項目驅動式《遙感地質學》案例教學法研究

孔春芳+翁正平+張志庭+汪校鋒

摘 要：遙感地質學作為空間信息與數字技術專業的主干核心課程之一，采用項目驅動式案例教學法，通過設置“遙感在區域礦產地質調查中的應用”案例，給學生營造一種近似真實的項目環境，開展項目驅動式案例教學改革。通過設置項目的需求分析、詳細設計、關鍵技術流程、結果分析等環節，讓學生親歷項目的構思、資料收集與信息源的選擇、遙感數據預處理、遙感影像判讀與解譯、野外驗證等完整的項目過程。提高學生運用遙感科學與技術的知識解決地質問題的動手能力與創新能力，為社會培養既精通遙感科學與技術，又具有深厚地學知識的復合創新人才。

關鍵詞：項目驅動 案例教學 遙感地質學 復合創新人才

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0193-03

遙感科學與技術作為對地觀測的綜合性技術，是構筑“數字地球”與“大數據”不可或缺的強大核心技術，已經形成從地面到空間、從信息獲取處理到分析應用、從地表資源調查到全球探測的多層次、多視角、多領域的立體觀測體系[1]。遙感地質學作為中國地質大學（武漢）計算機學院空間信息與數字技術專業的重要核心課程之一，其目的是培養學生掌握遙感科學與地質科學的基本知識、基本理論、基本方法和基本技能，提高學生運用遙感科學與技術解決地質問題的實際工程能力，培養能從事遙感科學與技術及地質學相關領域的科學研究、開發與設計、教學與生產管理等方面的工作，并具有較強科學研究能力與實際工程能力的復合創新人才。

1 項目驅動式案例教學法

項目驅動教學法是以學生為中心，教師組織與指導學生利用情境、協作、會話等學習環境要素，積極主動地完成一個完整的項目工作，從而使學生有效地掌握當前所學知識的教學活動。在這種模式中，教師的主要任務是根據已有的知識、經驗、水平和興趣來選取適合學生的項目，使學生置身于探索知識的情景之中，即在真實世界中運用知識解決問題。從根本上將傳統課堂中老師滿堂灌轉變為“學生為主體，教師為主導”的教學模式[2]。

案例教學則是以案例為基本教學素材，將學生引入教育實踐的案例場景，通過師生之間、生生之間的討論或者研討來進行學習的一種教學方法[3]。教學過程中可以通過分析研究各種成功和失敗的經驗，從中抽象出一般性的科學原理和結論，也可以讓學生通過思考拓寬視野，學習掌握相關知識，目的是培養學生解決問題的動手能力與創新能力。

該文提出項目驅動式案例教學法集中以上兩種方法的優勢，是以“項目為主線、教師為引導、學生為主體”的教學相長的一種教學方法，教學過程中以項目為主線，構建一個能覆蓋課程主干知識體系內容的項目，并把這個項目分解為包含若干個知識點的案例，通過引導學生完成案例與項目任務的形式來完成知識體系的學習，鼓勵學生能夠主動提出問題，分析問題，解決問題，利用探究式的學習方式來主動獲得知識[4]。

2 項目驅動式《遙感地質學》案例教學的設置

中國地質大學（武漢）“空間信息與數字技術”專業是是國家特色專業、重點學科，其辦學宗旨與國家地礦行業發展的主戰略銜接，為國家和區域地質礦產行業發展及產業需求提供技術支撐、人才服務，為國土資源大調查輸送遙感地質創新復合人才[5]。遙感地質學作為空間信息與數字技術專業的主干核心課程之一，將項目需求與案例教學結合，采用“遙感在區域礦產地質調查中的應用”案例進行課程教學改革。按照“項目研究”模式，完成項目需求分析、資料收集與信息源的選擇、技術路線設計、遙感影像處理與信息提取、結果分析、野外驗證等環節，將系統性和理論性較強的遙感科學的基礎理論融入到案例中，讓學生通過完成實際項目案例，掌握系統的遙感科學與技術的理論知識與關鍵技術，提高學生應用遙感科學與技術解決地質問題的動手能力與創新能力。

2.1 遙感在區域礦產地質調查中的應用項目案例的引入

遙感在區域礦產地質調查中的應用工作是地礦部門的一項綜合性工程項目，該項目充分利用遙感技術宏觀、綜合、快速以及多層次的技術優勢，摸清研究區地質體的分布特征與規律、礦化蝕變帶的分布范圍，查明礦產資源的種類、數量、質量與分布，為編制成礦規律圖提供基礎信息與資料，也為制定礦產資源規劃提供重要依據[6]。同時，將遙感科學與技術應用于區域礦產地質調查中，涉及到測量學、數據庫原理、圖像處理與分析、地理信息系統、普通地質學、構造地質學、礦物巖石學等空間信息與數字技術專業的大部分基礎學科和專業學科的課程內容。因此，根據多年教學與實踐工作經驗，選擇地質工程項目“遙感在區域礦產地質調查中的應用”作為遙感在地質領域應用中的核心案例，以遙感數據收集、遙感數據預處理與處理、影像判讀與目視解譯、地質特征提取、蝕變信息初步提取、光譜匹配、蝕變礦物提取、遙感蝕變異常提取、結果分析、地質專題圖的制作10個實驗案例為主線，案例內容覆蓋《遙感地質學》課程各章節知識點。學生通過完成“遙感在區域礦產地質調查中的應用”這個項目，以及和項目相關的10個案例，完成遙感地質學課程的學習，從實踐中提高自己的各項技能。項目、案例與課本知識點的關系如下表。

2.2 遙感在區域礦產地質調查中的應用項目案例的討論

在遙感在區域礦產地質調查中的應用項目案例討論階段的教學過程中，教師的主要任務是引導學生通過自主學習、探究性學習，以及合作學習等多種學習方式參與項目案例的實踐。運用事先設計好的教學方案，把遙感地質學課程中的主要內容融入遙感在區域礦產地質調查中的應用項目中，通過項目設計與分解，將整個課程體系與項目案例有機地結合起來的，同時能夠將前期已經學過的計算機圖形學、圖像處理與分析、以及普通地質學、構造地質學、礦物巖石學等地學專業知識有機結合起來，形成從遙感地質信息采集、遙感數據存儲與管理、影像數據分析到影像數據應用為的一體的技術體系，讓學生從理論到實踐形成一個整體的概念體系。學生在這階段完成的主要工作包括：首先，對收集的資料和遙感數據進行總體評價，確定關鍵的信息；其次，討論遙感在區域礦產地質調查中的應用項目的疑難問題，如項目的關鍵技術方法、技術流程、數據預處理的方法、遙感信息解譯標志的建立、蝕變信息提取方法等；第三，對提出的每一種方案，都要充分論證，同時提出備選方案；最后，討論具體實施的步驟，并對項目的預期成果進行整體評價。其中，關鍵的科學問題是設計遙感在區域礦產地質調查中的應用項目的技術流程圖，具體如下所示：

各小組同學按照設計好的遙感在區域礦產地質調查中的應用項目的具體技術流程，有計劃、有步驟地實施項目的各項工作。具體實施路線如下：首先，根據項目的要求，對下載的研究區的遙感影像進行預處理，包括遙感影像輻射校正、幾何校正、影像增強、影像分割分類等。其次，進行研究區蝕變信息的初步提取，主要包括主成分分析、研究區地質體特征分析、地貌巖石地層解譯、構造礦產信息分析、異常信息提取等。第三，利用提取出的礦物蝕變信息與礦物波譜庫中的光譜進行匹配，從而得到蝕變礦物的光譜特征。最后，對得到的結果圖進行野外驗證及結果分析。除此之外，學生還需要根據實驗結果，完成綜合設計性實驗報告的編寫。

2.3 遙感在區域礦產地質調查中的應用項目案例的概括總結

案例總結階段主要是以小組為單位，進行答辯，演示自己的作品，交流心得體會。每個同學可以從項目準備、技術路線設計、項目中的關鍵點、項目實施過程中遇到的難點、項目完成后不足與改進的措施、以及報告撰寫等方面來準備自己的匯報內容，教師可根據匯報內容給每個小組和每個同學打分，作為該門課程的綜合考評成績。這種多元化的考核方法更突顯出學生的動手能力與創新能力。同時，教師需要就每個小組的完成情況給予點評與總結，并根據分析結果進一步完善案例，以便在下一輪的教學中取得更好的效果。

3 結語

將項目驅動式案例教學法引入到遙感地質學的教學中，通過設置遙感在區域礦產地質調查中的應用項目案例，讓學生通過參與項目的準備、項目的討論與設計、以及項目的實施與匯報，真正實現以“項目為主線、教師為主導、學生為主體”的教學模式，鼓勵學生自主學習、積極思考、勇于探索、分析問題、解決問題，加強團隊協作。從教學效果看，激發了學生學習遙感地質學的興趣，增強了學生學習的主動性、積極性與創造性，提高了學生自主學習能力、分析問題與解決問題能力以及團隊協作能力。為培養掌握遙感技術與地質科學技術復合的地質技術開發與應用人才提供了切實可行的操作。

致謝：該文的研究收到湖北省教學研究項目（2016141），中國地質大學（武漢）校級教學項目（2014A37），中國地質大學（武漢）2016年本科教學工程項目（2016-38）的支助，在此一并致謝！

參考文獻

[1] 郭華東.全球變化科學衛星[M].北京：科學出版社，2014.

[2] 徐凱，宋麥玲，薛思清.項目驅動式案例教學法在“C程序設計”課程中的應用[J].長春理工大學學報：社會科學版，2011，24（10）：171-172.

[3] 鄭金洲.案例教學指南[M].上海：東師范大學出版社， 2000.

[4] 霍麗華.基于CDIO理念的項目教學法的探索與實踐[J].科技創新導報，2015，12（9）：203.

[5] 張冬梅，王媛妮.空間信息與數字技術專業復合創新型人才培養研究[J].教育教學論壇，2016（24）：157-158.

[6] 江濤.試析現代遙感技術在地質勘查中的應用及發展前景[J].科技資訊，2015（15）：71.