“遙感原理與應用”實踐教學的“案例教學模式”探索

依力亞斯江?努爾麥麥提 買買提?沙吾提 張飛

摘 要：“遙感原理與應用”課程作為高?！斑b感科學”專業本科生的專業必須課之一，其相關實踐教學模式也不斷進行改革與完善。以“遙感原理與應用”課程特點作為出發點，有效結合實驗室現有條件，充分發揮學生自身操作能力，將案例教學模式引入“遙感原理與應用”課程實踐教學，從而取得更好的教學成效。在教學過程中通過案例教學模式的實施，能夠充分激發學生對遙感專業學習興趣、提高學生自學能力、實踐操作能力、明確學習目標，進而可以極大促進大學生的主體地位、提高學生想象力、喚起學生創新能力。本文就對“遙感原理與應用”實踐教學中如何有效運用“案例教學模式”展開探討。

關鍵詞：遙感原理與應用；實踐教學；案例教學模式

中圖分類號：G633文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）06-0102-02

一、引 言

遙感技術可以說是當代信息科學時代的核心技術手段之一，在促進我國國民經濟發展以及國防事業的發展起到了十分重要的作用[1，2]。在國內諸多高等教育機構都開展了以遙感技術為基礎的多領域課程。例如：地球資源遙感、農業遙感、環境遙感、氣象遙感、城市遙感以及海洋遙感技術等[3，4]。許多行業在發展的過程中都開設了與遙感有關的培訓，如測繪工程、地理信息系統、全球定位系統以及土地資源管理等[5-7]?！斑b感原理與應用”是遙感科學專業學習的最基本及核心課程之一。隨著遙感技術不斷發展與更新，知識結構的更新速度也很快。“案例教學模式”的教學特點就是能夠選取一些具有代表性、典型性以及實時性的案例開展實踐教學活動。所以，案例教學模式在“遙感原理與應用”實踐教學中的引入，不僅對大學生的有效掌握遙感原理有著一定的促進作用，而且可以提高學生自身實踐操作能力和對遙感課程學習興趣[8]。

本文以新疆大學資源與環境科學學院“遙感科學”專業本科生的“遙感原理與應用”課程實踐教學為例，進一步探討了“案例教學模式”的特點及其具體實施過程。

二、案例教學模式介紹

案例教學模式也稱作實例教學模式。通常來說在學生掌握了最基本的知識以及相關的理論知識基礎上，能夠在教師根據每堂課程所學習的知識以及教學目標作為指導，設置一些具有指導性作用的典型案例，讓學生自主選擇案例，對于這些案例存在的問題有針對性的進行分析、討論與總結的一種實踐教學模式[9，10]。該模式能夠有效發揮學生的主觀能動作用，讓他們總結出不同的結論，從而有效地培養學生綜合能力的一種教學手段[11，12]。在上個世紀八十年代我國才開始引入案例教學模式，逐漸的在教育機構中得以推廣。隨著1991年MBA教育的萌發，我國高等教育機構開始將案例分析法進一步施行并擴展，現如今已經過去二十幾年的發展，在許多實踐性較強的專業教學課程中案例教學模式都得到了較為廣泛的應用[13]。

案例教學模式無論在遴選教材，還是給學生傳授課程以及教師與學生之間在教學中角色定位與所需承擔責任等方面都打破了傳統意義上的教學常規[14]。案例教學模式要求教師作為一名教學課程的策劃及設計者，需要將教學目標與教學內容能夠巧妙地隱藏在每一項案例中，讓學生在對案例的互相討論及剖析的過程中逐漸發現問題，加以討論與總結。通過該方法，能夠讓學生主動在自己的思維中形成對知識結構與知識體系的理解，進一步激發學生的對相關專業課的學習興趣，充分調動大學生的學習自主性。同時有助于大學生對理論知識與實踐操作訓練相結合，增強師生之間的感情交流，學生能夠學會如何與人合作，加強他們的團隊協作能力，增強大學生團隊精神[15]。

新疆大學資源與環境科學學院針對“遙感科學”專業本科生的教學方案開設了“遙感原理與應用”課程，課程類型為專業必須課，本課程共64學時，其中理論課為48學時、實踐課為16學時，理論與實踐課比例為3：1，因此實踐課的有效開展，對“遙感原理與應用”課程教學質量的提高作用重大。本校資源與環境科學學院實踐教學的主要教學設備包括：聯想臺式機70臺、ASD Field Spec（FR 350-2500nm）地物光譜儀、GPS、滾動式繪圖儀、投影儀、A0數字化儀等儀器設備，PCI、ENVI、ArcGIS、SPSS等遙感圖像處理、地理信息系統及統計分析軟件。實踐教學主要采用數據資料包括歷年統計資料，MODIS、Landsat、Aster、PALSAR-1/-2、Radarsat-1/-2等光學與微波遙感影像數據，實地考察實測的土壤、植被和水體采樣數據和光譜數據等。

三、案例教學法的具體應用

根據實踐教學目標和每一項案例的特點以及存在的不同之處，教師在設計案例以及班級成員分配過程中都需要考慮不同班級實際情況。也就是說，需要根據案例的特點、班級的實際人數，主要采用小組分工協作以及組長協調負責等方式進行部署安排。學生可以按照不同案例自由選擇搭配并組成小組，每組成員都不應過多也不宜太少，大概每次案例實踐小組成員保證在三到五人左右，每個小組選出一名組長，進行內部分工協調，盡量保障每個小組成員都承擔著具體責任。通過小組協作完成案例實踐課堂教學活動，教師在實踐活動中進行總體指導并啟發學生主動性、鼓勵學生靈活思考。學生最終做出分析及總結，進行實踐成果以實驗報告形式上報。

案例教學具體的實施過程中包括案例資料的收集與整理、數據預處理、構建遙感反演模型以及總結報告等四個內容，具體流程圖請見圖1。

1. 資料收集與整理階段

基本資料的收集與整理包括兩項內容，其一，是對歷年收集的統計資料和實地考察測量的土壤、植被、水體采樣數據與光譜數據進行收集、歸類及整理；其二，是對光學與微波遙感影像的收集。其中野外采樣數據不僅包括實測數據收集與整理還應該包括野外采集數據的實驗室測量與分析。

野外考察實測數據的主要來源是學生在對遙感技術實際的應用過程中在實地所獲得一些地表參數采集數據信息。學生可以針對這些數據在實際測量中利用GPS進行精確定位與采樣點景觀拍照，從而對于他們日后遙感應用實驗奠定基礎。

在實驗數據準備完畢以后，需要對學生進行相關資料查閱工作的安排，讓學生以小組為單位進行互相交流、交換意見，從而充分調動每位學生的積極性，啟發與引導學生思維，鼓勵學生進行必要的討論與觀點的創新。

圖1 “遙感原理與應用”實踐課的案例教學模式應用流程圖

2. 數據預處理階段

學生通過學習并利用ENVI、ArcGIS、SPSS等軟件，針對光學遙感圖像預處理過程包括：輻射定標、求算反射率、去噪處理、圖像增強、幾何精校正、圖像裁剪及重采樣、圖像融合、分類特征分析與分類參數優化以及進行室內預判讀等；對微波遙感影像預處理主要包括：原數據的聚焦處理、軌道校準處理、多視處理、圖像噪聲濾波處理、圖像輻射定標和輻射歸一化處理、地理編碼、數據空間裁剪和圖像重采樣處理等。學生還可以針對實測數據和統計資料進行統計分析及歸一化處理。

3. 構建遙感反演模型階段

收集資料數據，光學與微波遙感影像經過相應預處理以后，對所獲取的不同的信息進行分類、選擇特征波段以及進行相應波段運算，將應用不同遙感光學指數提取各類地表定量參數，如：歸一化植被指數（NDVI）、地表輻照度（Albedo）、地表溫度（LST）等，除此之外，還應用微波遙感土壤水分反演模型提取表層土壤水分。在次過程中需要盡可能的發揮學生的主觀能動性。首先針對每次案例的目標，讓學生自主地進行實測數據和遙感影像地表參數之間構建定量反演模型，最終由每組組長將遙感反演應用結果給教師報告。雖然這種教學的模式增加了實踐課難度，但是有助于學生自己發現問題并主動解決，明確實驗目標和意義，更好地促進了他們的自我學習及解決問題能力，讓遙感專業本科生充分發揮他們的想象力和創造力。

學生構建遙感反演模型以后，可以開展專題圖的制作工作。在繪制專題圖的過程中學生需要注意專題圖的比例尺尺寸、指北針方向、地理坐標、圖例等等，在保證精確的前提下，讓整個專題圖更加自然美觀，對信息的表達更加準確。

最終，每個小組需要結合參考地圖資料以及野外實測數據，針對他們所獲得的遙感反演應用結果進行對比分析與驗證。

4. 總結報告并提交

完成案例結果的分析與驗證后，需要每個小組提交與展示他們的遙感應用成果，并需要讓每個小組選一名代表進行講評。教師對學生的辛勤勞動與付出給予評價與鼓勵，從而能夠增強學生心理上的滿足感與成就感，可以進一步培養學生對遙感專業的興趣，使得充分挖掘案例教學模式的應用前景。同時，針對遙感反演結果良好的學生進行表揚，進而樹立一定的榜樣，起到表率作用。此外，還需要針對一些案例成果，指出其中存在的問題與不足之處，讓學生能夠揭開自身問題的本源，及時做好記錄，避免類似問題的再次發生。

四、結束語

針對新疆大學資源與環境科學學院“遙感科學”專業本科生的“遙感原理與應用”實踐課程，作者應用“案例教學模式”取得了良好的教學成效。首先，能夠提高學生的學習熱情，充分發揮學生主觀能動性作用；其次，可以集中體現學生的主體作用，從而取得良好的教學效果；再次，有助于提高學生實際操作能力和想象力，喚起學生創新能力；最后，“案例教學模式”有待于進一步研究及推廣其在相關專業實踐教學中的應用前景。

（作者單位：1.新疆大學資源與環境科學學院； 2.新疆綠洲生態教育部重點實驗室）

基金項目：新疆大學2012校級精品課程“遙感地學分析”資助（2012-76-10）

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