GIS专业遥感概论课程虚拟教研室建设研究

汪垚 刘睿 姜亮亮 肖作林 冀琴

摘要：遥感技术的快速发展，对现有遥感概论课程教学提出了较高的要求。为促进遥感概论课程教学内容改革，文章从共编教学大纲、多维协同教学、线上线下混合教学、专家学者听课指导、线上虚拟仿真实验教学、共建教学资源库与案例库、课程思政建设和产学研用融合八个方面，探讨虚拟教研室的建设。

关键词：GIS专业；遥感概论；虚拟教研室

遥感技术是目前我国空间信息科学技术中的核心对地观测技术。高校急需构建云端、野外、课堂多维协同打造的育人新途径，建设遥感科学产学研用全链条的遥感概论课程虚拟教研室（以下简称虚拟教研室），将信息化的遥感实验融入课程教学环节中，让学生更加直观理解遥感原理，掌握并熟练运用遥感技术。

一、GIS专业遥感概论课程教学存在的问题

（一）基础课程设置不完善

遥感概论课程是地理科学类专业主干课程，也是地理科学类专业学生全面掌握现代地理科学基本理论、基本知识和基本技能的主要渠道。该课程涉及物理、数学和地理等学科知识，专业性和综合性比较强，学生需要扎实的基础知识才能很好地掌握课程内容。然而，因为教师在遥感概论课程授课过程中，往往只是简单地介绍遥感技术所涉及的物理原理，并没有深入剖析和开展实验教学来让学生直观地理解，所以许多学生只是简单学习了GIS（地理信息科学）相关课程，并未充分学习遥感技术背后的科学原理。进而在前期基础知识不扎实的情况下，部分学生无法充分掌握遥感技术内涵及其应用，更无法进一步将遥感技术应用到行业所需当中。

（二）课程教材不完备

目前，遥感概论课程的教学主要依靠几本经典的参考书目开展。因为该课程常开设于GIS专业，参考书目专业性较强，教师多偏向于专业的讲解和应用，导致学生无法综合地理解课程。而且，对于专业培养方案中的其他课程，也会涉及遥感技术知识内容。不同课程存在教学内容的重复，会减弱学生对遥感概论课程的学习兴趣。此外，随着多种遥感数据的出现，遥感图像处理软件的开发和应用不断更新，目前的课程参考书目还是基于传统的遥感图像处理软件开展课程教学，存在极大的滞后性。

（三）缺乏理论与实践的结合

学生学习遥感概论课程，除了掌握基本理论知识以及应用方向外，核心内容还包括动手实践应用，即将学习到的理论知识应用于具体实践中。但是，由于目前专题应用课程内容的不完备和野外试验的困难，大多数学生局限在理论知识的掌握。此外，由于遥感数据的更新速度快，教师在演示遥感数据处理及其应用时，并没有基于最新数据和方法讲解，存在数据滞后和方法落后的问题。

（四）专业软件教学不够深入

遥感数据处理是遥感应用的核心过程，目前已经形成了较为成熟的遥感图像处理软件，比如ERDAS IMAGINE和ENVI。由于国产遥感软件起步较晚，目前大多数教师基于ERDAS IMAGINE和ENVI两个传统软件进行教学，缺乏国产遥感图像处理软件的深度应用。在进行遥感软件实践教学时，教师多数按照实验文档讲述操作过程，随之学生参考实验指导文档一步步操作实践。因为缺乏数据处理原理的讲解，这种实践教学方式让学生仅仅掌握了软件功能。不仅如此，目前遥感概论课程专业软件的实践应用考核多基于特定章节内容开展，缺乏综合性。

因此，为了促进学生对遥感的基本原理、遥感数据获取、遥感数据处理、遥感数据应用等的全方位掌握，虚拟教研室需构建云端、野外、课堂多维协同的育人新途径，开展产学研用全链条的虚拟教研室建设研究，打造产学研用融合一体化的学生培养模式。

二、遥感概论课程虚拟教研室的建设方案

虚拟教研室建设方案的主要框架如图1所示，包括共编教学大纲、多维协同教学、线上线下混合教学、专家学者听课指导、线上虚拟仿真实验教学、共建教学资源库与案例库、共建课程思政和产学研用融合八个部分。

（一）共编教学大纲

高校应根据人才培养方案和企业用人需求完善课程教学目标，综合各单位专业人才培养方案、国家级或省级一流专业建设经验等，共同建设虚拟教研室教学大纲，最终形成标准化的教学文件，从而为虚拟教研室教学提供指导。

（二）多维协同教学

首先，构建多校协同教学方式。一是形成“1+M+ N”模式（即1门课程，联合M所高校教师，教学N名学生）的教学方式。高校联合科研院所开展协同教学改革、协同实验设计等形式的协同教研实践，形成因材施教模式，以满足不同学生的学习需求。二是构建跨学科、跨学院、跨学校的交叉整合型教学创新团队。高校应鼓励不同专业学生跨学科、跨专业学习，突破专业思维局限，并强化学生的复合专业知识与综合专业能力培养。

其次，构建团队协助育人机制。高校依托虚拟教研室团队的科研力量，让学生跨学科、跨学院组建兴趣小组开展科技创新实训，实现课堂深化－课后延伸。在夯实基础的前提下，高校融合各团队遥感科学与技术的最新研究成果，设置研究型创新实验，引导学生开展学科前沿专题研究，进一步利用学生的科研成果持续更新课程教材，改进授课内容。

（三）线上线下混合教学

遥感概论课程信息化特征十分显著，随着遥感传感器的不断增加与遥感内容不断拓展，课程教学与固定学时之间的矛盾不断凸显。虚拟教研室可以采用线上线下混合教学的方式解决教学内容与学时之间的矛盾。一是与国家级线上课程的融合。部分知识性课程内容讲授由线上课程完成，线下课程进行知识检核与巩固。二是與信息化教学环境的融合。学生的部分实际操作过程通过教学视频自主完成，线下课程检验学生的完成成果。三是线上与线下学术报告的融合。通过鼓励与要求学生参与线上学术会议以及线下学术汇报的形式，让学生接触遥感科学最新的学术研究成果，进一步激发学生的学习兴趣。

（四）专家学者听课指导

虚拟教研室将邀请专家学者对虚拟教研室教师成员进行听课指导。高校通过听课、评课和研讨等方式，对教师教学方法、课程教学内容、课程教学方案等进行指导和建议；组织专家学者开展专题讲座，传授教学经验，提高虚拟教研室中教师的教学质量。

（五）线上虚拟仿真实验教学

遥感野外综合实验的开展可以让学生更加直观理解遥感原理。但是，传统的“地面-航空-航天”一体化的多尺度遥感监测综合实验存在较多难点，包括野外光谱观测展示度不足、无人机飞行实验的危险性、野外实验的高成本和不可逆性。高校通过构建“空天地多尺度的遥感监测虚拟仿真实验”，可降低教学成本，避免环境约束，提高大规模授课效率。线上虚拟仿真实验教学可以强化学生的多维地学习体验，并将信息化的遥感实验融入课程教学环节。高校通过虚拟仿真实验线上教学，让学生了解并熟悉地物光谱特征及遥感图像处理关键，掌握并能熟练运用遥感技术的相关理论开展实际地学应用。

（六）共建教学资源库与案例库

虚拟教研室在协同共建的基础上，还需实现课程、专业和学科等教学资源的内部共享。课程资源包括课程大纲、教学设计、教案与课件、虚拟仿真实验、习题库等；专业资源包括专业人才培养方案、专业建设经验等；学科资源包括学科建设方案、教学学术研究经验等。最终推动虚拟教研室成员充分利用信息技术和在线教育平台实现共享优质資源。

（七）课程思政建设

虚拟教研室着力打造学生主动参与的思政课堂，进而实现学生的自我教育。虚拟教研室通过全国大学生GIS应用技能大赛、国际高分遥感图像解译大赛、中国地理科学展示大赛等学科专业比赛，在紧密结合课堂教学、新技术应用、我国现有资源现状的基础上，以竞赛中遥感理论与知识的应用培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务，发现问题、解决问题和了解现状，并在实践中提高学生社会适应力与分析问题、解决问题的能力，进一步用科技创新成果实现课程思政的自我发展与自我完善。

（八）产学研用融合

虚拟教研室将聚焦产学研用融合，提高人才培养质量。在课程整体教学设计上融合产业教学、学校教学、科研教学、应用教学四个模块，打造产学研用一体化教学机制。产业教学模块根据产业、企业需求完善课程教学目标，开阔师生眼界，重建教学大纲；建设实习基地，开展产业应用案例式教学。学校教学模块进一步完善理论知识和实验技能的基础教学，培养学生自主学习能力，充分利用资源库完善学生的知识体系；创新调整基础理论与实验内容，建设虚拟仿真教学。科研教学模块提供前沿知识和先进技能，整合研究条件和实践条件，培养学生的研究与创新能力。应用教学模块以实际应用为最终目的，通过实施项目式教学开展综合项目式实践，提高学生综合能力，培养高质量人才。

虚拟教研室建设将涵盖多个学科内容，能用于不同专业学生跨学科、跨专业学习，突破专业思维局限，实现团队成员优势互补，强化对学生综合专业能力培养。虚拟教研室开拓产学研用一体化课程发展新路径，将进一步优化产学研用融合的高层次创新人才新模式。

总而言之，虚拟教研室的建立，将进一步促进GIS专业学生对于遥感技术的全面掌握和应用，促进遥感概论课程教学内容、教学方法的改革，促进教师个人、团队的成长和教学方法的改进，最终为社会培养优秀的GIS专业遥感技术人才，促进我国遥感科学与技术发展。

参考文献：

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基金项目：重庆师范大学基金项目资助，项目编号：22XLB029；重庆师范大学高等教育教学改革研究项目，项目编号：202233sz；重庆师范大学研究生教育教学改革研究项目，项目编号：xyjg23006。

（作者单位：重庆师范大学地理与旅游学院/地理信息系统应用研究重庆市高校重点实验室）