面向市场的遥感类课程开放式教学模式研究

王瑞瑞 冯仲科

（北京林业大学林学院，北京100083）

面向市场的遥感类课程开放式教学模式研究

王瑞瑞 冯仲科

（北京林业大学林学院，北京100083）

基于北京林业大学本科生课程的教学实践，从遥感在林业等相关领域的应用出发，对林业高等院校遥感类课程的改革与创新进行了研究。首先，通过对当前高等院校遥感类课程的特点进行归纳和分析，指出当前课程讲授环节存在的问题。其次，针对这些问题，提出了教学模式改革的具体目标。最后，研究了以科技创新为导向、以培养创新型和全面型人才为宗旨的面向市场的开放式教学模式，并对该教学模式的内容进行了详细的阐述，即针对市场需要，调整课程内容；面向市场，进行开放式教学；培养学生的开发能力；完善考核方式，并用具体的教学实践，对该教学模式的效果进行了评价。

遥感类课程；开放式教学模式；创新型人才

遥感是20世纪60年代发展起来的一门新兴的边缘学科，是由现代物理学、计算机技术、数学方法、智能分析理论等众多领域的知识形成的交叉学科。遥感主要利用遥感器从空中探测地面物体性质，根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，它是一门先进的、非接触的、远距离的探测技术。经过几十年的迅速发展，遥感已经形成了一个对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域［1］。

林业遥感技术是遥感技术中的一个重要分支，在森林资源综合防控与监测、森林资源调查与管理等方面具有广泛的应用前景。遥感技术成为当前高等林业院校地理信息系统学科毕业生必备的技术知识，遥感类课程承担着为林业及抗灾减灾等各部门培养遥感类人才的重任。所以，其教学内容和模式必须符合当前市场经济和科技发展的需求。为了应对新的人才需求形势，提高遥感类专业人才的培养质量，推动林业资源信息化的发展，对传统的遥感类课程教学模式中存在的诸多弊端进行改进是十分必要的。本文从遥感在林业等相关领域的应用出发，通过对当前高等院校遥感类课程的特点进行分析，归纳总结了遥感类课程教学环节中存在的问题，并针对这些问题提出了改革的具体目标，对面向市场的开放式教学模式进行了研究。

一、遥感类课程教学中存在的问题

（一）教学手段单一，教学效果不佳

遥感类课程主要围绕着遥感数据的获取、处理和应用开展教学。其中，遥感数据的获取涉及到航天、航空传感器等方面较多的物理知识，遥感数据的处理涉及到大量的算法。这两个阶段的理论知识较为抽象，对于高等数学和大学物理基础知识掌握不扎实的同学来说，理解颇为费劲，很多学生认为该课程抽象乏味、晦涩难懂。同时现有教学中使用的用于演示的模型也十分缺乏，导致学生产生厌学心理，对基本知识掌握肤浅，使学生毕业后在社会中竞争力衰减，就业前景灰暗。

（二）实践教学环节的内容陈旧，难以适应林业遥感技术的发展与更新

随着卫星、计算机、智能分析理论、数据库等技术的发展及其应用的不断深化，遥感技术的发展不断呈现出新的特点和趋势。例如，随着卫星技术的发展，遥感数据的空间分辨率得到了很大的提高，而高分辨率遥感影像同中高分辨率以及低分辨率遥感影像具有显著的差异，所以，原有的遥感图像处理算法不再适用于处理高分辨率遥感数据。而在原有的教学实践环节中，主要内容依然着重于原有的遥感图像处理算法，对高分辨率遥感数据的处理算法则没有涉及。其次，遥感图像处理的发展趋势为自动化和智能化，一方面可以节省大量的人力和物力，降低人为误差；另一方面可以满足地震、减灾等相关应急部门的需求［2］。但是在现有的教学实践环节中，没有涉及到对遥感图像自动化和智能化处理的算法。因此，如果遥感类课程的教学体系一成不变的话，则难以适应当前遥感技术不断发展的趋势，无法使学生掌握最新的理论知识和技术手段，从而给未来就业造成很大的压力。

（三）实践教学环节的内容缺乏针对性，无法满足未来工作的需要。

遥感技术作为GIS学科本科生的必修课程，同专科院校最大的区别在于，本科生不仅要熟练掌握一门遥感类软件的核心功能，而且要深刻理解每个环节和算法的理论基础。但是，当前遥感类课程设置的上机实践内容多为软件操作类，没有将算法的理论部分穿插进去，这非常不利于学生对遥感类课程的学习，也难以满足未来的科研实践和工作需求。因此，需要在教学实践环节中增加学生对算法理论深刻理解的培养，并将算法自主开发成可运行软件的能力培养。

（四）实践教学的软硬件配置落后，急待完善

教学实践是使学生从理论走向实践的必要环节。遥感技术的发展和应用与计算机技术密不可分。因此，是否具备与遥感类课程配套的软硬件设备十分重要。目前，在教学实践环节中，学生使用的遥感图像处理软件、摄影测量软件以及地理信息系统软件等皆为破解版或试用版，正版软件的购置还没有落实。破解版或试用版软件的功能跟正版软件的功能相比有所缩减，另一方面，破解版或试用版软件在运行过程中十分不稳定。另外，有限的机房和计算机等硬件资源无法满足单个学生单台机器操作的条件。所以，如何有效利用机器资源，克服上机环境软硬件配置难的问题，是目前遥感类课程的一大难点。

二、面向市场的遥感类课程教学模式改革的具体目标

通过近年的教学实践，学院逐步确立了遥感类课程教学模式改革的建设目标，包括：①通过课堂讲授，使学生深刻地理解并掌握遥感类课程的基本理论知识，以及遥感类课程在各行业的应用方向和发展前景。②通过实验课程和实习周的上机实践，使学生掌握一门遥感专业软件的核心功能，能够熟练运用该软件解决实际问题。③通过课堂讲授，并结合实验课程和实习周的上机实践，实现与其他专业相关课程（如数据结构、C语言程序设计）的有机结合，构成一个完整的知识体系，用于解决实际问题。因为一名合格的大学生，不同于专科培训人才，仅仅掌握软件的熟练操作步骤是不够的，还要深刻理解遥感类相关算法的机理，并能够用一门编程语言来实现这一算法的机理。④课程设置目的旨在培养林业遥感方面的专业研究性人才，满足市场的需求，服务于林业信息化的发展。

三、面向市场的遥感类课程开放式教学模式改革

目前，遥感类课程已成为北京林业大学林学院、水保学院和园林学院等相关各专业学生开展科研工作所必备的一门技术。为了进一步提高遥感类课程的教学效果，培养与市场经济和科技发展更为吻合的创新型和综合型人才，笔者在借鉴前人研究成果的基础上［3－5］，根据自身的教学经验，尝试在课程教学环节中实施面向市场的开放式教学模式。该模式主要包括以下4个方面。

（一）针对市场需要，调整课程内容

面向市场的开放式教学模式的特点是要根据目前遥感基本理论的发展状况和在市场中的应用，对基本理论进行优先级排序，合理安排课程的讲授顺序和学时。例如，随着计算机技术和遥感技术的发展，目前采集的遥感影像多为数字图像，不再是传统的模拟图像，那么有关模拟图像和模数转换的理论知识用较少的学时简单介绍即可。

以北京林业大学林学院地理信息系统学科开设的本科生必修课程“遥感图像处理”为例，调整后的课程教学内容主要包括“基础篇”“拓展篇”和“实习篇”3部分。①“基础篇”主要针对遥感图像处理的经典概念和理论知识进行介绍，包括辐射校正、几何校正、增强、变换、配准、融合、分类和变换检测等基础算法知识。这些算法知识的讲解部分相对于以往的传统教学更为注重深层次的剖析和应用，在讲解算法理论之外，还通过更多的实例介绍，加深学生对该算法在具体应用中所发挥作用的理解。②“拓展篇”主要是介绍随着遥感技术的飞速发展而涌现的新理论和新技术，目前遥感图像处理主要是朝着自动化和智能化方向发展。另外，由于高分辨率遥感影像的大量涌现，对应的处理算法也逐渐成熟。因此，在“拓展篇”中，讲授的主要内容包括：遥感图像自动化处理理论、智能化处理理论和高分辨率遥感影像处理算法。③“实习篇”的具体内容包括上机的软件操作部分，另外增加了对主要算法开发环节的训练。因为，目前遥感类处理软件主要是国外生产，如果学生仅限于熟练操作软件的话，无法深刻理解遥感图像处理的关键算法机理，也将无法满足我国生产自主遥感图像处理软件的需求。所以调整后的课程内容强调了教学内容的扎实性、与时俱进性和动态性，力求做到教学内容与市场需求的同步更新。

（二）面向市场，进行开放式教学

以北京林业大学林学院地理信息系统学科开设的本科生必修课程“遥感图像处理”为例，笔者在实施面向市场的开放式教学模式时，首先讲授遥感图像处理的经典理论和基础算法，然后选取当前市场实际应用中的案例以及配套的实验数据，让学生进行实践操作。面向市场的开放式教学模式采取课堂讲授与上机实践交叉进行的做法，在讲授完一个环节的关键算法后，立刻选择当前市场中的实际应用案例，安排学生上机实践，使实践内容与课堂讲授内容一一对应，目标明确。其次，在实践环节，打破传统的按部就班的讲授操作流程的方式，鼓励学生自己思考问题，通过不同的途径实现相同的目标，使学生在学习遥感图像处理软件功能的同时提高解决实际问题的能力。

（三）满足市场需求，培养学生的开发能力

遥感技术综合了计算机、数学、智能分析等各个方面的基础知识，同时应用面也极其广泛，仅让学生通过实践环节熟练掌握遥感专业软件的操作是远远不够的。因为在实践环节仅要求学生熟练操作软件，容易让学生产生惰性心理，以为会操作软件即可，不仅不利于学生对基础算法知识的深刻理解，而且无法充分实现遥感知识在行业中的应用。因此，应在实验课程和实习周增加开发能力培养的环节，使学生能够用一门编程语言实现遥感图像处理领域的关键核心算法。

（四）采取多种形式，完善考核方式

面向市场的开放式教学模式以科技创新为导向，以培养和提高大学生的科研创新能力为目的。因此，在遥感类课程教学中，教师应该积极引导学生进行创新思维的训练，激发大学生的科研创新热情和科研兴趣。例如，采取课堂辩论的方式，激发学生的创新思维和学习热情，对于勇于发言的学生，给予平时成绩加分的奖励。在掌握遥感类课程的基本原理和实践后，教师可以通过课后思考题的方式，鼓励学生进行自主思考，充分发挥学生的主观能动性，解决实际问题，并将其作为平时成绩的另一主要依据，纳入到期末总成绩中。

四、面向市场的遥感类课程开放式教学模式改革的成效

面向市场的开放式教学模式吸纳了在实际应用中占有重要地位的新理论和新技术，体现了遥感类课程理论知识的与时俱进性，同时对实践环节中存在的弊端进行了完善，为培养创新型和综合型人才提供了良好的平台和解决方案。笔者通过一年的教学实践，发现教学效果较以前有明显提高，学生对遥感类课程的学习更有针对性，理论水平、开发能力和自主解决实际问题的能力得到了很大的提高。然而，遥感类课程开设的年限较短，教学理论和方法都还在不断发展之中，为了实现学有所用，培养科技创新型人才，实现与市场经济和科技发展的完美接轨，还需要教学双方继续努力，共同探索。

［1］ 赵英时.遥感应用分析原理与方法［M］.北京：科学出版社，2003：1－6.

［2］马建文，陈雪，王瑞瑞，等.遥感数据自动化处理方法与程序设计［M］.北京：科学出版社.2011：2－4.

［3］冯仲科，张晓丽，吴保国，等.构建林业信息工程新学科［J］.中国林业教育，2004，22（1）：18－20.

［4］闫海冰.“林业遥感技术”课程教学及改革初探［J］.中国林业教育，2009，27（4）：62－64.

［5］吴秀芹，毕华兴.GIS类课程基于任务的分步骤教学模式研究［J］.中国林业教育，2012，30（1）：72－75.

（责任编辑 王 伟）