遥感实践教学方法探讨

2014-02-24刘沛

中国地质教育 2014年1期

关键词：学时专业实验

刘沛

贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳 550003

实践教学

遥感实践教学方法探讨

刘沛

贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳 550003

遥感技术已广泛应用于地质、测绘、林业、农业、水利等国土资源调查与动态监测和国土资源规划与管理等各个领域。遥感实践教学是遥感课程的一个重要环节。通过对当前遥感实践教学中存在问题的进行分析，探讨了影响实践教学质量的几个主要因素，提出了以解决数据的代表性、产权和保密问题，并在此基础上编写适合各专业教学大纲教材的教学改革设想和方法，通过多样的考核方式和相关课程横向连接的教学手段来提高遥感实践教学质量。

遥感；实践教学；教学改革

在我校地学专业课程安排中，遥感课程中的“遥感地质学”是一门较重要的专业课程。遥感技术已广泛应用于地质、测绘、林业、农业、水利等国土资源调查与动态监测和国土资源规划与管理等各个领域。遥感对地观测技术是一种先进的获取地球空间和属性信息的重要技术，是空间信息分析和构建数字地球的基础①。如何在有限的课时内最大限度地让学生熟悉和掌握遥感技术，为学生在今后的进一步学习和应用中打下基础是该课程教学需重点解决的问题。

地球科学是遥感技术产生以来最早与之结合的领域之一。随着计算机技术的发展，遥感已是现代地学研究中不可缺少的工具。由于遥感技术理论性和实践性都很强，其涉及的基础理论知识也较多，如何在本科教学中准确地把握好“度”，使学生尽快地进入角色，是本课程教学改革研究的一项重要任务。其中的实践教学环节在遥感教学中具有举足轻重的作用。如何合理安排和设置实践教学，是遥感教学中需不断探索和改进的工作。

一、当前本科实践教学主要突出问题

毫无疑问，对于实践性较强的遥感课程来说，动手能力的培养至关重要。通过实践教学巩固理论知识，是实践教学需要重点解决的问题。笔者在近几年的遥感教学实践中总结目前主要存在的问题如下。

1.理论教学与实践教学课时安排的合理性问题

遥感类课程涉及的理论知识较多，如何合理安排理论教学与实践教学课时，对于教学效果有较大的影响。我院地理信息科学专业开设的“遥感原理与应用”课程为54学时，为保证理论教学内容的完成，目前本课程上机实践操作课时设为18学时，这对于从未接触过遥感软件的学生来说，要通过课堂学习达到熟练操作较为困难。而对于遥感地质学的实践课程来说，需要进行大量的实践，才能取得良好的教学效果[1]。以实践课学习ENVI软件为例，根据近几届学生学习情况，课程结束后，能较熟练找到常用菜单的学生能达70%以上，而隔一个学期以后，不足30%，这明显与练习时间太短有关。在有限的实验学时内，课程内容只是最基本的入门操作（表1）。但如果提高实践教学课时，将减少理论教学学时，这对教学整体效果势必会造成影响。

表1 “遥感原理与应用”实验课程一览表

2.实践课程中典型材料的缺乏问题

影响实践教学效果的另一个主要因素是目前缺乏典型的实验材料（数据）。遥感技术应用一方面需要操作者熟练掌握数字图像处理操作方法，熟悉各种数据的基本特性；另一方面，需要操作者发挥主观能动性，要对不同背景下的对象进行不同方法的处理或不同算法的探讨。无论是对本科学生还是硕士研究生，一些典型地区的遥感数据就显得极为重要，如不同地貌、不同覆盖物、不同地质背景等等的数据，以及不同分辨率和不同传感器的数据，作为教学用的这些数据的收集是非常需要的。目前常见的卫星数据类型如表2所示。

表2 常见卫星类型

除卫星数据外，一些航空遥感数据也需要在教学过程中让学生认识。这主要包括不同比例尺的全色或彩色航空相片，以及红外、彩红外相片。航空侧视雷达数据等。

由于遥感数据的获取不仅是有偿的，而且还涉及知识产权和保密的问题。目前大多数高校所

?进行实践教学中的练习数据都来自于教师个人的积累，这种依靠个人收集的数据多数都涉及知识产权的问题和测绘资料的保密问题。另外由于各教师数据来源的差异，导致收集的数据种类单一，这极大地影响到数据的完整性和典型性。在教学中，又不可避免地会造成数据的外泄，这很容易引起知识产权的纠纷和相关地理数据的涉密问题。在高校或教研室收集制作一批具代表性的实验用数据的工作已迫在眉睫。而且随着时代的发展，数据也在不断更新。为满足遥感课程的实践教学，必须解决数据的来源以及所涉及的知识产权问题，从技术上解决好涉密问题。

3.缺少有针对性的实践教材

由于各个院校专业培养目标不同，课程设置的结构也各异，编写一部符合本院校专业培养方案的有针对性的实践教材是必要的。目前许多院校都编写了相关教材或实习讲议[2]，但这类教材因局限于各自的教学大纲而缺乏广泛适用性。为配合课程教学，需要编制一部适应本校专业教学大纲的有针对性的实验教材，如我院涉及地理信息科学、资源勘察、环境科学、水文水资源等专业，在对不同专业教学实践中，尚无一本能整合以上各专业的实践指导教材，而编写这样一部教材又必须有前述的典型数据的支撑。

二、对教学改革的几点建议

鉴于上述的情况，笔者提出以下几点认识以供参考。

1.合理分配课程学时

从目前总体的教学安排看，单独增加遥感课程教学学时不现实，在教学总学时不变的前提下，如何合理安排课程各章节以及实践教学学时，是较为现实的解决途径。

遥感课程涉及的知识面较广，为最大限度地发挥教学功能，提高单位学时的授课效率，需对课程教学内容作适度调整，这样在实验课程安排上，就要抓重点，针对不同专业学生设置不同的实验内容。如对于地理信息科学专业，实验重点更应侧重于各种基本的图像处理方法练习；对于土地资源管理专业实验重点则应是地表信息的提取方法的学习；而对于地质类专业学生，实验中要以图像的理解和借助地学思维分析地质体的空间特征为主要目的。这样在有限的实验课程中，对不同专业学生，实验的重点均各不相同。当然最基础的实验内容是每个专业学生需共同掌握的。实验主要内容归纳如表3。

表3 遥感课程实验内容一览表

整合某些理论教学与实践教学，把某些实践性较强的理论课放在实验室中进行，采用边讲解边操作演示，穿插学生动手的教学方法，兼顾理论教学与实践教学，这样可部分解决理论教学与实践教学学时矛盾。

2.精选一批典型教学数据完善教材编制

为了能系统的指导实验课程教学，组织精选

一批具代表性的不同背景和不同传感器的遥感数据，并以此组织编写一部针对性较强的适合我院各专业教学的较系统的实验指导教材,以完善遥感课程教学体系。

数据的选取必须解决知识产权的问题和资料保密问题。目前我国一些培训教材中，练习数据均选取的是国外数据，如在《ENVI影像处理专题与实践》[3]中，三个练习光盘所涉及数据均来源于国外。不利于培养学生对图像的理解，也给教师教学带来不便。这类数据对于数据处理练习尚可，但对于进一步的图像理解和解译、信息提取教学，显得抽象空洞。建议在教学资源投入中，适当安排一笔费用，系统收集实验数据，并从技术上解决好数据的知识产权和资料的保密问题，作为教学用资源。

知识产权涉及法律上的问题，可依据相关法律与遥感数据提供商共同协商设法解决，而数据的保密则可以采取一些技术的手段来解决。关于这方面具体的技术处理方法，可作为专门课题加以研究，国外的一些成功经验，可以借鉴。解决好数据的问题，则实验指导书的编写即可顺利进行。

根据笔者数年来的教学体会，遥感实验教材（指导书）基础部分需包含实验内容如表4所示。

表4 实验指导书主要内容一览表

综合应用练习，根据课程要求，由学生自行设计工作流程，完成一个综合性的作业。方向可以是图像处理方面，也可以是图像解译或信息提取。对于研究生，还可设置一些高级内容如反演操作，定量遥感等。甚至可以设置几个题目，由不同的小组分别完成。综合练习的题目和方式可以灵活多样，主要是通过练习达到培养学生从数据收集到成果编辑整个工作流程的操作练习。

总之，实践课程的目的是通过动手加深学生对理论知识的理解和学会基本的操作方法，学会独立思考并掌握遥感技术的基本工作流程。

3.改革课程考核方式

实践课的考核应采取灵活多样的能体现学生对技术的掌握程度的考核方法。尤其要更多地以综合测验的形式考查学生的独立思考、独立动手解决问题的能力。有人提出了兴趣驱动法的实践教学改革模式以及自主学习的教学模式，给人以较大启发[4-5]。能有效考核学生学习效果的考核方法有很多，如综合报告形式、分组合作形式、独立抽题解答形式等。其中选择一些典型地区的遥感数据，在辅以参考背景资料的前提下，让学生根据要求系统地完成数据的分析和处理、信息提取和成果制图，并写出综合实验报告，这样的考核方式最能体现学生对知识的掌握程度和教学效果。但这种方法必须要有较充足的实践教学学时的支撑和较系统的单项练习操作。因为综合报告要全面反映工作流程，其中一个环节没掌握将会影响其思维的完整；分组合作可培养学生团队合作的能力，充分发挥每个学生的各自优势，在协作中达到相互学习的目的，但也有可能造成一个小组仅由某一两个学生完成所有工作，不利于了解全体同学的实际水平；而独立抽题的考核方式可避免学生考核中互相抄袭的现象，但考核成绩具有随机性，不易全面考查学生对知识的掌握程度。

可见不同的考核方式各有利弊，具体采用哪种方式，应视教学内容和教学专业对象灵活选用。笔者倾向于综合报告的方式考核，在有条件的情况下，可考虑与相关生产和科研单位联合，针对具体的项目的解决对学生进行考核，这对于培养学生解决问题的能力是大有帮助的。

4.与相关专业课连接

遥感作为一门技术，必然要落实于具体的应用对象，要充分发挥这门技术的优势，不具备相关专业知识是不可想象的。在遥感课程授课中，尤其是实践课的授课中，应与各类专业课程进行连接。与遥感课程相关联的课程大致可分为两类，一类是遥感技术扩展的课程，另一类是遥感技术应用对象的相关课程。前者主要指与遥感密切相关的地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS），

它们通常被称为“3S”系统，由于几门学科存在交叉，在课程设置和前后安排上应做好协调，课程大纲（尤其是实习大纲）编写要互相顾及。如图像校正，其理论原理与GIS课程中的栅格数据校正是相同的，在实习安排上，应避免重复，可通过两门课的这类实习加深这方面理论的理解与掌握。在教学实践中，笔者利用遥感和地理信息系统两种软件交叉操作训练，使学生在这个方面知识的掌握较为牢固，相当一部分学生在毕业设计中基本上能较熟练应用。

与遥感应用相关的课程范围较广，涉及面也较大，面面俱到显然不现实，可以针对本院相关的专业进行跨专业连接。如在地质矿产、土地资源、环境、水文等学科中的应用，可以结合这些领域的具体科研、生产实例，与各专业教研室合作制作综合实验数据，设置实验专题，模拟生产科研实际应用，使学生较快掌握技术方法，培养解决实际问题的能力。这一方面需要授课教师具备相关的专业知识，另一方面，尚需在制订教学计划时统筹全院各相关课程的教学内容。在给资源勘察专业学生授课时，笔者尝试了用贵州省内已完成的区调成果图件（包括地理、地质数据）作为学生实习数据，做各种图像预处理和交互式解译练习，这使得实习内容不空洞抽象，学生通过实验课对相关操作印象较深刻。

三、结束语

遥感实践教学在遥感教学中有着举足轻重的作用，如何在有限的教学学时里，达到教学目的，需要在教学资源、学时安排和教学方法诸方面进行不断探索。针对目前教学中存在的问题，着力解决数据来源、数据知识产权和数据保密为重点的现实问题，制定一套合理的实践教学改革方案。教学中连接各相关学科内容，整合学院教学资源。是当前在有限的教学学时下，提高遥感实践教学质量的较有效途径。

[1] 田淑芳，邝生爱.浅析遥感地质学教学方法[J].中国地质教育， 2000，(3)：43-44.

[2] 徐永明.遥感实习课程独立设课的教学实践与思考[J].地理空间信息， 2011，(6)：146-147，157.

[3] 赵文吉，段福州，刘晓萌，等.ENVI遥感影像处理专题与实践[M].北京：中国环境科学出版社，2007.

[4] 李海英，彭红春.遥感与GIS教学改革探讨[J].淮海工学院学报（社会科学版）， 2011，(22)：87-89

[5] 徐元进.关于“资源遥感实验”课程教学中学生自主学习能力的研究[J].中国地质教育， 2010，(4)：79-82.

Title: Discussion on Practice Teaching Methods of Remote Sensing

Author(s): LIU Pei

remote sensing; practice teaching; teaching reform.

G642

1006-9372 （2014）01-0076-04

2013-11-20。

乌当地质教学实习基地数字化教学平台研究项目。