.傳統(tǒng)教學與多媒體教學融合—以“遙感導論”課程為例[J].中國地質(zhì)教育， 2007，(4)：118-122.

[5]徐元進.關(guān)于“資源遙感實驗”課程教學中學生自主學習能力的研究[J].中國地質(zhì)教育，2010，(4)：79-82.

[6]張運.遙感實踐課程教學內(nèi)容與方法改革探索[J].科技信息，2011，(12)：512-513.

[7]黃秋燕.GIS專業(yè)遙感概論課程實驗教學改革探索[J].科技信息，2008，(27)：352-353.

[8]葉勤，關(guān)澤群，邵永社，等.測繪工程專業(yè)攝影測量學實驗教學改革探索[J].測繪通報，2010，(6)：74-77.