网络环境下的“微课堂”实验教学改革

2016-04-11王志勇于胜文

测绘通报 2016年2期

关键词：微课堂网络实验教学

王志勇，于胜文

(1. 山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛 266590; 2. 海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局

重点实验室，山东青岛 266590; 3. 山东省高校海洋测绘重点实验室(山东科技大学)，山东青岛 266590)

网络环境下的“微课堂”实验教学改革

王志勇1,2,3，于胜文1,2,3

(1. 山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛 266590; 2. 海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局

重点实验室，山东青岛 266590; 3. 山东省高校海洋测绘重点实验室(山东科技大学)，山东青岛 266590)

Reforming the Experimental Teaching Based on Microlecture under Network Environment

WANG Zhiyong,YU Shengwen

摘要：针对目前遥感科学与技术专业部分课程没有专门的实验教学、学生实践能力培养欠缺的问题，对实验教学模式进行了改革，提出了一种新的基于网络环境的“微课堂”实验教学模式。以“微波遥感”课程为例，构建了8个专题的“实验教学微课堂”及相关教学资源，实现了实验课的远程教学。通过改革，拓宽了学生的实践渠道和空间，提高了学生的创新思维和数据处理综合应用能力。

关键词：实验教学；网络；微课堂；微波遥感

遥感技术是20世纪初发展起来的一项对地观测新技术，已经在测绘、农业、林业、海洋、水文、地质等许多领域得到了广泛的应用[1]。为了适应社会发展的需求，近年来许多高校相继设立了遥感科学与技术专业，该专业是技术性和实践性很强的一个专业，需要设置大量的实验、实习等。各个高校在重视理论教学的同时，都在加大对实践教学的培养力度[2-4]，但由于总学时有限，部分专业课程的实验课学时偏少，甚至没有，实践教学的效果并不理想，学生的实践动手能力得不到很好的锻炼。

随着计算机技术、网络技术、多媒体技术的飞速发展，当前的信息时代对传统的教学模式也提出了新的挑战，如何充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性[2,4]，使学生在学习过程中真正成为信息加工的主体是新时期实验教学需要解决的一个难题。

本文主要以“微波遥感”课程实验教学为例，改革传统的教学方法、教学手段和教学模式，分析实践教学中存在的问题，提出具体的实验教学改革方案，构建全新的基于网络环境的“微课堂”实践教学方法，旨在提高学生的自学能力、综合分析能力、科学研究能力和创新能力。

一、微波遥感课程实践教学中存在的问题

微波遥感是遥感技术的一个重要分支，主要利用微波传感器接收地面各种地物反射或散射的微波信号，借以识别、分析地物，提取所需的信息[5]，微波遥感由于全天时、全天候等独特优势，在许多领域都得到了广泛应用[6]。目前国内多所高校开设了“微波遥感”课程[7]，但在“微波遥感”教学过程中，特别是实践教学中还存在一些急需解决的问题。

1. 学生缺乏专门的实验实践训练

“微波遥感”课程主要特点是基本概念多、知识点多、空间关系极为复杂[7]，为了更好地理解相关知识点，需要进行专门的实验训练，而缺少或缺乏专门的实践教学是目前微波遥感教学所面临的最大问题，致使学生的微波遥感数据处理能力较差，对相关理论知识的理解不够深入，不能灵活运用相关知识解决实际的问题。

2. 实验教学内容跟不上微波遥感技术的发展

最近10年微波遥感得到快速发展，微波遥感从数据获取、数据处理、应用领域等各个方面都得到了长足的发展，特别是数据源发生重大变化(如空间分辨率大幅提高、极化数据的出现)后，其数据处理、信息提取的方法发生变化，其应用领域也得到进一步拓宽。因此，亟须探讨适合于本科生培养的理论及实践教学体系，使之与当前的技术发展结合起来，并使实践环节与课堂理论教学紧密联系起来。

3. 欠缺对学生创新能力的培养

目前的教学大多还是灌输性的教学，学生仅仅学到的是一些独立的知识点，而不会综合运用这些知识来解决实际问题，学生的创新能力得不到很好的培养。大学教育应该把培养学生的创新能力和解决实际问题的能力作为出发点，“教”不仅仅是传授知识，更应该是培养学生能综合运用相关知识解决生产中的实际问题，特别是对于工科专业来说，重在“应用”，因此要培养学生的自主学习能力，培养学生综合运用所学知识分析问题、解决实际问题的能力。

4. 传统课堂教学模式存在一定的问题

学生在传统教学模式下只能被动地接收一些专业知识，不能融会贯通。在这种学习模式下，学生的学习缺乏主动性，特别是在业余时间这一问题更加突出。而在当今的信息时代、网络时代，学生更愿意通过网络、视频等资料进行自主学习，因此，需要变革当前的教学模式，特别是在业余时间，如何充分挖掘学生感兴趣的学习模式、拓展学生感兴趣的实验教学是需要解决的一个问题。

总之，“微波遥感”是一门实践性和应用性都很强的学科[7]，如何充分利用业余时间让学生自主完成微波遥感实践教学环节，构建一套学生能主动学习的、利于创新能力培养的实验教学就变得尤为关键。

二、基于网络环境下的“微课堂”的实验教学改革

1. 什么是“微课堂”

“微课堂”是以视频为主要载体记录教师在课堂教育教学过程中围绕某个知识点或教学环节而开展的教与学活动的全过程[8-9]。“微课堂”实际上是一个教学视频管理系统，它为教师和学生提供了一个互动的知识教学平台，承载内容丰富，包括多媒体教学课件、视频录像、实验操作过程、技术文档等。“微课堂”具有鲜明的特点，可以充分调动学生学习的兴趣，可以在实验教学中发挥更大的作用：

1) 教学时间短：“微课堂”的视频录制一般在10～15分钟，这区别于传统课堂教学(45～50分钟)，学生可以更好地集中精力进行学习，可以很好地提升学生的学习兴趣。

2) 教学内容少而精：“微课堂”是针对某一知识点或某一问题而设计的，其教学内容更加精简，便于学生对某一知识点或问题的掌握。

3) 学习便利，学习空间拓展：借助于网络环境，学生可以灵活方便地下载保存到终端设备(如电脑、手机、MP4等)，方便共享与传输；学生的学习不再局限在教室或课堂上，能充分利用学生的业余时间，可以随时随地地学习，极大地拓展了学生的学习空间。

2. “微课堂”实验教学资源的构建与实施

基于“微课堂”的特点，可以将“微课堂”与实验教学结合起来，构建适合于微波遥感实践教学的“微课堂”，实现信息化的远程实验教学，具体实验教学改革如下所述。

(1) 建立合适的微波遥感实践教学体系

“微波遥感”实验教学体系应该包括微波传感器的数据处理及应用，重点针对合成孔径雷达的成像机理、目视解译、几何定位、数据处理、信息提取、具体应用等几个方面进行总结分析，建立实践教学体系，并制定教学目标，编写实验教学大纲。

(2) 编制典型的实验项目及实验指导材料

根据建立的实践教学体系，构建有特色的实验教学项目，实验教学项目的建立需要考虑两个方面：一方面需要考虑基础性，能涵盖大部分的基本理论与数据处理方法；另一方面要突出微波遥感技术的最新发展及应用。表1列出了已建立的8个专题的“微波遥感”实验教学项目。

表1　8个专题的实验教学项目

在此基础上编写详细的实验教学指导材料，每个专题的实验指导材料主要包括：实验目的、基本原理、实验数据及实验环境介绍、数据处理流程、详细操作过程、实验结果及分析。

(3) 收集典型的实验数据，建立完备的微波遥感实验教学数据集

根据实验项目的需要，收集典型的实验数据集，实验数据集应该包括不同空间分辨率、不同极化方式、不同视角、不同传感器、多时相的星载SAR数据，并在说明文件中给出每个实验数据的详细说明与介绍。

(4) 构建特色鲜明的“微课堂”实验教学资源

根据实验项目的设置，借助于录屏软件(如Camtasia Studio、屏幕录像专家、录屏大师等)分别录制每个专题的实验操作的详细过程，并采用Adobe Premiere软件进行后期的编辑，形成一系列的录像文件(时间控制在15 min左右)，与实验指导材料、多媒体课件、实验数据等一起组成“微课堂”实验教学资源。

3. 基于网络环境的“微课堂”实验教学组织与实施

(1) 教学资源共享与发布

借助于学校的资源共享平台，可以将“微课堂”实验教学资源进行发布与共享，学生可以方便下载学习，进而可以在课下实现自主学习，完成相关的实验任务。另外，由于雷达数据一般都非常大，需要解决大数据的共享与快速下载问题，针对这一问题，可以借助于百度云盘、360云盘等专用软件进行资源的共享与发布，可实现快速下载，并且可实现向特定用户的私密共享，保证了实验数据及资源的相对安全。学生下载相关学习资源后，可以通过浏览实验指导材料、多媒体课件，观看视频材料等，对实验基本原理、操作过程、注意事项等有一个认识，然后再基于相关的软件环境独立完成相关数据的处理，提取感兴趣的信息，完成实验规定的相关内容，并对实验结果进行分析与总结。

(2) 实践创新能力的培养模式

根据学生的不同情况，对实验项目进行了分类设置，主要分为必做项目和选做项目，学生需要首先完成最基本的必做项目的实验，从而具备基本的微波遥感数据处理与分析的能力，在此基础上，可以进行选做项目的实验，以增强学生的创新能力及科研能力；另外，为了防止学生仅仅是照搬视频教程对实验数据“走”一遍的问题，对实验数据进行了专门设置，主要分为样例数据和真实雷达数据，样例数据是视频中采用的数据，学生在实验操作过程中如果出现问题，可以借助于样例数据查找问题；而真实数据是视频中未出现的数据，学生需要独立思考后才能完成数据的处理，这样能避免学生照搬照做，可以更好地培养学生独立思考及解决实际问题的能力。这样，通过必做项目+选做项目及样例数据+真实数据的培养模式，可以有效地提高学生的实践动手能力，更好地培养学生的独立思考能力、创新能力。

三、结束语

本文针对遥感科学与技术专业的实践教学存在的问题，对实验教学的教学内容、教学方法、教学手段和教学模式进行了改革，给出了具体的改革方案，提出了一种全新的基于网络环境的“微课堂”的实验教学模式。以“微波遥感”课程为例，构建了8个专题的“微课堂”实验教学资源(实验指导材料、多媒体课件、实验操作视频、雷达数据集等)。实践证明，基于“微课堂”实验教学模式弥补了当前“微波遥感”课程缺少或缺乏实践教学的问题，拓展了实验教学的空间和实践渠道，可以有效激发学生的学习兴趣，提高学生的实践动手能力和创新研究能力，最终提高微波遥感课程的教学质量。

本文的研究成果具有很高的推广价值，可以推广到相关院校的“微波遥感”实验课程的教学，特别是实验教学体系的建立、实验项目的设置、实验指导材料的编写、“微课堂”实验教学资源的构建，可以作为相关专业本科生和研究生的实验教学使用，也可以供其他科技人员参考。另外，对于以计算机操作为主的专业课实验，本文构建的基于网络环境的“微课堂”实验教学同样适用。

参考文献：

[1]李小文. 遥感原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2008.

[2]张安定，衣华鹏，崔青春. 《遥感原理》研究性教学的探索与实践[J].测绘通报，2005(12):59-61.

[3]王坚，孟祥超，高井祥. 测绘课程多元化创新教学基本问题研究[J].测绘通报，2012(5):104-107.

[4]林卉，赵长胜，王坚，等. 以创新为主线，深化测绘人才培养方案改革[J].测绘通报，2013(3): 109-111.

[5]舒宁.微波遥感原理[M]. 武汉：武汉测绘科技大学出版社,2000.

[6]WOODHOUSE I H. Introduction to Microwave Remote Sensing[M]. [S.l.]：CRC Press,2004.

[7]王志勇.《微波遥感》课程教学改革与思考[J] .遥感信息，2011(3): 94-97.

[8]胡铁生.“微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J] .电化教育研究，2011(10): 61-65.

[9]李龙．论“微型学习”的设计与实施[J]．电化教育研究，2014(2): 74-83.

[10]杨军，马大喜，肖海平. 学习者视角下的测绘专业教学改革刍议[J]. 测绘通报，2014(8): 125-127.

中图分类号：G64