“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革初探

顧祝軍

[摘 要]針對目前在“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中存在的問題，對實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實踐環(huán)節(jié)的改革進行初步探索。兼顧教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和前沿性，結(jié)合案例教學(xué)，優(yōu)化實踐教學(xué)體系，并充分利用“慕課”等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，高效、靈活地掌握基礎(chǔ)知識，提升基本技能，進而可持續(xù)地培養(yǎng)其專業(yè)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]遙感 教學(xué)改革 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方式 實踐教學(xué) 慕課

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）10-0108-02

遙感是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的空間對地觀測技術(shù)，已在土地管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、水文氣象、地質(zhì)地理等方面得到了廣泛應(yīng)用。[1] [2]近年來遙感技術(shù)的長足發(fā)展使得社會對遙感人才的需求量和專業(yè)素質(zhì)的要求日益提升。目前國內(nèi)已有170余所高校設(shè)置了遙感類本科課程[3]，其中“遙感原理與應(yīng)用”已成為地學(xué)及測繪專業(yè)的核心課程之一。筆者結(jié)合地理信息科學(xué)專業(yè)“遙感原理與應(yīng)用”多年的教學(xué)實踐對教學(xué)內(nèi)容、方法及實踐環(huán)節(jié)的改革進行初步探討。

一、現(xiàn)階段教學(xué)中存在的問題

縱觀目前高校的遙感基礎(chǔ)課程教學(xué)，主要存在以下幾點問題：（1）教學(xué)內(nèi)容陳舊，僅注重基礎(chǔ)性和理論性，對實際應(yīng)用和學(xué)術(shù)前沿關(guān)注不夠；（2）教學(xué)方法有待改進，“滿堂灌”的授課方式只注重“教”而輕視了“學(xué)”，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不佳；（3）實驗環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生得不到充分訓(xùn)練，基本技能和綜合素質(zhì)有待提高。這些問題在“遙感原理與應(yīng)用”課程中也同樣存在。

二、改革措施

（一）在教學(xué)內(nèi)容安排上兼顧基礎(chǔ)性和前沿性

目前，有關(guān)遙感基礎(chǔ)知識或基本技能方面的教材很多，其中以《遙感導(dǎo)論》（梅安新主編）、《遙感概論》（彭望琭主編）、《遙感數(shù)字圖像處理教程》（韋玉春主編）和《遙感應(yīng)用分析原理與方法》（趙英時主編）等教材的應(yīng)用較為普遍。各種教材內(nèi)容和重點不一，因此根據(jù)教學(xué)目的和學(xué)生實際，選擇適合的教材和教法尤為重要。筆者選擇《遙感導(dǎo)論》作為主教材，以《遙感數(shù)字圖像處理教程》為輔助教材，從中選取部分內(nèi)容進行重新組合和梳理，安排了如下的教學(xué)內(nèi)容：1.遙感基礎(chǔ)知識，包括遙感基本概念、傳感器、遙感類型、電磁輻射基礎(chǔ)； 2.遙感圖像處理，包括遙感大氣校正、幾何校正、影像裁剪、影像增強、影像分類；3.遙感信息提取，包括常用植被指數(shù)、一階和二階紋理參數(shù)的提取，以及基于提取的遙感指標(biāo)進行植被覆蓋度、植被葉面積指數(shù)的定量估算；4.綜合應(yīng)用訓(xùn)練，包括使用常用遙感影像處理軟件ENVI和ERDAS進行特定研究區(qū)土地利用類型的分類、植被結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取以及水體葉綠素含量的估算等。同時，遙感學(xué)科的發(fā)展日新月異，為了讓學(xué)生及時了解遙感領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)，筆者在教案設(shè)計上注意引用一些國外優(yōu)秀教材，如John A.Richards編寫的Remote Sensing Digital Image Analysis、Canada Centre for Remote Sensing編寫的Fundamentals of Remote Sensing等，并精選若干國內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻，如《遙感學(xué)報》、《地理學(xué)報》、《Remote Sensing of Environment》等專業(yè)頂級期刊經(jīng)典文獻供學(xué)生課后閱讀。實踐證明，這一做法不僅能有效提升教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)勢性，也能激發(fā)學(xué)生進一步探索遙感領(lǐng)域的興趣。

（二）教學(xué)方法上結(jié)合案例教學(xué)法，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教授為主，往往只注重“教”而輕視了“學(xué)”。針對“遙感原理與應(yīng)用”課程理論性強、內(nèi)容抽象的特點，筆者嘗試采用“互動式教學(xué)法”和“案例教學(xué)法”。在處理教學(xué)難點時，通過設(shè)計疑問，讓學(xué)生分組討論，筆者及時點評，改變了傳統(tǒng)的教師“一言堂”的做法，強化師生互動。筆者根據(jù)學(xué)生的問題反饋進一步深入引導(dǎo)，有效化解了教學(xué)難度，并調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。如輻射傳輸過程比較抽象，筆者在講解時并非圍繞教材上的公式推導(dǎo)，而是以日常生活中的拍相片為例，引導(dǎo)學(xué)生理解一張相片的質(zhì)量受到哪些因素的影響。通過合理設(shè)問，或者讓學(xué)生提問，可輕松解決教學(xué)難點，學(xué)生也反映很容易理解。在進行遙感軟件應(yīng)用教學(xué)時主要采用“案例教學(xué)法”。可選取一些具有代表性、典型性、實時性的案例進行講解和分析，或者引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)理論對案例進行分析和討論，以加深和鞏固理論知識并學(xué)會靈活運用，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力。[4]例如，基于遙感影像的南方丘陵植被葉面積指數(shù)反演、林地水土保持植被三維綠量估算、南京市土地利用時空演變分析、南京市林地植被覆蓋度信息提取及太湖葉綠素濃度適時監(jiān)測等案例，都涉及多個理論知識點，學(xué)生從中加深對理論的認(rèn)識，并自覺地在腦海中實現(xiàn)對知識的構(gòu)建和對技術(shù)應(yīng)用的了解。筆者發(fā)現(xiàn)，案例教學(xué)法從實際問題出發(fā)，通過一系列問題導(dǎo)向的推理或操作，鞏固了諸多知識點，并讓學(xué)生練習(xí)了相關(guān)的遙感技能。這一方法打破了教材中的知識體系分割，讓學(xué)生在最終完成任務(wù)后體驗到一種學(xué)習(xí)成就感，教學(xué)效果很好。

（三）優(yōu)化實踐教學(xué)體系以錘煉學(xué)生專業(yè)硬功夫

本科階段“遙感原理與應(yīng)用”課程中實踐教學(xué)體系主要包括驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗三類。其中驗證性實驗主要是對基本原理和基本方法的驗證，以幫助學(xué)生理解課程的基本知識和培養(yǎng)學(xué)生的基本技能。如典型地物光譜的測試、遙感影像投影轉(zhuǎn)換、大氣校正、幾何校正、圖像融合、圖像的增強處理、遙感影像分類等，使學(xué)生初步掌握和熟悉常用遙感圖像處理軟件的運行環(huán)境、操作方法及其功能，提高學(xué)生動手能力。綜合性實驗則是將相關(guān)的實驗內(nèi)容有機結(jié)合，例如遙感反演林地葉面積指數(shù)的實驗，基于區(qū)域SPOT影像，首先進行大氣校正、幾何校正等預(yù)處理，然后與野外實測的林地葉面積指數(shù)樣方中心點的矢量圖層疊加，建立基于點的感興趣區(qū)，進而提取以實測點為中心，一定范圍（如10m）緩沖區(qū)內(nèi)的各波段反射率均值，計算幾種植被指數(shù)，并用植被指數(shù)與實測葉面積指數(shù)建立關(guān)系模型，用該模型反演研究區(qū)林地葉面積指數(shù)。綜合性實驗通常可結(jié)合學(xué)生的畢業(yè)論文進行。設(shè)計性實驗帶有一定的研究性和探索性，一般由教師給定題目和要求，學(xué)生3-5人組成一個興趣小組來共同完成。教師在實驗方案的選取、專業(yè)文獻的閱讀等環(huán)節(jié)給予指導(dǎo)性意見，細(xì)節(jié)問題由學(xué)生把握。如要求學(xué)生利用ERDAS軟件完成一幅1 / 5萬的某市土地利用現(xiàn)狀專題地圖，教師布置這一任務(wù)，明確完成時間和要求，可放手讓學(xué)生去做，學(xué)生有問題則及時解答。設(shè)計性實驗給學(xué)生留有較大的自主空間，可培養(yǎng)學(xué)生的科研能力及團隊合作精神，對于創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)十分必要。這三類實驗由淺入深，有步驟地提升學(xué)生的遙感應(yīng)用能力。筆者在實踐教學(xué)初始階段就給學(xué)生布置設(shè)計性、綜合性實驗任務(wù)，較之傳統(tǒng)的“填鴨式”講解，這樣帶著目標(biāo)的研討式學(xué)習(xí)更能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛力，能達到事半功倍的效果。

（一）兩組學(xué)生總體成績比較

總成績由兩部分組成，平時成績即課堂成績占20%，理論考試成績占80%。統(tǒng)計結(jié)果顯示，小班研討合作學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果（表2）。

（二）實驗組學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果

對實驗組的31名學(xué)生按設(shè)定指標(biāo)進行問卷調(diào)查，其中具有評價意義的指標(biāo)結(jié)果顯示，合作性的小班研討學(xué)習(xí)對學(xué)生的自信心、學(xué)習(xí)主動性、合作能力等方面的提高都有所幫助（表3）。

[ 注 釋 ]

[1] Kanthan R，Mills S.Cooperative learning in the first year of undergraduate medical education[J].World Journal of Surgical Oncology，2007（5）：136.

[2] Slavin R E. Cooperative Learning： Theory， Research and Practice[M].Pearson Press（2nd Edition），1994.

[3] 貝洪俊，白玉華.基于合作性學(xué)習(xí)的大班上課小班討論教學(xué)模式的解讀[J].黑龍江高教研究，2010（2）：149-152.

[4] 蔣篤君.思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)課理想課堂的建構(gòu)——論“大班授課與小班討論”課堂教學(xué)改革[J].河南教育，2010（8）：23-24.

[5] 李現(xiàn)平.席明納小班研討教學(xué)模式[J].繼續(xù)教育，2012（1）：23-26.

[6] 邵龍?zhí)?高校思政課“大班授課小班討論”教學(xué)模式的探索與思考[J].思想理論教育導(dǎo)刊，2011（11）：64-67.

[7] 孫燕君，盧曉東.小班研討課教學(xué)：本科精英教育的核心元素——以北京大學(xué)為例[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（8）：16-19.

[8] 王坦.合作學(xué)習(xí)述評[J].山東教育科研，1997（2）：33-36.

[9] 王學(xué)淵.“大班授課小班討論”模式在經(jīng)濟思想史課程中的探索與實踐[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2010（8）：43-46.

[10] 徐成芳，張琦，趙穎.關(guān)于“大班授課—小班討論—大班交流”模式的思考[J].福建論壇，2011（10）：132-134.

[11] 朱艷敏，陳超.“大班授課小班討論”合作性教學(xué)的問題及建議[J].中國電力教育，2011（23）：62-64.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]