面向地理科学师范专业的遥感概论课程教学改革探索

摘 要：传统的遥感课程教学很难适应地理科学师范专业对地理基础教育人才培养的需要，导致目前地理基础教育中遥感技术运用相对匮乏。本文在充分考虑地理科学师范专业特殊性的基础上，以培养创新型和应用型人才为目标，从优化课程教学体系、构建梯级层次实践内容和完善考核形式三个方面对遥感概论课程教学改革进行了探讨，以期为相关教改研究提供参考。

关键词：遥感概论；地理科学（师范）专业；教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A

1 概述

地理科学师范专业以培养中小学地理教师为主，是全国师范类高校以及综合性高校的基础专业之一，对中小学地理学教育事业的发展具有深远的影响［1］。优化高等师范院校地理科学专业人才培养模式，对提高中小学地理教师教育水平具有重要作用。普通高等学校本科专业类教学质量国家标准（后文简称标准）在地理科学类学生培养规格中明确规定，让本科毕业生较熟练地掌握遥感等现代地理信息技术是人才培养的基本要求，其中遥感概论是标准中建议的核心课程。另外，RS、GIS和GPS技术均在新的高初中课程标准中有一定的要求。例如，我国的地理基础教育增加了“遥感在资源普查、环境和灾害监测中的应用”等内容［2］；湖南教育出版社出版的2019年版普通高中地理教科书中开始出现遥感卫星影像插图以及“多光谱”等专业词汇［3］。近年来，遥感影像逐渐成为地理时空大数据的主要来源，遥感技术在地理教学领域中的运用不断扩大。开设遥感概论等相关课程是高校地理科学师范专业发展的需要，掌握一定的遥感科学基础知识和必要数据处理技能成为中小学地理教师的基本要求。但是，当前面向地理科学师范专业的遥感概论课程改革的研究较少，不能满足目前地理科学师范专业人才培养的需要。同时，人工智能和大数据分析的飞速发展促使遥感数字图像处理技术不断革新，相关软件和算法更新换代的速度让高校遥感技术人才培养的相关课程应接不暇［4］，加强地理科学师范专业遥感概论课程建设刻不容缓。

2 地理科学师范专业特征

地理科学师范专业的设置是为了培养中小学地理师资力量，承担着我国地理基础教育供需对接的重任。根据潘立新等人［5］对安徽省的128所中学地理教学中3S技术掌握情况的调查中发现，教师仅限于教材中知识的介绍，不能系统理解和熟练运用遥感技术，这与高等师范院校地理科学师范专业的课程体系有必然联系。以重庆师范大学地理科学（师范）专业为例，通识课程占总学分的33.54%，其中设置有计算机文化基础（仅列举与遥感科学相关的课程，以下同）；学科基础课占总学分的14.24%，其中开设有高等数学和线性代数；专业核心课程和专业方向课程33.23%，其中涉及遥感概论和地理信息系统概论两门课程；教师教育课程占比6.9%，没有与遥感相关课程；独立实践教学环节占比11.91%，没有与遥感相关课程。与之对比，重庆师范大学地理信息科学专业，通识课程占总学分的32%，其中设置有计算机文化基础（仅列举与遥感科学相关的课程，以下同）；学科基础课占总学分的26%，其中开设有高等数学、线性代数、概率论与数理统计、地图学、测量学和GIS原理；专业核心课程和专业方向课程30%，其中涉及程序设计导论、面向对象程序设计、遥感软件应用等课程；独立实践教学环节占比12%，涉及3S野外实习等课程。学生对遥感技术的掌握需要较为扎实的计算机基础、地理信息系统和GPS相关知识储备，以及一定的计算机开发能力。当初学者不具备以上条件时，往往不能够较好地掌握遥感知识以及软件应用操作，因此不能达到满意的教学效果。通过以上两个专业课程体系的分析不难发现，地理科学（师范）专业本对地理学基础知识和教学技能较为侧重，对数学、地图学、测量学等遥感技术的一些基础科学不做要求，因此学生在学习遥感概论课程时，其基本知识和技能储备有所不足。因此，亟须加强面向地理科学（师范）专业的遥感概论课程教学改革的探索，以适应该专业以基础地理教育为出口的人才培养目标。

3 遥感概论教学改革探索

3.1 优化课程内容，适当降低学习难度

传统遥感概论课程对本科学生的计算机基础以及地图学和测量学等专业知识有一定程度的要求。本次课程改革，在兼顾遥感原理知识系统性和时效性的基础上，需要考虑课程教学对象是高校地理科学师范专业的本科学生，因此不宜采用较为深奥的教材和课件。可适当缩减有关数字图像处理方法中烦琐的数学推导过程、摄影像片立体测量以及微波遥感方式中的数学公式内容，适当增加地物反射波谱特征、遥感图像特征、遥感目视解译和计算机解译以及遥感应用案例的内容。对于其中利用计算机编程语言进行遥感软件二次开发的课程内容则可以删除。基于此，对地理科学师范专业的遥感课程内容可以设计出7大教学模块：（1）遥感绪论；（2）电磁辐射与地物光谱特征；（3）遥感图像特征与遥感平台；（4）遥感图像处理；（5）遥感图像目视解译；（6）遥感图像计算机解译；（7）遥感技术应用案例。具体课程教学体系及内容见下表。

3.2 突出实践环节，拓展实践教學资源

3.2.1 强化实践教学作用，引入启发式教学方法

对于基础地理教育者来讲，掌握基本遥感技能要比掌握深奥的理论知识更具现实意义。实践环节与理论知识学习不同，遥感影像处理实验更加强调软件的实际操作。学生通过实验课的实践操作，可以激发浓厚的学习兴趣，使学习的理论知识在现实实践中得到验证，对巩固理论知识具有巨大促进作用。另外，只有真正掌握了遥感图像处理技术，才能避免“纸上谈兵”。为实现培养地理科学师范专业学生实验操作和创新能力的教学目标，可以适当强化实践环节在整体教学中的作用。遥感技术相关实验较为丰富，从遥感图像的预处理到图像分析，涉及遥感图像的校正、遥感图像镶嵌、遥感图像监督分类、高光谱分析以及植被和土壤分析等诸多内容（如右图）。可以按照难易程度，设计梯级层次实践教学内容，具体包括基础实验、专题实验和课程论文三个层次。在教学形式上，除了常规的室内实验和野外实践环节外，可以依托课程教学团队所在科研平台为学生提供科研实践，即参与到教师的科研项目中，进一步锻炼学生实践应用能力。

在实验教学中可选择启发式教学方法，将教学内容分解成若干个具体的问题，让学生独立思考，通过关键步骤的引导，达到学生独立解决问题的目标。例如，在遥感图像计算机监督分类实践教学时，首先带领学生复习遥感图像像元及多光谱的知识点，然后通过提问“计算机通过什么判断图像单元之间相似程度的”，引出对最小距离法原理的讲解；通过提出“计算机如何判断像元的归类”，引出训练样本及判别函数的概念。进而引导学生操作软件提取训练样本，构建判别函数。实验过程中可以设置“训练样本如何影响分类精度”这样的一个小专题供学生实际操作探索，加深学生对遥感图像计算机分类的原理、特点和应用的理解。

遥感实践教学体系图

3.2.2 构建多层次实践资源，丰富实践教学内容

丰富的教学资源能够让学生在实践过程得到充分锻炼。根据地理科学师范专业遥感概论课程实践教学目标及当地区域地理特色，构建多层次实践资源（图1）。其中可以包括（1）典型地物光谱资源库：通过对ViewSpec Pro便携式地物光谱仪使用和采样过程的教授，让学生以小组为单位，选择典型地物与植物进行测量，不断完善当地区域野外地物光谱库，为后续遥感数据分析与图像判读提供依据。（2）多源遥感影像资源库：面向当地区域环境，构建长时间序列“天—空—地”多源遥感影像数据库，为遥感实验课程提供丰富数据素材。课后实践环节可要求学生自主下载获取最新遥感数据，进行前期处理并补充入库，起到完善数据库及锻炼学生技能的目的。（3）遥感应用专题案例库：授课教师团队将关于遥感应用的最新科研成果融入遥感概论课程实践教学中，简化并解析成本科学生能够胜任的遥感实验应用专题，如多云雾地区植被物候反演、小湿地遥感解译等，构建遥感应用专题案例库。鼓励学生以小组为单位，通过查阅文献、小组讨论等方法，提出解决方案。通过教师可行性评价后，学生可运用所学专业知识完成实验设计，撰写课程论文，最终达到掌握前沿遥感应用技能和提高创新水平的目的。（4）其他网络资源：在常规课程教学的同时，可以利用MOOC等网络学习资源中的实践环节对常规教学进行补充。

3.3 完善考核形式，培养应用型和创新型人才

以培养应用型和创新型人才为目的的地理科学师范专业遥感概论课程考核，可以从平时成绩、理论知识、操作技能和创新能力四个方面构建多元化考核方法，科学公正地评价学生的综合学习效果。平时成绩占15%（包括平时作业、考勤和自主MOOC学习成绩）。在评估MOOC学习成绩时，可以根据平台上的作业成绩折算进入本课程总分数，对于其中MOOC学习最后成绩评定为优秀的，可以将该部分分数打成满分，以鼓励学生学习的积极性。理论知识以期末考试的形式考核（分值占比30%），該部分注重考查学生对基础知识的掌握程度。实践成绩（占比30%）根据实验报告进行打分，侧重客观评估学生的操作能力和应用能力。创新能力采用课程论文的方式进行评价，占总分的25%。

遥感概论课程是一门理论性和实践性较强的专业课程，通过撰写课程小论文等形式进行探究式学习，能够让学生主动地参与课程教学，调动学生的学习积极性，有效减轻学生学习压力，提高课程教学质量，培养学生创新能力和综合素质。每学期课程第一堂课介绍课程主要教学内容时就强调，学生必须从遥感应用专题案例库中选题完成一篇课程论文的撰写。学生完成的课程论文主要是与遥感技术相关的应用性和探索性实验内容，其效果主要体现在：（1）可以激发学生的学习热情。课程论文的撰写使学生的学习不再限制在书本中和课堂上，而是扩展到各种书籍、文献资料和实际问题中。学生通过撰写课程论文真正体会到学有所用，从而激发出学习热情，更加主动地学习和了解课程相关知识。（2）可以提高学生的创新能力和综合素质。学生在确定选题时，可根据自己对选题的理解主动提出一些问题，然后通过查阅文献和实验分析来解决问题，最后按科学论文的格式撰写课程论文。通过做课程论文的方式，学生可以树立起正确的学习方法，锻炼查阅和利用文献的能力，培养发现和运用遥感技术解决问题的能力，提高了学生的文字撰写和语言表达能力，激发了学生的探索创新意识。另外，通过撰写课程论文过程中的相互阅读和评价，培养了学生相互间的合作精神，有利于激发学生的自尊心、自信心和进取心，同时也提高了学习效率。

结语

随着科技的发展以及社会对地理信息人才的需要，地理科学师范专业正逐渐与地理信息科学专业相融合，遥感概论已成为前者核心课程。地理科学师范专业主要培养的是中小学地理教师，具有其专业的特殊性。面向地理科学师范专业的遥感概论课程教学改革，是解决目前地理基础教育中遥感技术运用相对匮乏的重要举措。本文基于地理科学师范专业特征，从优化课程内容、强化实践和完善考核形式三个方面对遥感概论课程教学改革进行了探讨，将有助于高校地理科学师范专业培养高素质、创新型和应用型地理学基础教育人才。展望未来，遥感概论课程教学改革仍需要从教材的编纂以及拓展网络化教学空间方面继续取得突破。

参考文献：

［1］杨月燕.省属高师地理科学专业人才培养对高中地理教师需求的适应性研究［D］.贵阳：贵州师范大学，2019.

［2］解伏菊.地理科学（师范）专业课程体系建设思考［J］.山东教育，2022（12）：5355.

［3］朱翔，刘新民.普通高中教科书·地理［M］.长沙：湖南教育出版社，2019.

［4］张成业，李军，袁德宝，等.人工智能与大数据时代的《遥感数字图像处理》教学内容改革探讨［J］.北京测绘，2020，34（6）：876880.

［5］潘立新，黄成林.3S与中学地理教育探讨［J］.滁州学院学报，2007（06）：116119.

作者简介：肖作林（1985— ），男，汉族，山东鱼台人，副教授，硕士生导师，研究方向：遥感与GIS技术应用。