基于CDIO工程教育理念的“遥感地质学”创新型实验设计研究

徐 凯，刘 刚，吴冲龙，何珍文

中国地质大学（武汉）计算机学院，湖北 武汉 430074

基于CDIO工程教育理念的“遥感地质学”创新型实验设计研究

徐 凯，刘 刚，吴冲龙，何珍文

中国地质大学（武汉）计算机学院，湖北 武汉 430074

创新型实验设计是“遥感地质学”课程改革的一项重要内容，该创新型实验设计把CDIO工程教育理念与“遥感地质学”实验教学相结合，通过选择遥感地质用中的实际研究项目“遥感地质专题”进行创新型实验设计，给学生营造一种近似真实的项目环境，让学生通过项目的构思、设计、实现、运行等环节的训练，完成项目的需求分析、总体设计、详细设计、系统实现等，使学生亲身经历一个完整项目的实践过程。通过这种工程化、项目式的教学改革，提高学生利用遥感科学与技术解决地质问题的工程能力与创新能力，有利于培养掌握遥感科学技术与地质科学技术的复合型创新人才。

CDIO；遥感地质学；创新型实验设计；项目式教学

中国地质大学（武汉）空间信息与数字技术本科专业的培养目标是培养地质科学与信息技术交叉型的复合型专业人才，服务于地矿工作信息化。按照基础、实践、创新 “三位一体”的人才培养模式，要求学生掌握空间信息技术、计算机技术、地质学、资源勘查学和地学信息工程等方面的基本理论和基本知识，通过课程设计、野外实践和生产实习等基本训练，具备解决与地矿工作信息化、地学定量化、地学信息工程建设有关问题的基本能力[1]。“遥感地质学”作为空间信息与数字技术专业重要的一门主干课程，是一门以传播遥感科学与技术为主的专业课程，具有明显的应用技术学科特点。通过课堂教学与实验教学，使学生理解遥感科学与遥感地质学的基本理论，掌握遥感科学与技术的基础知识、遥感影像的类型与基本特性、遥感地质解译标志、遥感地质数据的处理技术与方法，以及遥感信息在区域地质调查、矿产资源勘查、工程地质、水文地质、环境地质、灾害地质等方面的应用。因此，在进行“遥感地质学”创新型实验设计时，融合CDIO工程教育理念，旨在提高空间信息与数字技术专业学生的实际工程能力与创新能力，为国家培养既懂得遥感科学与技术，又具备地质知识的复合型创新人才[2]。

一、CDIO工程教育理念

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，其核心理念是以产品研发到产品运行的生命周期为载体[3]，为学生提供一种建立在真实世界、以产品或系统的构思—设计—实现—运行过程为背景环境基础上的工程教育，让学生以主动的、实践的、协作的方式进行课程学习[4]。CDIO工程设计理念注重培养学生的工程基础知识能力、个人能力、团队能力与工程系统能力四个方面，充分发挥学生学习的主动性与积极性，实现“做中学”与“学中做”的完美结合。CDIO工程教育理念培养出的学生具有较强的动手能力、自学能力、创新能力、以及组织沟通协调能力，广受社会好评。

二、基于CDIO工程教育理念的遥感地质专题案例设置

“遥感地质学”课程是空间信息与数字技术专业的一门理论与实践紧密结合的专业课程，其理论内容包含遥感物理基础、地物波谱特征、遥感影像的获取与存取、遥感影像校正、变换、增强、分割、分类等处理，实践内容包含地貌、岩石、地层解译，构造、矿产信息提取，遥感在矿产资源勘查中的应用等。由于缺乏遥感原理、遥感数字图像处理等前导课程，以及遥感地质实际应用的地质背景知识，学生普遍感觉课程内容概念抽象，难学难懂。因此，在“遥感地质学”教学过程中，进行创新型实验课程设置，采用CDIO工程教育理念，引入“遥感地质专题”项目，通过项目引导，提高学生利用遥感科学与技术解决地质问题的动手能力与创新能力。

1.基于C DI O理念的“遥感地质专题”案例的引入—构思

“遥感地质学”是一门理论与实践并重的课程，遥感地质专题创新型实验项目的引入是该课程的一个重要实践环节。教学过程中，老师提供几个典型的遥感地质专题项目，如 “遥感找矿”、“遥感地质填图”、“遥感在矿产资源评价中的应用”、“遥感地质信息提取与应用”、“遥感地质灾害监测预警研究”等。把班级的学生分为4～5个小组，每个同学根据自己的兴趣选择进1个组完成1个典型案例。

在此阶段，教师的主要任务是引导学生根据项目的需求，完成项目的构思，具体包括实习所要完成的任务、所需要的时间、项目的总体安排以及具体的时间安排等内容。同时，通过项目的需求分析与课程知识点的对接，让学生运用课程的知识点，完成项目资料的准备与预处理工作，如根据项目任务范围与项目经费的多少，确定遥感数据源、遥感影像的空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率的大小等。

2.基于C DI O理念的“遥感地质专题”案例的讨论—设计与实现

案例讨论阶段，教师的主要工作是引导学生自主学习、合作学习与探究性学习等学习方式，以小组为单位，通过案例讨论的方式，解决案例中的关键问题与疑难问题。同时，根据项目的构思阶段的安排，设计遥感地质专题项目的技术路线与技术流程图。

以“遥感地质信息提取与应用”项目为例，遥感数据处理流程图主要包括四个部分。首先，遥感数据预处理，该阶段主要完成影像的校正、变换、遥感影像增强、融合、分割、分类等；其次，遥感影像判读，主要根据遥感影像的波谱、纹理、阴影等特征进行遥感地质信息判读；第三，遥感地质信息提取，主要包括地貌、岩石、地层、构造、矿产等地质信息提取；最后，野外验证及结果分析，主要包括通过野外实地考察，对所提取的地质信息进行验证。除此之外，还要求对验证后的结果图件进行图形整饰与输出，具体流程如图1所示。

图1 遥感地质专题信息提取与应用技术流程

各个小组通过设计项目的技术流程图，让每个学生明白项目需要完成的工作及工作量，同时，通过技术流程图的设计，把课本知识与实践内容联系起来，让每个学生明白自己所要完成的实验实践操作，有计划、有步骤地实施项目的各项工作，并互相学习与交流，直至完成既定的目标。最后，每个学生需要根据实验现象与实验结果，撰写综合设计性实验报告。

3.基于C DI O理念的“遥感地质专题”案例的总结—运行

案例的总结即检查与考核，可以让学生以小组为单位，进行答辩，演示自己的工作，交流心得体会。从项目准备、原型设计、技术路线设计、项目实施过程、报告撰写、汇报演示等角度综合评定学生的能力，通过这种多元化的考核方法更突显出学生的动手能力与创新能力。当然，案例的总结也可以由任课老师完成，教师可以围绕每个小组案例设计的合理性、适用性、科学性、可操作性、实施效果等[5]，讲明案例中的关键点及重难点，指出每个小组完成案例的优点与不足，以及进一步优化的方向，为下一轮的教学总结经验教训。

三、结语

将工程教育理念CDIO应用到“遥感地质学”创新型实验设计中，通过“遥感地质专题”案例项目设计，把课程内容与实践内容有机地融合成一个整体，让学生通过亲自参加项目的构思—设计—实现—运行过程，完成“学中做、做中学”的教育目标。通过这种方式的学习，锻炼空间信息与数字技术专业学生运用遥感科学与技术的知识解决地质问题的工程实践能力与创新能力，为实现空间信息与数字技术专业培养“品德高尚、基础厚实、专业精深、知行合一”的高素质本科毕业生的目标奠定扎实的基础。

[1]吴冲龙，刘刚，田宜平，等．地矿勘查信息化与地矿信息科技学科建设[J]．中国地质教育，2005，14（1）：32-35．

[2]张冬梅，王媛妮．空间信息与数字技术专业复合创新型人才培养研究[J]．教育教学论坛，2016，（24）：157-158．

[3]杨林，万波，方芳．融合CDIO理念的“GIS软件工程”实践教学改革研究[J]．测绘通报，2015（12）：118-121．

[4]李刚，万幼川．基于CDIO模式的“遥感原理与应用课程设计”创新型实验教学示范[J]．测绘通报，2015（1）：134-136．

[5]韩立华，周颖，胡畅霞．CDIO理念下工程项目教学案例开发与应用实践[J]．计算机教育，2015(24)：139-143．

CDIO; remote sensing geology; innovatory experiment design; project-based teaching

G642

A

1006-9372（2017）04-0067-03

Title:Innovatory Experiment Design on Remote Sensing Geology Based on CDIO Engineering Education Concept

Author(s):XU Kai, LIU Gang, WU Chong-long, HE Zhen-wen

2017-04-14。

湖北省高等学校省级教学研究项目（2016141）；中国地质大学（武汉）校级教学项目（2014A37）；中国地质大学（武汉）2016年本科教学工程项目（2016-38）；自然科学基金项目（41201193）。

徐凯，男，副教授，主要从事遥感地质、地学信息工程的教学与科研工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

徐凯，刘刚，吴冲龙，等．基于CDIO工程教育理念的“遥感地质学”创新型实验设计研究[J]．中国地质教育，2017，26（4）：67-69.