环境科学专业中遥感课程教改实践与探索

周 峰 吕慧华

盐城工学院环境科学与工程学院 江苏盐城 224051

环境科学专业中遥感课程教改实践与探索

周 峰 吕慧华

盐城工学院环境科学与工程学院 江苏盐城 224051

针对环境科学专业培养目标和遥感技术自身的特点，从优化教学内容、改革教学方法和培养实践创新能力等方面总结和探索遥感课程在环境科学专业中的教改新思路，认为应侧重构建课堂教学与科研、野外实践教学相结合的教学模式，采用遥感专业软件实验教学辅助多媒体的教学方法，旨在增强学生掌握利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力，为高等院校环境科学专业学生遥感技能培养提供借鉴和参考。

环境科学；遥感；教学改革；实践创新

随着人类活动的加剧，环境问题日趋严峻。卫星遥感技术（Remote Sensing）是20世纪60年代发展起来的一种地球探测手段，其可快速地监测与跟踪地表动态变化信息，因而在资源普查和环境监测等方面具有广泛的应用。［1，2］

因此各高校的环境科学本科专业多将遥感课程作为一门必修课列入了教学大纲，该课程侧重培养学生掌握遥感基础知识，以及利用遥感技术解决实际环境问题的能力。多数院校环境科学专业自建设以来就注重遥感课程的讲授，但教学模式存在着重理论轻实践和实践教学模式呆板等问题，制约了学生遥感应用能力的提高。如何结合环境科学的专业特点和人才培养目标，切实提升利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力，仍是本课程教学中需要深思的问题。

本文结合环境科学专业遥感课程的授课情况和教学实践，从现行教学过程存在的问题出发，将遥感课程教学与环境科学人才需求有机结合起来，从优化教学内容和改革教学方法等方面对该课程教学进行探索和总结，旨在提高学生利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力。

1 教学内容的选取

1.1 教材和目标定位

要使教学内容合理，首先要选取一本合适的教材。［3，4］不同的教材各有特色，侧重点亦有所差异，有的注重理论方法，有的偏重实际应用。环境科学专业的遥感课程注重培养学生利用遥感技术对环境问题进行监测、分析和管理的能力，因此本课程适宜选取侧重于应用的教材，如参编教材为陈述彭的《遥感地学分析》和赵英时主编的《遥感应用分析原理与方法》等。同时在专业软件选取上考虑到界面易用，开发灵活性等特点，可选取ENVI遥感图像处理软件进行实例教学。

遥感课程本身内容较多，针对环境科学专业的本科学生，在学时有限的条件下，需缩短遥感基础理论的讲授，同时适当扩大遥感实验和应用的教学环节。在教学过程中侧重理论联系实际，将教学内容划分为理论部分和实践部分：其中理论部分主要包括电磁波、传感器及成像原理、遥感图像的存储等内容，实践教学内容以“影像获取-预处理-分类及后处理-应用”为主线，重点讲授常用遥感数据（TM，MODIS，ALOS和SPOT）的获取方式，预处理方法（辐射校正、地形校正和几何校正）、分类方法（监督和非监督分类、面向对象分类、决策树分类和神经网络分类）以及精度评价和重编码等后处理过程，最后则以江苏沿海开发为背景，围绕土地利用变化分析、滩涂生态环境评价、水环境和大气监测等主题进行应用实例教学，重在提高学生利用遥感技术解决实际环境问题的兴趣和能力。

1.2 教学内容更新

遥感技术的发展使得知识更新速度很快，新理论、新方法和新的研究领域不断出现，用人单位对学生的实践能力的需求也不断增强。［5，6］因此在整个教学过程中还需不断对现有教材内容更新，让学生掌握遥感技术的最新动态，尤其是遥感技术在环境科学中的最新应用领域，以弥补现有教材内容的滞后性。

在教学过程中可依托现有科研项目对教学内容进行整合和优化，将自己从事科研项目过程中了解的国内外研究现状以及存在的问题进行补充讲授，比如笔者曾从事过遥感技术在区域蒸散发估算、土地利用覆盖变化以及水环境监测等应用相关的科研项目，在教学过程中就可以结合该项目进行典型案例分析，同时将本学科的发展趋势与学生一起讨论，从而激发学生的学习兴趣。

教学内容完善上还需整合对本学科技术形成和发展具有重要意义的期刊资料（如环境科学、生态学报、地理学报和"Remote Sensing of Environment"等杂志），渗透到课程建设之中，不断充实教学内容，使教学内容具有前瞻性。考虑到环境科学专业的学生由于缺少地理学、地图学和程序设计等知识结构，往往会反感复杂的遥感理论知识，缺少主观能动性，可围绕遥感技术开展课程群建设，加强本课程与环境信息系统、环境影响评价等课程之间的联系，从而增强学生利用跨学科技术手段解决实际问题的能力。

2 教学手段和方法的创新

2.1 专业软件辅助多媒体教学

遥感课程包含大量的遥感图像信息，因此目前普遍使用PPT教学方式。为了增加学生对遥感理论方法的掌握，有必要在课堂上增加以实验数据为主的遥感软件演示教学。通过遥感软件可以将理论及方法用图形和图像的形式直观再现，激发学生学习兴趣，提高应用先进的遥感技术的能力。

同时在教学过程还需设计一些综合软件训练科目。比如笔者在实际教学过程中设计了类似《滩涂资源与环境监测》的综合实验，拓展了遥感技术与地理信息系统（Arcgis）和计算机辅助制图（AutoCAD）等地学处理软件之间的数据共享操作，在增强学生环境数据处理方面的综合实践能力方面取得了较好的反响。

2.2 网络和启发式教学手段

遥感课程理论抽象，应用性比较强，在教学过程中，宜采用启发式教学方式［3］，让学生独立思考，引导学生去发现和解决实际的问题。比如在讲解植被的光谱特征时，可以基于全色图像、多光谱等各种常用的卫星遥感数据，形象和直观呈现不同的植被类型、不同的植被生长阶段和状况在遥感样片上的差异，增强学生对“同物异谱”和“同谱异物”规律等遥感知识的理解和掌握，充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。

同时还可利用 Google Earth软件，USGS和地理空间云数据等平台免费浏览全球各地分辨率相对较高卫星图片，作为遥感教学影像资料，或用作科研数据。建立和完善实验数据库，依托现有的科研项目和实验平台，购置SPOT，MODIS和TM等多类型遥感数据和行政矢量地图。通过Internet网络，师生共同交流和关注遥感最新事件和日益严重环境问题，如高分卫星的发射、城市雾霾和水污染事件，引导学生利用现有环境问题解决实际的环境问题。

3 实践创新能力的培养

实践教学环节对培养学生的创新思维和科研能力具有重要的作用，环境科学专业作为非遥感专业开设遥感课程，其技能要求为应用型，理论联系实践显得尤为重要。

在实践教学上可以以基础理论、基本方法和基本操作为基础，构建分层次的能力训练模式，初期可以安排一些主流遥感数据搜集与处理基础方法的介绍；中期安排一些专业软件应用课题；后期通过科研项目培养创新能力。实践能力培养还需改革传统以卷面成绩为主的考试制度，注重多元化的考核方法，增加理论环节课堂提问、讨论等考核，以及实践环节的软件操作和科研能力考核，以考试促教学，切实提高学生实践创新的主动性。

3.1 增强课堂练习和野外实习环节

通过课堂练习和野外实习，使学生更好地理解和掌握遥感的基本概念，基本原理和基本方法，熟悉遥感专业软件的基本操作，增强对不同地物的光谱差异的正确认识。

课堂练习环节主要以示范性和验证性为主，学生可通过操作实例增强对理论知识的理解。例如在讲授遥感影像的几何配准过程中，结合试验指导书和软件操作，以图形的方式呈现控制点数目和位置变化对图像纠正效果的影响，增强对几何校正影响因素的理解。

野外实习设计主要包括遥感影像数据的准备和预处理、解译标志的建立和野外考察路线的设计等环节。通过野外实习，加深对图像目视和计算机自动分类原理和过程等教学内容的认识。野外实习适宜以学校周边的多光谱影像为例，也可结合区域特色，如在盐城工学院的教学实践过程中，考虑到沿海大开发形势下，采用了沿海滩涂资源开发和保护为实践背景材料，通过实验区的实地考察，使学生掌握假彩色合成图像和地物的识别特征等遥感基础理论知识，同时通过野外实习教学也可进一步引导学生利用遥感技术对滩涂生态环境问题进行检测和分析。

3.2 专业软件开发能力培养

在遥感教学中，专业软件开发能力也是实践创新教学的重要内容。ENVI是由遥感领域的科学家采用IDL（Interface Description Language）开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件［7］，因此在利用ENVI软件进行实验教学过程中，可以增加利用IDL演示实例丰富教学内容，例如进行遥感影像融合效果评价的过程中，可让学生掌握IDL的学习方法，并学会编写IDL命令调用ENVI函数，进行数据的读取，熵值的计算和融合效果的评价。既可以提高学生的编程能力，又可更好的理解操作的本质，提高学生的专业软件开发能力。

3.3 鼓励学生从事科研活动

课堂练习通常是严格按照实验指导操作，相对缺少创新性，因此还需要通过科研项目的锻炼，进一步强化学生运用专业知识和遥感技术解决实际问题的能力。科研活动主要以遥感兴趣小组、大学生创新项目和导师科研项目为主要形式。

遥感兴趣小组依据应用领域的不同进行组建，如组建滩涂植被组、水体污染检测组以及大气污染检测组等，考核任务下达后，各小组之间共同完成数据资料的查找、分析和结果输出等工作，最后以小组为单位进行评分和总结。学生在完成专题任务中不仅增强综合分析问题和表达能力，同时也熟悉了基本的科研方法和过程，激发了学生自主探索的热情。

此外，在遥感应用小组的基础上，鼓励学生申报大学生创新项目（SRT）和撰写学术论文，同时吸引学生参与老师的科研活动，鼓励学生发表高质量遥感教学论文将学生的毕业论文尽可能与科研课题相结合，通过毕业论文团队建设提高学生毕业论文的深度和广度。

4 结束语

随着环境问题的不断出现和遥感技术的不断发展，环境科学专业对遥感教学提出了更高的要求。本文针对环境科学专业开设遥感课程的特色需求，将遥感课程教学与环境科学的人才需求有机结合起来，认为在环境科学专业中的遥感课程教学过程中，应侧重于遥感应用能力的提高，在教学方法上应综合专业软件示范教学和多媒体教学方法，并通过课堂练习、野外实习和科研项目训练巩固遥感课程的理论知识，熟练掌握利用遥感技术解决实际环境问题从而培养学生的创新能力。

虽然本文针对环境科学专业的遥感课程教学改革进行了探索与实践，学生在新获省级以上创新项目和优秀毕业论文等方面均得到了提升，但诸如围绕以遥感课程的课程群建设、专业实践教材以及教改成效的量化评价等方面仍需要进一步的探讨，以期满足环境遥感应用型创新人才培养需求。

［1］奚秀梅，贺凌云.遥感课程实验教学改革与设计［J］.黑龙江生态工程职业学院学报，2010， 23（3）：110-111.

［2］王庆，魏薇，陈华军.地理信息系统专业遥感课程的教学改革探讨［J］.长江大学学报：自然科学版，2009，6（3）：320-321.

［3］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［J］.中国现代教育装备，2011（11）：112-114.

［4］张彦丽，李泽湖.资环专业《遥感》课程创新教学探索［J］.地理空间信息，2014，12（3）：169-171.

［5］徐丽华，谢德体，刘秀华.以社会需求为目标，提高学生的就业能力—遥感课程教学改革探索与实践［J］.西南师范大学学报：自然科学版，2011，36（2）：220-223.

［6］张飞，丁建丽，买买提.地理信息系统专业遥感课程建设中的教学与科研互动关系探析［J］.高等教育研究学报，2011，34（2）：69-71.

［7］买买提，沙吾提，丁建丽.IDL在数字图像处理课程教学中的应用［J］.中国信息技术教育，2012（7）：130-132.

Teaching Reform of Remote Sensing Course on Environmental Science Major

Zhou Feng， Lv Huihua
Yancheng Institute of Technology， Yancheng， 224051， China

Base on the analysis of specialty training goals of environmental science and the remote sensing technology characteristics， the course reform is discussed from the aspect of teaching contents， teaching methods and practice innovation ability training， it suggests to adopt aggregative teaching form which combined classroom teaching， scientifc research and feld practice teaching， and add professional software teaching to assist multimedia teaching methods， the goal of the reform is to enhance the student's innovation ability to solve practical environmental problems by remote sensing technology， and provide for reference for the relevant college of environmental science development.

environmental science； remote sensing； teaching reform； practice innovation

2015-03-16

周峰，博士，讲师。