基于遥感与GIS实验课程双语教育教学探讨研究

王秀梅，美英

（内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特 010051）

随着航天和计算机科学发展遥感与GIS技术应用领域日趋广泛，已成为当今环境科学、生态学、测量学等众多基础学科重要技术手段[1]。该课程自2012年开设以来，从教材、教学大纲、授课方式等多方面进行不断更新改善，借鉴国内外优质的教学资料，结合本科专业学生的英语水平及基础知识掌握情况，激发学生兴趣，提高学生对该学科基本理论知识和技术应用的学习热情[2]。双语教学是中国教育部规划改革的教育教学的重要方向[3]，课程采用启发式、互动式教学手段和多种评价考核方式，培养学生独立思考和表达的能力。通过阅读遥感相关英文文献，能在实践中运用所学知识解决复杂工程问题，适应科学技术发展的需要，并为学生从事测绘工程专业的相关工程问题和科学研究问题打下技术基础[4]。

一、教学内容与原理

遥感与GIS实验是遥感与地理信息系统理论教学的重要组成部分。本课程体系较完整，涵盖遥感与GIS专业软件介绍、图像预处理、图像分类、分类结果数据、数据采集与编辑、建库、管理与分析等学习与应用的所有环节；课程基础扎实。课程包含八个实验教学内容、PPT，每章节配备习题集及单元测试题。通过课程答疑解惑、讨论等教学活动以及成绩评定等进行课程实施。

教学内容：1.介绍遥感专业PCI软件的基本模块，学习PCIDSK库文件结构。2.学习使用PCI 软件GCPWorks模块影像几何校正。3.学习几种图像增强方法，彩色合成、伪彩色合成、直方图拉伸、空间低和高通滤波等图像预处理技术。4.学习计算机分类，包括监督分类、非监督分类等图像分类技术。5.介绍GIS专业软件ArcGIS基本功能模块，学习桌面软件操作方法。6.学习扫描数据的矢量化技术以及矢量数据的拓扑编辑，提供扫描数据进行矢量化，把研究区市的行政界线勾画出来，并输入属性，形成点线面文件。7.学习进行空间分析的具体方法，包括常用空间查询、点线面叠加分析、缓冲区技术、DEM生成等。8.学习专题图层的加载，点、线、面数据的符号化与设色，整饰。

教学原理：在双语教学、精品课程建设、主干核心课程建设等课程建设的前提下，结合多年的遥感与地理信息系统技术在科研项目中的应用，经过不断调整实践应用流程、筛选实验数据、软硬件升级等过程，最后进行总结编写。1.数字图像几何校正是通过计算机对离散结构的数字图像中的每一个像元逐个进行校正处理的方法。这种方法能够精确地改正动态扫描图像所具备的各种误差。基本原理：利用图像坐标和地面坐标（另一图像坐标、地图坐标等）之间的数学关系，即输入图像和输出图像间的坐标转换关系实现。几何校正包括两个方面的内容，图像空间像元坐标的变换，变换后的标准图像空间的各像元灰度值的计算。坐标变换关系，包括直接法和间接法纠正方案。“灰度的重采样”指纠正后新图像的每一个像元，根据变换函数，可以得到它在原始图像上的位置。如果求得的位置为整数，则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值。如果位置不为整数，则有几种方法，最近邻法、双线性内插法、三次卷积法等。2.数字化通过 ArcGIS，您可以创建并编辑若干种数据。您可以编辑存储在 shapefile和地理数据库中的要素数据，也可以编辑各种表格形式的数据。这包括点、线、面、文本（注记和尺寸）、多面体（multipatch）和多点。您还可以通过拓扑和几何网络来编辑共享边和重叠几何。数字化可分为手扶跟踪数字化和扫描数字化。指根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描矢量化的方法，生产出可在计算机上进行存储、处理和分析的数字化数据。目前，一般采用扫描矢量化的方法。根据地图幅面大小，选择合适规格的扫描仪，对纸质地图扫描生成栅格图像。然后在经过几何纠正之后，即可进行矢量化。对栅格图像进行矢量化有软件自动矢量化和屏幕鼠标跟踪矢量化两种方式。软件自动矢量化工作速度较快、效率较高，但是由于软件智能化水平有限，其结果仍然需要再进行人工检查和编辑。屏幕鼠标跟踪方法其作业方式与数字化仪基本相同，仍然是手动跟踪，但是数字化的精度和工作效率得到了显著提高。数据编辑是对扫描所获取的栅格数据进行屏幕跟踪矢量化并对矢量化结果数据进行编辑和处理。包括几何数据和属性数据的编辑。几何数据的编辑主要是针对图形的操作（图形编辑），包括平行线复制、缓冲区生成、镜面反射、图层合并、结点操作和拓扑修改等。属性数据的编辑包括图形要素属性的添加、删除、修改、复制、粘贴、属性表导出等。

二、实验教学专业软件

目前国内使用的教学软件大部分是英语开发设计的，因此双语教学能够让学生操作方便入手，也能快速接轨国外平台，信息更新更快。同时双语教学在使学生掌握知识的前提下，还能使学生熟练阅读英文软件说明，了解世界范围内发展迅猛的学科前沿和新的知识增长点，具有一定示范性的双语课程教学模式。

当今主要流行的遥感图像处理软件PCI、ERDAS、ENVI等，GIS的国外ArcGIS系列软件比较受欢迎。除此之外MapInfo、ArcView、MapGIS等国内外软件也迅速发展起来。其中PCI软件拥有强大的发展前景，由加拿大遥感中心及政府大力支持，对最新发射的卫星数据对接提供直接服务。强大的空间分析功能及独具特色的雷达图像处理功能为其提供强大的算法库。其中ArcGIS是Esri公司集40余年地理信息系统（GIS）咨询和研发经验奉献给用户的一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。ArcGIS不但支持桌面环境，还支持移动平台、Web平台、企业级环境以及云计算架构，是目前最为流行的地理信息系统软件。

三、教学策略及教学评价

为了解决创新激励、个性化教学、理论与实践脱节等传统教学的缺点，我们采用了线上线下混合教学策略，包括线下课堂、线上腾讯会议、科研实践、智慧树互动工具等多维模式。在教学过程中培养学生技术应用实践及主动学习专业软件的能力。首先，学会使用帮助文件，学习英文软件对使用帮助文件很有必要，对于计算机基础薄弱的学生，可以快速入门。对于接触过软件的同学，帮助提示小技巧及提高工作效率。帮助文件的意义在于协助学生使用专业软件完成工作，并减少学生解决软件使用问题的时间。其次，线上线下教学资源随遥感与GIS软件的不断开发，由软件开发商等公司每年不同时间不同地点循环举办多次培训班，并不断发布各种资源教学，学生可以线上同步进行学习，快速学习实验教学内容。课程内容丰富，英文教材具有很大的词汇量，给本科生的学习带来了一定的困难。为此，我们选用有中译本的遥感教材，同时提出很多参考书目，供课后阅读和总结。另外，在学习方法上，我们一直坚持课堂笔记、课件和课后巩固相结合的方式。在课堂上，记录知识要点；通过反复阅读课件，了解要点的细节；最后，利用课后阅读教材和参考资料，理解并准确掌握要点和难点，完善笔记。这样，不仅减轻了学生阅读大量英文的压力，也促进了读书与思考。

教学评价的评价方法由过程评价50%和结果评价50%组成，过程评价包括课前预习、观看操作视频流程、课堂讨论及反思、课后作业。结果评价包括教学设计成果汇报及学生课上课后的表现。

四、教学改革与探索

双语教学是我国高等教育改革的重点研究方向，为了使学生更深入地学习并应用遥感与GIS技术方法，并且熟练使用先进的英文软件进行空间分析，实施双语教学势在必行。本课程包含RS和GIS两方面的实验内容，既有联系，也有区别。遥感是获取宏观、现势性专题信息的技术，其结果又是地理信息系统及地理空间数据的主要组成部分。此外，就其专业性而言，这两项内容均可作为单独课程开设。鉴于此，我们从环境科学与工程应用的角度，安排40学时的理论教学和16个实验（实践教学），并通过以下知识模块实施。目的是在有限的学时内，通过理论和实践教学的结合，使学生了解知识结构，掌握基础知识和基本的应用技能，具备深入学习的能力。

（一）多媒体教学混合模式教学

实验课程的双语教学必须灵活选择教学资源，多媒体教学混合模式教学包括线上中国慕课、智慧树，雨课堂等线上结合线下课堂及科学实践等混合模式，从而把复杂问题简单化，例如将软件的组成，扩展模块、案例分析等问题通过多种手段结合，培养学生保持初心，不断寻找软件项目的智慧之道。

（二）启发式、互动式教学

课程采用英语版软件说明教材，进行双语教学。授课过程中使用中文教学，在讲解说明时尽可能将课件中的中文与英文分层次对应，这样减少学生语言不理解听不懂的窘境。除此之外让学生自主学习专业软件，尽可能熟读英文说明，从熟通一门专业软件，提高各行各业的相关数据处理能力。

（三）翻转式教学

翻转式教学法目前非常流行，从基础教育到高等教育，有很多成功案例。在遥感影响图像计算机分类和专业制图实验教学过程中，首先要更新实验教学的教学理念，提高学生自主学习能力，主要讲授内容为实验内容及目的、参数设置等。软件具体操作可以分组讨论，自拟选题，采用多种资源及实验教材以提出实验方案。希望揭示翻转式教学背后的教学基本原理，分享成功实验，减少教师示范，提高学生自主能动力。

五、结束语

遥感与GIS理论与实践相结合是实践性很强的一门学科。双语教学能使学生具有世界眼光，提高技术学习和英语沟通能力[5]。为了启发学生的思考，培养他们进一步学习遥感和地理信息系统知识与技术的能力，我们在理论和实践教学过程中，始终重视讲解知识结构与框架。实践证明：通过双语教学学生能在实践中运用所学知识，适应先进技术发展，解决复杂工程问题，为学生从事环境工程、测绘工程等相关工程问题和科学研究奠定基础。最终让学生做到融会贯通，新知转化为旧知，成为其信念系统的一部分，在工作生活中能够自觉自动地运用某个知识。借鉴国外优秀的教材和课件，不断完善实验教学内容，遥感与GIS实验课程不仅为理工类学生开设，同时兼顾对遥感技术感兴趣的文科专业学生。要结合遥感与地理信息系统技术在生态学中的应用特点和现状，在有限的时间内使学生掌握基本的应用技能。