浅谈《遥感原理与应用》实验课程本科生教学方法

蔡宏

【摘 要】本文针对遥感原理与应用课程的特点、笔者总结了在多年教学过程中特别是实验教学中存在的问题，并针对这些这些问题在教学方法和提高教学质量方面进行深入思考和探索。提出在课程安排上，理论课程与实验课程应交替安排，内容同步进行；实验设置上，验证型实验与提高综合型实验及研究设计型实验相结合，遥感实验还应与GIS（地理信息系统）和Photoshop相结合；实验教学过程中，引导学生边做实验边对比和总结，且用自己能看懂和理解的形式、符号，制作属于自己的软件操作手册。

【关键词】遥感原理与应用；实验课程；本科生教学

【Abstract】Aiming to characteristics of principle and application of remote sensing courses and my own experiences in the teaching process as well as the problems of the college students in the previous studying， the author conducted in-depth thinking focused on teaching curricula and useful exploration of teaching methods. This paper proposed that： the theory course and laboratory course must be alternately arranged and the content need to go hand-in-hand； as setting experiment， the verification experiment must be combined with the comprehensive improving experiment and researching design experiment， the RS experiment should also combine with GIS and Photoshop； in the experiment teaching process， the teacher must guide the students to compare and summarize during the experimenting， and the students should make their own software manual with the form and symbol that they could understand.

【Key words】Principle and application of remote sensing； Laboratory course； Undergraduate teaching

遥感是根据地物电磁波理论发展起来的远距离探测技术，是艺术与科学的结合[1]。地球信息系统数据库中有许多重要的生物物理信息、土地利用/土地覆被信息、社会经济信息都来自于对遥感数据的分析和提取。作为一种高效、经济、实用的数据源，遥感已广泛的应用于地质、矿产、环境、农林、气象、测绘及其他多领域。《遥感原理与应用》课程是目前很多高校相关专业学生了解和掌握遥感技术的首选和基本课程。而这门课程当中包含着严谨的物理学原理和数学理论，理论性强、概念抽象，学生学习起来觉得较枯燥、学习难度大、学习效果不好。因此本文结合多年的教学认识和体会，总结存在的问题并提出改进方法。

1 遥感原理与应用课程的特点

遥感原理与应用课程是一门应用性很强的工具型学科，该课程的教学目的在于使学生掌握遥感技术的基本理论知识、常用遥感数据的特征和应用、信息提取方法等，并能在实践中运用所学知识，解决实际问题，适应科学技术发展的需要[2]。要达到这个目的就要求学生除了具备光谱物理、高等数学、计算机、测量学等基础知识，同时还要了解土地、地质、资源、环境、城市等多领域知识，才能准确恰当的提取出适用信息。作为一种多学科交叉的实践性科学，还需要加强实验教学，充分重视实验教学环节的教学效果，通过实验课程使学生掌握基本遥感图像处理方法、理解为什么能用遥感图像判别地球表面物体的属性及其运动状态、掌握地物电磁波谱基本特征、了解遥感技术的一般应用。

2 传统实验教学中存在的问题

本文作者在多年来该课程的教学，特别是实验教学中，总结了如下问题：

2.1 学生在软件操作时与理论课上讲授的相关方法原理无法衔接

很多学校处于对教室和机房安排的便利性考虑，多是将理论课和实验课分开安排，先上理论课，待理论课程全部结束后，再统一到机房上实验课。这样安排的弊端是学生在操作软件时与理论课上讲授的相关方法原理无法衔接。分析其原因，其一是由于时间间隔太长，实验课上机时已经忘记了理论课教授的具体算法和原理；其二是由于常用遥感图像处理软件将各种算法都集成在的后台运行，操作时只是点一下某一命令项，而对运算方程和过程并不可见，这导致学生不易将命令项与理论方程联系起来。

2.2 虽然经过实验课程的学习，但学生对各部分内容掌握较孤立，无法自己解决实际问题，导致在做毕业论文或面对课题时不知如何下手

实验课程中由于受到实验数据和实验时间的限制，很多实验都是验证性实验，这类实验通常是孤立的完成一个具体操作环节，而综合性实验和研究性实验较少。这样导致学生对各部分内容的掌握较为孤立，没有一个解决实际问题的系统的、宏观的视角和思路。

2.3 打开实验指导书按部就班照着做，合上书本就不会做。对于不同的参数按钮起什么作用、做出什么样的效果一头雾水

实验课程中很多学生都是按照实验指导书的步骤，照着做出结果并完成实验报告，缺乏思考和总结。搞不清楚什么参数该用于什么情况下，某些选项选择与否对结果会产生怎样的影响。这样造成的结果是，学生对软件操作和运算原理一知半解，貌似能做出一个结果，但却无法保证自己做出结果的精确性和准确度。

3 改进的教学方法

3.1 理论课程与实验课程交替安排，内容同步进行

在讲授理论课的同时就要引入软件示范，以典型地物光谱曲线为例，例如在讲到植被的光谱特征时，同时在ERDAS中或者ENVI中，联动显示健康植被的影像特征和光谱曲线。又如在讲述投影时，可在软件中同步演示坐标系统和投影的设置，及坐标系统的自定义方法，这样将有助于将抽象概念具象化，帮助学生对抽象概念进一步深入了解。又如，在讲述各种图像增强算法的原理时，可在软件上对一具体实例数据进行同步演示操作，可让学生直观感受到各种不同原理的算法在提取不同类信息上的优劣。

3.2 验证型实验与提高综合型实验及研究设计型实验相结合

遥感实验的设置基本上是按照对图像处理的流程，每个实验都是解决一个单独环节问题的验证性实验，如几何校正、图像增强、监督/非监督分类等；综合合性实验是几个单独环节的综合应用，如图像预处理综合实验，它包含了大气校正、几何精校正、拼接裁剪；而研究性实验，是针对一个具体的实例，引导学生从数据源的选择、数据的导入、到辐射校正、几何校正/配准、再到研究区域的裁剪或拼接、分类提取、最后统计相关信息并出图。例如我设置的一个研究性实验“某地区10年来生态环境变化遥感调查”，首先通过提问回答的形式引导学生自己思考，确定工作流程并画出技术路线图。先明确要做成多大比例尺的成果图件，确定数据源、轨道号及研究区涉及到几景影像，查询并下载符合时间跨度、云覆盖较少、质量好、将近在同一季节成像的研究区遥感影像数据；再将数据导入，分别进行大气校正、几何精校正、不同时相间的严格配准、及两景数据间的无缝拼接和研究区范围裁剪；然后分别提取两个时相的植被覆盖度（指数运算）、水体和土地利用分类；再作遥感变化检测并进行变化情况统计；最后制作图件。在整个过程中鼓励同学之间相互讨论和对老师提问，经过这个过程的训练，当学生面临一个实际课题或问题时才知道该如何下手。故在实验设置时中应将验证型实验与提高综合型实验及研究设计型实验相搭配、相结合对提高教学效果有很大帮助。

3.3 引导学生边做实验边对比和总结，且用自己能看懂和理解的形式、符号，制作属于自己的软件操作手册

在实验课中讲述每种参数的不同用途，并鼓励学生尝试用每种不同参数做出不同结果，引导学生自己进行比较，通过反复实践和查阅文献，总结出不同算法的适用范围和适用情况，并在实验报告中予以体现。在反复的操作实践中引导学生边做实验边对比和总结，且用自己能看懂和理解的形式、符号，制作属于自己的软件操作手册。在这个比较和总结的过程中，首先加深了对遥感图像处理软件操作和计算原理的理解；其次，学生们通过反复实践和比较，总结了各实验中不同参数的适用情况，这样可有效保证所做结果的精确度和有效性。

3.4 遥感实验还应与GIS和Photoshop相结合

遥感是高效可靠的数据获取手段，而GIS作为强大的存储、管理和空间分析平台，成为遥感的合理延伸，实际应用中他们无时不刻的紧密结合在一起。例如，做流域尺度的研究，首先就要确定准确的流域边界，GIS中通过DEM和水文分析可较为准确的提取到流域边界。在遥感实验中可以设置一些综合性实验，引导学生体会遥感类软件和GIS类软件的不同侧重点，并在解决实际问题的不同阶段将他们组合应用起来。

Photoshop是一种国际通用的图像处理工具，在遥感影像图像处理过程中，其可以作为常用遥感图像处理软件的有效补充，其操作简便、图像处理工具齐全、处理效果好，特别有助于提高影像的目视解译和出图效果，在遥感影像的色阶调整、色彩匹配和色彩平衡方面，已被广泛应用；另外，对于一些要求不高的栅格底图拼接、校正、及格式转换方面，它比遥感图像处理软件更高效、便捷、直观。故在遥感实验当中，有必要设计与Photoshop软件结合的综合实验。

4 结语

遥感原理与应用实验课程定位在学生的专业技能培养和实际操作训练上。教学内容和方法上应该强调概念与实践并重，实现理论与应用相结合，达到学以致用的教学效果。本文对多年在该课程教学过程中发现的问题进行总结，并具体针对该课程的实验课，就如何提高学习效果，培养具有较强动手能力和综合能力的专业人才，行了深入思考和探索并提出了几点有效的教学改进方法。

【参考文献】

[1]梅安新，等.遥感导论[M].高等教育出版社，2001.

[2]孙家柄.遥感原理与应用（附彩图）[M].武汉大学出版社，2003.

[3]卢晓峰，刘春国.《遥感原理与应用》教学方法的探讨[J].地理空间信息，2011，9（4）：162-164.

[4]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[J].信息系统工程，2013，6（20）：157-160.

[5]李政涛.从教学方法到教学方法论[J].教育理论与实践，2008，38（11）：32-36.

[责任编辑：杨玉洁]