“遥感原理与应用”课程教学改革初探

顾祝军

[摘 要]针对目前在“遥感原理与应用”课程教学中存在的问题，对实验教学内容、教学方法及实践环节的改革进行初步探索。兼顾教学内容的基础性和前沿性，结合案例教学，优化实践教学体系，并充分利用“慕课”等优质网络教学资源，将有利于激发学生的学习兴趣，高效、灵活地掌握基础知识，提升基本技能，进而可持续地培养其专业素养。

[关键词]遥感 教学改革 教学内容 教学方式 实践教学 慕课

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）10-0108-02

遥感是20世纪70年代发展起来的空间对地观测技术，已在土地管理、城乡规划、农业、林业、环境监测、水文气象、地质地理等方面得到了广泛应用。[1] [2]近年来遥感技术的长足发展使得社会对遥感人才的需求量和专业素质的要求日益提升。目前国内已有170余所高校设置了遥感类本科课程[3]，其中“遥感原理与应用”已成为地学及测绘专业的核心课程之一。笔者结合地理信息科学专业“遥感原理与应用”多年的教学实践对教学内容、方法及实践环节的改革进行初步探讨。

一、现阶段教学中存在的问题

纵观目前高校的遥感基础课程教学，主要存在以下几点问题：（1）教学内容陈旧，仅注重基础性和理论性，对实际应用和学术前沿关注不够；（2）教学方法有待改进，“满堂灌”的授课方式只注重“教”而轻视了“学”，学生缺乏学习兴趣，教学效果不佳；（3）实验环节薄弱，学生得不到充分训练，基本技能和综合素质有待提高。这些问题在“遥感原理与应用”课程中也同样存在。

二、改革措施

（一）在教学内容安排上兼顾基础性和前沿性

目前，有关遥感基础知识或基本技能方面的教材很多，其中以《遥感导论》（梅安新主编）、《遥感概论》（彭望琭主编）、《遥感数字图像处理教程》（韦玉春主编）和《遥感应用分析原理与方法》（赵英时主编）等教材的应用较为普遍。各种教材内容和重点不一，因此根据教学目的和学生实际，选择适合的教材和教法尤为重要。笔者选择《遥感导论》作为主教材，以《遥感数字图像处理教程》为辅助教材，从中选取部分内容进行重新组合和梳理，安排了如下的教学内容：1.遥感基础知识，包括遥感基本概念、传感器、遥感类型、电磁辐射基础； 2.遥感图像处理，包括遥感大气校正、几何校正、影像裁剪、影像增强、影像分类；3.遥感信息提取，包括常用植被指数、一阶和二阶纹理参数的提取，以及基于提取的遥感指标进行植被覆盖度、植被叶面积指数的定量估算；4.综合应用训练，包括使用常用遥感影像处理软件ENVI和ERDAS进行特定研究区土地利用类型的分类、植被结构参数的提取以及水体叶绿素含量的估算等。同时，遥感学科的发展日新月异，为了让学生及时了解遥感领域的最新发展动态，笔者在教案设计上注意引用一些国外优秀教材，如John A.Richards编写的Remote Sensing Digital Image Analysis、Canada Centre for Remote Sensing编写的Fundamentals of Remote Sensing等，并精选若干国内外学术文献，如《遥感学报》、《地理学报》、《Remote Sensing of Environment》等专业顶级期刊经典文献供学生课后阅读。实践证明，这一做法不仅能有效提升教学内容的现势性，也能激发学生进一步探索遥感领域的兴趣。

（二）教学方法上结合案例教学法，使学生变被动学习为主动学习

传统的教学方式以教授为主，往往只注重“教”而轻视了“学”。针对“遥感原理与应用”课程理论性强、内容抽象的特点，笔者尝试采用“互动式教学法”和“案例教学法”。在处理教学难点时，通过设计疑问，让学生分组讨论，笔者及时点评，改变了传统的教师“一言堂”的做法，强化师生互动。笔者根据学生的问题反馈进一步深入引导，有效化解了教学难度，并调动了学生的学习主动性。如辐射传输过程比较抽象，笔者在讲解时并非围绕教材上的公式推导，而是以日常生活中的拍相片为例，引导学生理解一张相片的质量受到哪些因素的影响。通过合理设问，或者让学生提问，可轻松解决教学难点，学生也反映很容易理解。在进行遥感软件应用教学时主要采用“案例教学法”。可选取一些具有代表性、典型性、实时性的案例进行讲解和分析，或者引导学生运用所学理论对案例进行分析和讨论，以加深和巩固理论知识并学会灵活运用，培养学生分析问题和解决问题能力。[4]例如，基于遥感影像的南方丘陵植被叶面积指数反演、林地水土保持植被三维绿量估算、南京市土地利用时空演变分析、南京市林地植被覆盖度信息提取及太湖叶绿素浓度适时监测等案例，都涉及多个理论知识点，学生从中加深对理论的认识，并自觉地在脑海中实现对知识的构建和对技术应用的了解。笔者发现，案例教学法从实际问题出发，通过一系列问题导向的推理或操作，巩固了诸多知识点，并让学生练习了相关的遥感技能。这一方法打破了教材中的知识体系分割，让学生在最终完成任务后体验到一种学习成就感，教学效果很好。

（三）优化实践教学体系以锤炼学生专业硬功夫

本科阶段“遥感原理与应用”课程中实践教学体系主要包括验证性实验、综合性实验和设计性实验三类。其中验证性实验主要是对基本原理和基本方法的验证，以帮助学生理解课程的基本知识和培养学生的基本技能。如典型地物光谱的测试、遥感影像投影转换、大气校正、几何校正、图像融合、图像的增强处理、遥感影像分类等，使学生初步掌握和熟悉常用遥感图像处理软件的运行环境、操作方法及其功能，提高学生动手能力。综合性实验则是将相关的实验内容有机结合，例如遥感反演林地叶面积指数的实验，基于区域SPOT影像，首先进行大气校正、几何校正等预处理，然后与野外实测的林地叶面积指数样方中心点的矢量图层叠加，建立基于点的感兴趣区，进而提取以实测点为中心，一定范围（如10m）缓冲区内的各波段反射率均值，计算几种植被指数，并用植被指数与实测叶面积指数建立关系模型，用该模型反演研究区林地叶面积指数。综合性实验通常可结合学生的毕业论文进行。设计性实验带有一定的研究性和探索性，一般由教师给定题目和要求，学生3-5人组成一个兴趣小组来共同完成。教师在实验方案的选取、专业文献的阅读等环节给予指导性意见，细节问题由学生把握。如要求学生利用ERDAS软件完成一幅1 / 5万的某市土地利用现状专题地图，教师布置这一任务，明确完成时间和要求，可放手让学生去做，学生有问题则及时解答。设计性实验给学生留有较大的自主空间，可培养学生的科研能力及团队合作精神，对于创新型和应用型人才培养十分必要。这三类实验由浅入深，有步骤地提升学生的遥感应用能力。笔者在实践教学初始阶段就给学生布置设计性、综合性实验任务，较之传统的“填鸭式”讲解，这样带着目标的研讨式学习更能有效激发学生的学习兴趣和潜力，能达到事半功倍的效果。

（一）两组学生总体成绩比较

总成绩由两部分组成，平时成绩即课堂成绩占20%，理论考试成绩占80%。统计结果显示，小班研讨合作学习可以提高学生的学习效果（表2）。

（二）实验组学生问卷调查结果

对实验组的31名学生按设定指标进行问卷调查，其中具有评价意义的指标结果显示，合作性的小班研讨学习对学生的自信心、学习主动性、合作能力等方面的提高都有所帮助（表3）。

[ 注 释 ]

[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] 贝洪俊，白玉华.基于合作性学习的大班上课小班讨论教学模式的解读[J].黑龙江高教研究，2010（2）：149-152.

[4] 蔣笃君.思想道德修养与法律基础课理想课堂的建构——论“大班授课与小班讨论”课堂教学改革[J].河南教育，2010（8）：23-24.

[5] 李现平.席明纳小班研讨教学模式[J].继续教育，2012（1）：23-26.

[6] 邵龙潭.高校思政课“大班授课小班讨论”教学模式的探索与思考[J].思想理论教育导刊，2011（11）：64-67.

[7] 孙燕君，卢晓东.小班研讨课教学：本科精英教育的核心元素——以北京大学为例[J].中国大学教学，2012（8）：16-19.

[8] 王坦.合作学习述评[J].山东教育科研，1997（2）：33-36.

[9] 王学渊.“大班授课小班讨论”模式在经济思想史课程中的探索与实践[J].高等农业教育，2010（8）：43-46.

[10] 徐成芳，张琦，赵颖.关于“大班授课—小班讨论—大班交流”模式的思考[J].福建论坛，2011（10）：132-134.

[11] 朱艳敏，陈超.“大班授课小班讨论”合作性教学的问题及建议[J].中国电力教育，2011（23）：62-64.

[责任编辑：覃侣冰]