促进大学生实践创新能力培养的遥感导论课教学模式探索_品牌_

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张竞成　陈冬梅　尚平　陈丰农　吴开华

【摘要】大学生实践创新能力的培养是国家遥感青年人才队伍建设的重要要求。本研究在对传统遥感课程的教学模式进行分析基础上，通过在大学低年级开设遥感导论课进行教学创新实践。着重论述了问题导向的教学设计，基础知识与应用案例结合的教学方法，课堂讨论、报告、实验相结合的课程组织，以及课内学习与课外实践联系的能力培养等问题，并讨论了课程实施过程在授课方式、讨论题目设计以及成绩评估等教学组织形式，为开设遥感导论课进行大学生实践创新能力培养提供经验和参考。

【关键词】遥感；导论课；实践创新能力；教学模式

中圖分类号： TP70 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）06-0034-003

【Abstract】Cultivating college students' practical innovation ability is an important requirement for the national remote sensing youth talent team construction.Based on the analysis of traditional teaching methods of remote sensing courses， this study aims at teaching innovation through the introduction of an introduction class on remote sensing in the lower grades of the university.It focuses on problem-oriented instructional design， teaching methods that combine basic knowledge and application cases，curriculum organization that combines classroom discussion，reporting，and experimentation， and the ability to develop in-class learning and extracurricular practice，and discusses curriculum implementation.The process includes teaching methods， discussion topics design， and performance evaluation.The teaching organization forms provide experience and reference for the establishment of an introduction course on remote sensing for students' practical and creative abilities.

【Key words】Remote sensing；Introductory class；Practice innovation ability；Teaching mode

0 引言

遥感技术作为在当代空间信息科学领域快速发展的学科，是一门集物理学、计算机技术、航天技术、仪器科学与技术等多学科、多领域高新技术于一体的技术。遥感技术作为唯一的全球观测手段，在资源、环境、海洋、气候、农业等全球性可持续发展问题领域扮演着不可替代的作用。中国的遥感自20世纪70-80年代开始，经过40余年的快速发展、积累酝酿、大胆创新，目前已经形成了一个多学科交叉融合的战略性新兴产业方向[1]。2010年，国务院《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年-2020年）》将高分辨率对地观测系统重大专项确定为16个重大科技专项之一，要求统筹建设基于卫星、飞艇、飞机的高分辨率先进对地观测系统，并能够与其他观测手段结合，形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力，以全面满足国民经济建设、社会发展和国家安全的需要。同时，中国还作为发起国积极参与了地球观测组织GEO（Group on Earth Observations）这一政府间多边科技合作机制的建设和运行，推动建立一个综合、协调、可持续的全球综合地球观测系统[2]。

为保障这些关乎国计民生的重大计划得以顺利实施，我国遥感技术的人才队伍的建设、培养迫在眉睫。其中，特别重要的是对在校大学生等青年专业人才的培养，提升他们的实践创新能力，以更好地适应未来技术、产业发展的需要。在这样的背景下，对本科遥感教学而言，如何改革课程教学模式，以更有效地培养大学生实践创新能力是一个值得探讨的问题。本文首先对遥感课程教学模式进行分析，据此提出采用遥感导论课的教学方式并在授课过程中进行教学模式创新。经过授课实施能够激发学生的兴趣和求知欲，取得显著的教学效果。

1 遥感课程教学模式分析

目前随着遥感、地理信息等相关专业在我国高校人才培养中日益受到重视，在不同学校、专业中设置了多种形式的遥感类课程，总体上分为遥感的概论性课程和专题性课程。两类通课程常在本科较高年级开设，并且主要采用课堂教学、实验等方式。其中遥感概论性课程侧重介绍遥感过程、遥感传感器和平台、遥感数据处理过程、遥感分类方法等基础性内容。而专题性遥感课程则根据个学校专业的培养目标和大纲，着重讲授遥感技术在某一个专业领域中的应用，如环境遥感、城市遥感、农业遥感、水色遥感等，一般教学内容上具有较强的针对性。在课堂教学模式上，开展了诸多有益的探索和尝试。卢晓峰和刘春国（2011）结合教学经验，从理论教学和实验教学两方面对遥感课程的教学方法加以探讨，提出教学内容、教学重点和深度应根据不同专业有所不同，同时应把ERDAS、ENVI等常用软件穿插进入课堂教学中，提高学生综合分析解决问题的能力[3]。梁保平等（2011）提出整合遥感课程教学内容，采用启发式、网络化等教学方式，并引入“科研案例”，以培养学生的兴趣，提高创新能力[4]。竞霞等（2013）从课程体系、教学模式及实践教学等方面探讨了《遥感原理与应用》课程教学模式改革的方向，认为合理组织、科学架构课程体系，并根据不同教学内容特点采用不同教学方法对提升课程教学效果至关重要[5]。郭鹏等（2017）提出采用项目教学法将教学与科研进行互动的教学新模式[6]。此外，在教材和教师队伍方面，黄妙芬等（2016）对我国遥感课程教材的现状进行分析，并提出教材建设的思路[7]。芦少春和孟庆燕（2013）在讨论如何使遥感课程建设与改革符合培养应用型人才的要求时，强调要着力加强教师队伍的建设，并完善专业培养方案[8]。综观各位教学研究者对遥感课程教学模式改革的思考，可以看到如何提高学生实践应用能力并培养创新能力是改革的核心问题，也是评价一个模式优劣的根本标准。本研究即是在这样的背景下提出通过在低年级开设遥感导论课的方式，以期提高大学生实践创新能力。

2 开设遥感导论课的意义

作为一门具有高度综合性的前沿学科，遥感技术及其发展涉及到是计算机、数学、物理、数字信号、光学等多个学科的知识，同时其在不同领域的应用还与生物学、农学、地理学等学科知识有关，因此学生在这些学科相关知识的理解必将会影响到遥感技术的学习效果及创新能力。美国著名的博耶报告《重建本科教育———美国研究型大学发展蓝图》中明确提出，构建新生探究式的一年级教学、建立基于研究的学习模式、拆除各学科间教育的壁垒、创造性地利用信息技术等对于大学生创新能力培养的重要性[9]。日本的一些大学设置了“复合新领域科学”专业，旨在对近十年新兴前沿科学的介绍[10]。因此，如能在大学低年级开设遥感技术导论课，通过通俗浅显的讲授、讨论和验证性实验引导学生了解遥感技术的基本概念和前沿问题，并激励同学对这一领域产生兴趣。同时，理解各门基础课与遥感学科的内在联系及支撑作用，有利于其在基础课程学习过程中能够更好地掌握相关知识，通过知识的融会贯通更好地支持其在高年级对遥感技术进行深入的学习和研究。另一方面，较早地接触遥感技术的相关知识和前沿能够从客观上延长大学生专业学习和探索的时间，能够促使对遥感技术感兴趣的同学更有效地利用课外时间，通过自学、参与教师科研、参与应用实践、参加竞赛等多种方式培养实践创新能力。

3 遥感导论课的教学模式

3.1 问题导向的教学设计

“问题导向”是学者们基于20世纪著名哲学家波普尔的问题理论提出的基于问题或者问题导向的教学方式[11]。通过问题导向的教学方式，可以将教师向学生信息传递的单向过程变为教师、学生、教学媒介三个因素的互动过程，有利于打破灌输式课堂教学的种种弊端，形成良好的教学氛围[12]。作为一门为低年级本科生开设的遥感导论课，课程设计采用启发式教育，在各个课程专题课前和课后均会向学生抛出一些问题，引导其查阅文献资料并进行主动思考。在授课过程中围绕问题的起因、解决自然引出理论、技术的发展和具体内容。在授课过程中，通过不断提问、讨论的方式引导学生主动思考。在课后，留下一些讨论的问题，供学生课后查阅相关资料作延伸学习，并在下堂课中交流。经实践，这种问题导向的教学设计能够明显提高学生的课堂参与度，激发学生的学习和探索的热情。并且，问题导向的课程教学实际上培养了学生主动参与解决问题的能力，因此能够潜移默化地使学生的创新思维得到培养和发展。

3.2 基础知识与应用案例结合的教学方法

遥感技术作为一门实践应用性较强的学科，在技术的发展和各行各业的应用中已产生了大量的文献、资料，为课堂教学提供了丰富的案例资源。作为一门低年级导論课，通过案例引入内容、阐述知识能够很好地规避直接讲授一些理论方法的枯燥，能够有效化解学生的畏难情绪。陈玲等（2016）在林业遥感类课程中应用了案例式教学，教学效果得到了本科生的充分肯定[13]。刘健等（2010）采用案例教学开展“3S技术”课程，从案例选择、课件制作等方面进行了设计，丰富了教学内容，提升了教学效果[14]。遥感导论课在案例选择上应注意综合考虑案例的典型性，学生的知识背景和接受度等。如在讲述遥感分类方法时，可以通过介绍基于遥感影像的城市规划、违章建筑监测等与社会生活息息相关的应用案例，在活跃课堂气氛的同时，使同学自觉主动地进入对理论方法的学习。

3.3 课堂讨论、报告、实验相结合的课程组织

遥感导论课在课程组织上，采用课堂讨论、报告、实验相结合的方式，对课堂讲授进行补充。其中课堂讨论有助于活跃学生的思维，引起对问题的深入思考。如在介绍遥感与地理信息系统关系内容时，请同学以交通导航服务为背景分析RS与GIS技术以怎样的方式结合进行空间分析；在介绍影像时间、空间、光谱分辨率时，请同学就应用遥感影像是否能够找到失联的马航MH370客机为题分正反方进行辩论。另一方面，在一些专题讲授结束时请一些小组同学进行课程报告，鼓励其主动查询资料并对其进行归纳整理，同时也锻炼了学生的口头表达能力、合作意识。如在遥感传感器的内容时，请同学举例介绍一种遥感传感器。同学的报告经过资料搜集整理，涉及到光学、微波、热红外、激光雷达等多种类型传感器，并对其进行讨论、对比，大大增强了学习效果。此外，实验有助于学生对于所学内容产生主观认识和感受，对技术的一些关键点有更深的认识和理解。课程的实验部分设计了一个遥感影像作物面积提取和分类的实验，包括了原始影像获取、影像辐射校正、大气校正、几何校正，地物光谱特征，以及分类器使用等多个环节，使同学在熟悉ENVI， ARCGIS等常用软件的同时，对遥感信息提取的整个过程有了感性认识。课程实践表明，通过课堂讨论、报告和实验三种方式的结合，能够有效加深学生对教学内容的理解，使书本的“死”的知识转化为学生自己头脑中“活”的知识。

3.4 课内学习与课外实践联系的能力培养

在课程教学之外，遥感导论课的另一尝试是通过科研项目参与和竞赛，将学生的课内学习与课外实践有机联系。对创新能力培养而言，课堂学习好比为学生提供原料，课外实际活动则类似一个“发酵”的过程，能够最终酝酿出创新的思维和成果。课外实践活动中，参与科研和参加竞赛是两种重要的形式[15]。让一部分有兴趣的本科学生参与教师的科研项目，能够使学生接触到最新的科研成果，从参与解决实际问题的过程中增进学习，习惯创新探索的过程，享受参与解决实际问题的成就感。经过教学实践，部分学生参与了关于无人机遥感在精准农业上的应用，对植物光谱分析，遥感高光谱影像处理产生了浓厚的兴趣，并在作物病虫害监测等方面进行了一些有益的尝试。另一方面，在课程学习和参与科研的过程中产生的思路亦能够为竞赛提供素材，能够支持学生申报如“挑战杯”，“大学生创新创业大赛”等比赛。通过比赛提高学生的创新能力、心理素质和团队合作。当今和未来的创新事业通常是一个团队而非一个人的工作模式，而参与竞赛客观上能使学生体验竞争与合作，使学生在未来的人生路上敢于创新，擅于创新。

4 遥感导论课教学实践与思考

针对低年级本科生的遥感导论课在学院内进行了一次全新的尝试，在遥感传感器，遥感数据处理方法介绍的基础上，通过研讨、报告交流的方式与同学分享了遥感技术应用在环境、城市、农业等领域的最新成果和发展动态。同学整体反响热烈，呈现出比较高的积极性，并在课外与教师主动联系，部分学生参与到了教师的科研中，并组队参加竞赛。为此，笔者认为在大学本科低年级开设遥感导论课对于培养大学生实践创新能力是一次有益尝试，能使学生为后续专业课程学习作好充分准备，并引导学生更有效地掌握低年级基础性课程知识。

在遥感导论课的实施过程中，结合授课感受、学生反馈等对课程组织进行如下思考，以期进一步提高教学效果：1.为保证讨论、报告的效果和学生参与度，该种授课方式应对授课规模及分组有人数限定，一般课堂规模不宜超过30人，对学生宜进行4-6组的分组，每组5人。2.对讨论和报告的题目设计需要随教学进程由浅入深，由易到难，内容上应充分把握内容针对性和开放性的尺度和分寸。3.课程成绩组成及评价上应采用多元化，将平时成绩、讨论表现、报告质量、期末成绩等有机结合。同时，在团队评价时应注意既不可仅评价个人忽略团队，也不能对团队成员的贡献度不加以区分，伤害部分学生的积极性。4.授课内容、话题等需要不断更新，体现最新的技术前沿，使学生能够在学习过程中充分感受创新，学习创新。

【参考文献】

[1]顾行发，余涛，田国良，等.40年的跨越—中国航天遥感蓬勃发展中的“三大战役”.遥感学报，2016，20（5）：781-793.

[2]徐冠华，柳钦火，陈良富，等.遥感與中国可持续发展：机遇和挑战.遥感学报，2016，20（5）：679-688.

[3]卢晓峰，刘春国，《遥感原理与应用》教学方法的探讨.地理空间信息，2011（4）：162-164.

[4]梁保平，李艺，李晖.高校地理科学专业遥感课程教学改革与实践探讨.中国现代教育装备，2011（11）：112-114.

[5]竞霞，胡荣明，琚存勇.《遥感原理与应用》课程教学模式改革探讨.信息系统工程，2013（6）：157-160.

[6]郭鹏，徐丽萍，张国顺.地方高校遥感课程教学与科研互动模式研究.地理空间信息，2017，15（12）.

[7]黄妙芬，孔亮，张明亮.我国遥感课程教材现状分析及建设方法研究.教育现代化，2016（3）.

[8]芦少春，孟庆燕.基于应用型人才培养的遥感课程建设与改革.安徽工业大学学报（社会科学版），2013，30（4）：123-124.

[9]刘宝存.美国研究型大学本科生教育重建：进展·问题·走向. 外国教育研究，2006（6）：8-14.

[10]伊廷华，张杰，李宏男.研究型大学本科生创新能力培养的几点思考.中国建设教育，2012（Z1）.

[11]焦利芳，张聪.基于再造理念对我国高等教育改革的思考. 高等农业教育，2003（8）：16-19.