“定量遥感”课程教学与实践改革

陈 健，赵巧华

（南京信息工程大学遥感学院，江苏南京 210044）

“定量遥感”课程教学与实践改革

陈 健，赵巧华

（南京信息工程大学遥感学院，江苏南京 210044）

根据遥感专业发展特点及高校学生具体情况，在分析了“定量遥感”课程现状的基础上，确定了该课程的教学大纲与教学内容。针对该课程教学与实践中的教学方法和教学手段进行了总结与探讨，使该课程能够适应我国遥感科学技术的发展和人才培养的需要。

“定量遥感”课程；多媒体；启发式教学；项目式教学

遥感是当代空间信息科学的核心技术之一，作为信息获取与信息更新重要的技术手段，已经广泛应用于政府的各个部门以及经济领域的众多行业之中，并在新兴起的全球性的“数字地球”计划中占有重要的地位。与遥感卫星获取数据的能力相比，遥感数据的自动、定量化处理乃至对遥感数据信息的理解能力却远远不足，因此定量遥感已经逐渐成为遥感科学发展的主要方向[1]。为适应遥感科学的发展，南京信息工程大学遥感科学与技术专业自2006年开始连续5年开设了“定量遥感”课程。根据遥感科学与技术专业的课程体系和专业特色，遥感学院曾多次组织有关专家和骨干教师，在参考兄弟院校课程设置的基础上，针对教学目标和教学内容进行过多次讨论，确定了“定量遥感”在整个课程体系中的地位。但是定量遥感涉及范围广泛、内容众多，并且随着遥感科学的发展，部分研究内容更新很快，如何选取适合本科教学的课程内容，制定合理的教学方法仍存在较多的问题。在多年的教学活动基础上，笔者针对定量遥感课程的教学与实践改革进行了初步的探讨，得到了一些有益的规律与经验。

1“定量遥感”课程现状分析

在我国，遥感学科发展速度非常快。随着社会对遥感人才需求的增大，许多高校如武汉大学、南京信息工程大学、山东科技大学、长安大学等都开设了“遥感科学与技术”专业，同时许多一级学科（如地学）中也设立了遥感相关的二级学科。遥感专业作为一个新兴的专业，其课程体系设置仍然存在不完善的问题。“定量遥感”课程作为遥感专业的重要专业必修课，其教学内容和方法的改革研究也越来越受到重视。

定量遥感研究涉及的内容非常广泛，如可见光与近红外、热红外、微波等不同电磁波段的定量遥感；如辐射定标、大气校正、定量遥感建模与反演、尺度问题、真实性检验、不确定性等基本理论和方法；在各个应用领域，定量遥感也有各自的研究特色。目前有关定量遥感的专著已经比较多，比如《定量遥感》、《遥感物理》、《遥感应用分析原理与方法》等[2-4]，这些论著均在某方面反映了定量遥感的主要内容与发展现状，但是作为本科生教材则存在内容过多过深，过于注重应用或机理研究的问题。

由于定量遥感缺乏合适的教材，并且内容过多，如何选择讲授内容成为该课程开设的关键。北京师范大学地理与遥感学院主要围绕可见光-近红外波段遥感反射模型，热红外波段遥感模型，遥感反演模型和地表参数的反演方法，地表参数的定量遥感实验和应用等方面进行讲授。北京大学自 2004年连续举办了 7期“定量遥感”的暑期精品课程班，邀请国内外著名专家以讲座的形式进行讲授，讲座内容主要围绕定量遥感中的关键问题和专家近些年所进行的科研工作。中国科学院遥感所开设课程为“遥感物理”，主要也是讲授定量遥感的内容，侧重于定量遥感的物理基础。以上课程或是主要面向研究生讲授，或以讲座的形式进行，针对遥感专业本科生来讲，还存在教学内容过深、教学目标差别较大的现象。

综上所述，“定量遥感”课程存在着涉及内容众多、各学校课程内容不一致、没有合适教材等诸多问题，容易产生教学内容广而不深的现象。作为遥感科学与技术专业重要的专业基础课，“定量遥感”课程仍然存在着课程体系不够完善，教学内容不够稳定等问题，不能充分满足专业人才的培养和社会的需求。因此，开展“定量遥感”课程教学和实践内容改革，对提高我校遥感科学与技术专业教学质量与人才培养水平具有重要意义。

2 教材大纲的制定和教学内容的确定

“定量遥感”是遥感科学与技术专业本科生的必修课程。本课程的主要目的是使学生掌握遥感定量模型的建立和地表参数的遥感反演方法，并且了解定量遥感中存在的各种问题。通过这门课的学习，使学生在掌握定量遥感的理论、方法及其应用的基础上，了解遥感领域最新的应用和热点前沿。同时通过实习实践，培养学生的全面动手操作能力和综合运用定量遥感知识来分析问题解决问题的能力，为学生以后继续深造和到相关部门工作打好专业基础。

本课程共48课时，其中理论课36课时，实习课12课时。课时有限而教学内容多，因此在教学中不可能面面俱到，必须针对本科专业学生的特点与课程的接续情况进行教学内容的选择与凝练。因此在教学模块确定后，应对讲授内容作必要的取舍，原则是：注重理论与应用的结合；基础知识与前沿技术兼顾。

该课程讲授的主要内容有：定量遥感中的基础理论与知识，如定量遥感概论、辐射定标、大气校正、定量遥感建模、模型反演等；制约定量遥感发展的关键问题，如尺度问题、真实性检验、不确定性、同化等。由于定量遥感发展仍未成熟，在讲授基本理论时，可着重选择较成熟的植被定量遥感进行，并在大量实例中介绍定量遥感的前沿知识。实习课主要包括大气校正、定量遥感建模和地表参数反演 3个内容，紧密围绕定量遥感的核心内容展开。

根据以上确定的教学内容，以及上面对定量遥感教材与专著的分析，本课程没有指定教材。但考虑到作为本科专业的必修课，缺乏教材可能会在一定程度上影响教学效果，因此在以往的课程中，笔者在课前将所有课件打印出来，学生可事先进行预习，弥补没有教材的缺点；并且，在接下来的教学中，计划编写适合本专业的定量遥感课程讲义，提高该课程的教学质量。

3 教学方法的改革

教学内容确定后，如何使其在授课过程中能被学生接受，很大程度上取决于教学方法，因此采用适合的教学方法是完成教学任务、提高教学质量的关键环节。采用新的成熟的教育理论和先进的教学手段，是提高教学质量的一个重要途径，也是教学改革的重要内容。在本课程的教学中，采用了以下教学方法与教学手段。

3.1 传统讲授与多媒体教学结合

讲授教学中教师能充分发挥主导作用，把握教学的重点和难点，在较短的时间内有计划、有目的地传授给学生较多的知识内容，较快达到教学目的。多媒体教学法具有信息容量大、表现形式多种多样、图文并茂、声像并举、动静结合、直观明了等优点，能激发学生兴趣、提高效率等优势与功能，是一种不可多得的现代化教学方法。定量遥感课程理论性、逻辑性较强，如果一味地由教师讲授，学生很容易失去兴趣，注意力分散，但单纯依靠多媒体，则学生容易过于依赖多媒体，缺乏主动的思考，而最终影响对教学内容的消化和吸收。因此必须正确处理好多媒体和粉笔、黑板、普通教具、语言表述之间的转换关系，特别要注意时间上的分配、衔接，注重设计好哪些教学内容需要用多媒体形式表达、哪些教学内容用传统教学方式表达更恰当等。

在实际教学时，要注意以下几个问题：①课件内容要精心选择，多媒体课件不是教材的翻版，尽量避免一页中有大量文字，文字过多，容易使学生疲乏。②教学中的重点难点内容尽量的用图、表、动画、视频来表达，增加课堂的直观性、趣味性。③多媒体课件的制作要美观精良。④注意理论的精讲，以避免单一的让学生自己观看，没有收到实质性的效果。

比如在介绍几何光学模型时，可首先引入例子，“明月几时有？把酒问青天”，通过提问引起学生的兴趣，进而使学生明白光源-目标-传感器三者的几何关系对遥感成像的重要性。然后通过制作的动画，使学生直观地了解到几何光学模型成像时的地表的 4个分量的面积变化。但是在计算 4个分量的面积时，如果仅仅用幻灯片将公式列出来，多数学生在此时容易走神，这个时候，可以使用板书把球状树冠的计算过程推导出来，从而加深学生印象，使学生能够举一反三，能够自己去推导其他情况下的四分量。

3.2 启发式教学

在多样的教学方法中，如何增强与学生在教学活动中的互动是非常重要的。应确立以学生为主体的观念，引导学生积极地参与到教学活动中，鼓励学生大胆提出问题，积极发表自己的看法。可根据教学内容的需要适时采用讨论教学法，培养学生独立思考能力与表达能力。为了确保讨论法的教学效果，课前的准备工作是非常重要的。课前，教师设计有意义的主题或带有争论性的问题，策划讨论方法，预计学生讨论情况等；然后将讨论主题布置给学生，要求学生阅读教材有关部分内容，并利用图书馆资料，做好上课前的知识储备。由于讨论必须以学生对某一课题有所了解，掌握了一定知识为基础，因此讨论法主要安排在课程学习阶段的中后期，且在新知识传授阶段不宜采用。讨论法作为讲授法的补充，有助于学生知识点的巩固与加深，促进学生专业技能的提高。

有些内容要进行提纲挈领式讲解，为学生的领悟留下空间。如在讲解反演时，为了强调“病态反演”的问题，给学生提了一个貌似简单的问题:“柳絮是什么颜色的?”这个问题实在是太简单了，学生毫不迟疑回答“白色的”。然后用诗词“夕阳方照桃花坞，柳絮飞来片片红”反问“诗人为什么说柳絮是红色的?”通过这样一来设疑，学生产生了愤悱心理，然后师生一起从夕阳、下垫面和气溶胶等方面分析就得出了反演是病态反演这样一个结论。毫无疑问，这样的结果学生是非常容易记住的[5]。

3.3 项目式教学

在传统教学中，填鸭式教育的弊端已越来越明显，学生学习的过程主要是被动接受知识的过程，许多学生对一门课程的认识比较模糊，在一些外界条件干扰下，很容易就放弃该课程，而仅仅为了学分而消极地学习。项目式教学的目的就是激励学生探究问题的原动力，提高学生学习的有效性。

比如在讲授地表参数反演时，以笔者曾经参与的项目为例，让学生进行叶面积指数的反演研究。让学生切身参加到一个实际项目中来。当学生把被动接受知识的过程变为主动探究获得知识的过程时，就会产生一种成功感，就能激励他们的学习兴趣，提高其学习的有效性。该研究的过程是学生高度自主学习的过程，在这个过程中，学生的脑海中会出现一个又一个的问题，为什么要反演叶面积指数，如何实测叶面积指数、应该获取何种遥感数据？遥感数据如何处理？如何建立模型？如何进行反演？反演的精度如何控制？反演的结果如何使用？问题驱动是学生思维高速运转的过程，是应用已有知识提出解决新问题的过程，它将极大地强化学生的源动力，激发学生浓烈的探求欲望及学习兴趣，使学生进入一个积极思考的活跃状态。

由于一个项目，即较小的课题涉及内容也很多，这不是几堂课内学生能够很好把握的，因此，在介绍完第一章概论时，就应该将该任务布置下去，鼓励学生在以后的每堂课后都应该积极进行思考，鼓励学生通过网络寻找解决问题的放方案，老师在该过程中只要给出必要的指导或建议而不要直接给出答案。

4 实践环节的改革

“定量遥感”实践课要求紧密围绕理论课程内容，加深对定量遥感理论与方法的理解，同时，培养学生的自主动手能力。围绕定量遥感核心内容，设计了 3个实习内容，每个实习4个学时，分别为6S大气校正实习、植被冠层辐射传输模型和叶面积指数的遥感反演。时间安排与课堂教学穿插进行，目的是使学生加深理解课堂教学中学到的有关定量遥感的基本理论、基本知识和基本技术方法，并熟悉流行的遥感工具软件的使用。

如果仅仅是按部就班地做实验，仅仅沿用“老师演示、学生重复，学习理论、实验证实”的传统教学方法，效果往往是不理想的。为了增加学生的动手能力、创新能力和自主学习能力，进行了实践环节的改革探讨。比如6S大气校正模型部分，鼓励学生去查阅资料及帮助文件，自己寻找解决问题的方法。在植被冠层辐射传输模型实习中，给出的实测数据与模拟数据存在误差较大，可以采取分组讨论的方式，寻求办法减小结果误差等。

5 结 语

从三学期的教学情况看，通过这些教学环节的精心设计与安排、认真实施，既丰富了学生的知识面，提高了自我解决问题的能力，又取得了良好的教学效果，学生在课程学习中表现出了较高的积极性与热情，学习过程中能够主动去图书馆及期刊网查阅资料，大部分学生反映学习目标性强了，而且课程内容直观易懂，能够扎实掌握遥感的知识与技能，自学能力和创新能力也得到了提高。

针对该课程的教学情况，以后仍然需要解决的几个问题:

1）定量遥感发展迅速，各个应用领域对遥感的要求也越来越高，相应的理论与方法逐步完善，教师应该即使了解前沿知识，补充到课程中来。

2）学生对定量遥感大型野外实验了解较少，条件允许的话，可以增加去某些实验基地参观，使学生增加对定量遥感野外实验的感性认识。

[1] 李小文.定量遥感的发展与创新[J].河南大学学报：自然科学版，2005，35（4）：49-56

[2] 梁顺林.定量遥感[M].北京:科学出版社，2009

[3] 徐希孺.遥感物理[M].北京:北京大学出版社，2005

[4] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社,2003

[5] 王行风.《遥感原理及应用》课程教学及改革初探[J].文教资料，2006，10：52-53

Teaching and PracticeReform of"Quantitative Remote Sensing"Courseby

CHEN Jian

According to the development characteristics of remote sensing professionaland thespecific situation of students in universities,thispaperanalysised quantitative remote sensing course based on the current situation to determ ine the course teaching outlineand content.The teachingmethodsandmeans in practiceof the coursewere summarized and discussed so thatthe coursewasadopt to China's remotesensing scienceand technology developmentand personnel training needs.

quantitative remote sensing course,multimedia,heuristic teaching,project-based teaching （Page:127）

P237

B

1672-4623(2011)02-0127-03

2010-10-08

项目来源：国家自然科学基金资助项目（40901239）；南京信息工程大学第六期教学建设与改革工程（09JY0012）；南京信息工程大学第七期教学建设与改革工程（10JY044）。

陈健，副教授，博士，主要从事定量遥感、遥感与GIS应用研究。