陳 健，趙巧華

（南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院，江蘇南京 210044）

“定量遙感”課程教學(xué)與實(shí)踐改革

陳 健，趙巧華

（南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院，江蘇南京 210044）

根據(jù)遙感專業(yè)發(fā)展特點(diǎn)及高校學(xué)生具體情況，在分析了“定量遙感”課程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，確定了該課程的教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容。針對該課程教學(xué)與實(shí)踐中的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了總結(jié)與探討，使該課程能夠適應(yīng)我國遙感科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要。

“定量遙感”課程；多媒體；啟發(fā)式教學(xué)；項(xiàng)目式教學(xué)

遙感是當(dāng)代空間信息科學(xué)的核心技術(shù)之一，作為信息獲取與信息更新重要的技術(shù)手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于政府的各個(gè)部門以及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的眾多行業(yè)之中，并在新興起的全球性的“數(shù)字地球”計(jì)劃中占有重要的地位。與遙感衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)的能力相比，遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)、定量化處理乃至對遙感數(shù)據(jù)信息的理解能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，因此定量遙感已經(jīng)逐漸成為遙感科學(xué)發(fā)展的主要方向[1]。為適應(yīng)遙感科學(xué)的發(fā)展，南京信息工程大學(xué)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自2006年開始連續(xù)5年開設(shè)了“定量遙感”課程。根據(jù)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系和專業(yè)特色，遙感學(xué)院曾多次組織有關(guān)專家和骨干教師，在參考兄弟院校課程設(shè)置的基礎(chǔ)上，針對教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行過多次討論，確定了“定量遙感”在整個(gè)課程體系中的地位。但是定量遙感涉及范圍廣泛、內(nèi)容眾多，并且隨著遙感科學(xué)的發(fā)展，部分研究內(nèi)容更新很快，如何選取適合本科教學(xué)的課程內(nèi)容，制定合理的教學(xué)方法仍存在較多的問題。在多年的教學(xué)活動(dòng)基礎(chǔ)上，筆者針對定量遙感課程的教學(xué)與實(shí)踐改革進(jìn)行了初步的探討，得到了一些有益的規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)。

1“定量遙感”課程現(xiàn)狀分析

在我國，遙感學(xué)科發(fā)展速度非?？臁ｋS著社會(huì)對遙感人才需求的增大，許多高校如武漢大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、山東科技大學(xué)、長安大學(xué)等都開設(shè)了“遙感科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，同時(shí)許多一級(jí)學(xué)科（如地學(xué)）中也設(shè)立了遙感相關(guān)的二級(jí)學(xué)科。遙感專業(yè)作為一個(gè)新興的專業(yè)，其課程體系設(shè)置仍然存在不完善的問題?！岸窟b感”課程作為遙感專業(yè)的重要專業(yè)必修課，其教學(xué)內(nèi)容和方法的改革研究也越來越受到重視。

定量遙感研究涉及的內(nèi)容非常廣泛，如可見光與近紅外、熱紅外、微波等不同電磁波段的定量遙感；如輻射定標(biāo)、大氣校正、定量遙感建模與反演、尺度問題、真實(shí)性檢驗(yàn)、不確定性等基本理論和方法；在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，定量遙感也有各自的研究特色。目前有關(guān)定量遙感的專著已經(jīng)比較多，比如《定量遙感》、《遙感物理》、《遙感應(yīng)用分析原理與方法》等[2-4]，這些論著均在某方面反映了定量遙感的主要內(nèi)容與發(fā)展現(xiàn)狀，但是作為本科生教材則存在內(nèi)容過多過深，過于注重應(yīng)用或機(jī)理研究的問題。

由于定量遙感缺乏合適的教材，并且內(nèi)容過多，如何選擇講授內(nèi)容成為該課程開設(shè)的關(guān)鍵。北京師范大學(xué)地理與遙感學(xué)院主要圍繞可見光-近紅外波段遙感反射模型，熱紅外波段遙感模型，遙感反演模型和地表參數(shù)的反演方法，地表參數(shù)的定量遙感實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用等方面進(jìn)行講授。北京大學(xué)自 2004年連續(xù)舉辦了 7期“定量遙感”的暑期精品課程班，邀請國內(nèi)外著名專家以講座的形式進(jìn)行講授，講座內(nèi)容主要圍繞定量遙感中的關(guān)鍵問題和專家近些年所進(jìn)行的科研工作。中國科學(xué)院遙感所開設(shè)課程為“遙感物理”，主要也是講授定量遙感的內(nèi)容，側(cè)重于定量遙感的物理基礎(chǔ)。以上課程或是主要面向研究生講授，或以講座的形式進(jìn)行，針對遙感專業(yè)本科生來講，還存在教學(xué)內(nèi)容過深、教學(xué)目標(biāo)差別較大的現(xiàn)象。

綜上所述，“定量遙感”課程存在著涉及內(nèi)容眾多、各學(xué)校課程內(nèi)容不一致、沒有合適教材等諸多問題，容易產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容廣而不深的現(xiàn)象。作為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，“定量遙感”課程仍然存在著課程體系不夠完善，教學(xué)內(nèi)容不夠穩(wěn)定等問題，不能充分滿足專業(yè)人才的培養(yǎng)和社會(huì)的需求。因此，開展“定量遙感”課程教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容改革，對提高我校遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)水平具有重要意義。

2 教材大綱的制定和教學(xué)內(nèi)容的確定

“定量遙感”是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的必修課程。本課程的主要目的是使學(xué)生掌握遙感定量模型的建立和地表參數(shù)的遙感反演方法，并且了解定量遙感中存在的各種問題。通過這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握定量遙感的理論、方法及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上，了解遙感領(lǐng)域最新的應(yīng)用和熱點(diǎn)前沿。同時(shí)通過實(shí)習(xí)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的全面動(dòng)手操作能力和綜合運(yùn)用定量遙感知識(shí)來分析問題解決問題的能力，為學(xué)生以后繼續(xù)深造和到相關(guān)部門工作打好專業(yè)基礎(chǔ)。

本課程共48課時(shí)，其中理論課36課時(shí)，實(shí)習(xí)課12課時(shí)。課時(shí)有限而教學(xué)內(nèi)容多，因此在教學(xué)中不可能面面俱到，必須針對本科專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)與課程的接續(xù)情況進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的選擇與凝練。因此在教學(xué)模塊確定后，應(yīng)對講授內(nèi)容作必要的取舍，原則是：注重理論與應(yīng)用的結(jié)合；基礎(chǔ)知識(shí)與前沿技術(shù)兼顧。

該課程講授的主要內(nèi)容有：定量遙感中的基礎(chǔ)理論與知識(shí)，如定量遙感概論、輻射定標(biāo)、大氣校正、定量遙感建模、模型反演等；制約定量遙感發(fā)展的關(guān)鍵問題，如尺度問題、真實(shí)性檢驗(yàn)、不確定性、同化等。由于定量遙感發(fā)展仍未成熟，在講授基本理論時(shí)，可著重選擇較成熟的植被定量遙感進(jìn)行，并在大量實(shí)例中介紹定量遙感的前沿知識(shí)。實(shí)習(xí)課主要包括大氣校正、定量遙感建模和地表參數(shù)反演 3個(gè)內(nèi)容，緊密圍繞定量遙感的核心內(nèi)容展開。

根據(jù)以上確定的教學(xué)內(nèi)容，以及上面對定量遙感教材與專著的分析，本課程沒有指定教材。但考慮到作為本科專業(yè)的必修課，缺乏教材可能會(huì)在一定程度上影響教學(xué)效果，因此在以往的課程中，筆者在課前將所有課件打印出來，學(xué)生可事先進(jìn)行預(yù)習(xí)，彌補(bǔ)沒有教材的缺點(diǎn)；并且，在接下來的教學(xué)中，計(jì)劃編寫適合本專業(yè)的定量遙感課程講義，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)方法的改革

教學(xué)內(nèi)容確定后，如何使其在授課過程中能被學(xué)生接受，很大程度上取決于教學(xué)方法，因此采用適合的教學(xué)方法是完成教學(xué)任務(wù)、提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用新的成熟的教育理論和先進(jìn)的教學(xué)手段，是提高教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要途徑，也是教學(xué)改革的重要內(nèi)容。在本課程的教學(xué)中，采用了以下教學(xué)方法與教學(xué)手段。

3.1 傳統(tǒng)講授與多媒體教學(xué)結(jié)合

講授教學(xué)中教師能充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，把握教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在較短的時(shí)間內(nèi)有計(jì)劃、有目的地傳授給學(xué)生較多的知識(shí)內(nèi)容，較快達(dá)到教學(xué)目的。多媒體教學(xué)法具有信息容量大、表現(xiàn)形式多種多樣、圖文并茂、聲像并舉、動(dòng)靜結(jié)合、直觀明了等優(yōu)點(diǎn)，能激發(fā)學(xué)生興趣、提高效率等優(yōu)勢與功能，是一種不可多得的現(xiàn)代化教學(xué)方法。定量遙感課程理論性、邏輯性較強(qiáng)，如果一味地由教師講授，學(xué)生很容易失去興趣，注意力分散，但單純依靠多媒體，則學(xué)生容易過于依賴多媒體，缺乏主動(dòng)的思考，而最終影響對教學(xué)內(nèi)容的消化和吸收。因此必須正確處理好多媒體和粉筆、黑板、普通教具、語言表述之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，特別要注意時(shí)間上的分配、銜接，注重設(shè)計(jì)好哪些教學(xué)內(nèi)容需要用多媒體形式表達(dá)、哪些教學(xué)內(nèi)容用傳統(tǒng)教學(xué)方式表達(dá)更恰當(dāng)?shù)取?/p>

在實(shí)際教學(xué)時(shí)，要注意以下幾個(gè)問題：①課件內(nèi)容要精心選擇，多媒體課件不是教材的翻版，盡量避免一頁中有大量文字，文字過多，容易使學(xué)生疲乏。②教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容盡量的用圖、表、動(dòng)畫、視頻來表達(dá)，增加課堂的直觀性、趣味性。③多媒體課件的制作要美觀精良。④注意理論的精講，以避免單一的讓學(xué)生自己觀看，沒有收到實(shí)質(zhì)性的效果。

比如在介紹幾何光學(xué)模型時(shí)，可首先引入例子，“明月幾時(shí)有？把酒問青天”，通過提問引起學(xué)生的興趣，進(jìn)而使學(xué)生明白光源-目標(biāo)-傳感器三者的幾何關(guān)系對遙感成像的重要性。然后通過制作的動(dòng)畫，使學(xué)生直觀地了解到幾何光學(xué)模型成像時(shí)的地表的 4個(gè)分量的面積變化。但是在計(jì)算 4個(gè)分量的面積時(shí)，如果僅僅用幻燈片將公式列出來，多數(shù)學(xué)生在此時(shí)容易走神，這個(gè)時(shí)候，可以使用板書把球狀樹冠的計(jì)算過程推導(dǎo)出來，從而加深學(xué)生印象，使學(xué)生能夠舉一反三，能夠自己去推導(dǎo)其他情況下的四分量。

3.2 啟發(fā)式教學(xué)

在多樣的教學(xué)方法中，如何增強(qiáng)與學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的互動(dòng)是非常重要的。應(yīng)確立以學(xué)生為主體的觀念，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動(dòng)中，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出問題，積極發(fā)表自己的看法?？筛鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容的需要適時(shí)采用討論教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力與表達(dá)能力。為了確保討論法的教學(xué)效果，課前的準(zhǔn)備工作是非常重要的。課前，教師設(shè)計(jì)有意義的主題或帶有爭論性的問題，策劃討論方法，預(yù)計(jì)學(xué)生討論情況等；然后將討論主題布置給學(xué)生，要求學(xué)生閱讀教材有關(guān)部分內(nèi)容，并利用圖書館資料，做好上課前的知識(shí)儲(chǔ)備。由于討論必須以學(xué)生對某一課題有所了解，掌握了一定知識(shí)為基礎(chǔ)，因此討論法主要安排在課程學(xué)習(xí)階段的中后期，且在新知識(shí)傳授階段不宜采用。討論法作為講授法的補(bǔ)充，有助于學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的鞏固與加深，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)技能的提高。

有些內(nèi)容要進(jìn)行提綱挈領(lǐng)式講解，為學(xué)生的領(lǐng)悟留下空間。如在講解反演時(shí)，為了強(qiáng)調(diào)“病態(tài)反演”的問題，給學(xué)生提了一個(gè)貌似簡單的問題:“柳絮是什么顏色的?”這個(gè)問題實(shí)在是太簡單了，學(xué)生毫不遲疑回答“白色的”。然后用詩詞“夕陽方照桃花塢，柳絮飛來片片紅”反問“詩人為什么說柳絮是紅色的?”通過這樣一來設(shè)疑，學(xué)生產(chǎn)生了憤悱心理，然后師生一起從夕陽、下墊面和氣溶膠等方面分析就得出了反演是病態(tài)反演這樣一個(gè)結(jié)論。毫無疑問，這樣的結(jié)果學(xué)生是非常容易記住的[5]。

3.3 項(xiàng)目式教學(xué)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，填鴨式教育的弊端已越來越明顯，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程主要是被動(dòng)接受知識(shí)的過程，許多學(xué)生對一門課程的認(rèn)識(shí)比較模糊，在一些外界條件干擾下，很容易就放棄該課程，而僅僅為了學(xué)分而消極地學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)的目的就是激勵(lì)學(xué)生探究問題的原動(dòng)力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。

比如在講授地表參數(shù)反演時(shí)，以筆者曾經(jīng)參與的項(xiàng)目為例，讓學(xué)生進(jìn)行葉面積指數(shù)的反演研究。讓學(xué)生切身參加到一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中來。當(dāng)學(xué)生把被動(dòng)接受知識(shí)的過程變?yōu)橹鲃?dòng)探究獲得知識(shí)的過程時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種成功感，就能激勵(lì)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高其學(xué)習(xí)的有效性。該研究的過程是學(xué)生高度自主學(xué)習(xí)的過程，在這個(gè)過程中，學(xué)生的腦海中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)的問題，為什么要反演葉面積指數(shù)，如何實(shí)測葉面積指數(shù)、應(yīng)該獲取何種遙感數(shù)據(jù)？遙感數(shù)據(jù)如何處理？如何建立模型？如何進(jìn)行反演？反演的精度如何控制？反演的結(jié)果如何使用？問題驅(qū)動(dòng)是學(xué)生思維高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，是應(yīng)用已有知識(shí)提出解決新問題的過程，它將極大地強(qiáng)化學(xué)生的源動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生濃烈的探求欲望及學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生進(jìn)入一個(gè)積極思考的活躍狀態(tài)。

由于一個(gè)項(xiàng)目，即較小的課題涉及內(nèi)容也很多，這不是幾堂課內(nèi)學(xué)生能夠很好把握的，因此，在介紹完第一章概論時(shí)，就應(yīng)該將該任務(wù)布置下去，鼓勵(lì)學(xué)生在以后的每堂課后都應(yīng)該積極進(jìn)行思考，鼓勵(lì)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)尋找解決問題的放方案，老師在該過程中只要給出必要的指導(dǎo)或建議而不要直接給出答案。

4 實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革

“定量遙感”實(shí)踐課要求緊密圍繞理論課程內(nèi)容，加深對定量遙感理論與方法的理解，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主動(dòng)手能力。圍繞定量遙感核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)了 3個(gè)實(shí)習(xí)內(nèi)容，每個(gè)實(shí)習(xí)4個(gè)學(xué)時(shí)，分別為6S大氣校正實(shí)習(xí)、植被冠層輻射傳輸模型和葉面積指數(shù)的遙感反演。時(shí)間安排與課堂教學(xué)穿插進(jìn)行，目的是使學(xué)生加深理解課堂教學(xué)中學(xué)到的有關(guān)定量遙感的基本理論、基本知識(shí)和基本技術(shù)方法，并熟悉流行的遙感工具軟件的使用。

如果僅僅是按部就班地做實(shí)驗(yàn)，僅僅沿用“老師演示、學(xué)生重復(fù)，學(xué)習(xí)理論、實(shí)驗(yàn)證實(shí)”的傳統(tǒng)教學(xué)方法，效果往往是不理想的。為了增加學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力，進(jìn)行了實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革探討。比如6S大氣校正模型部分，鼓勵(lì)學(xué)生去查閱資料及幫助文件，自己尋找解決問題的方法。在植被冠層輻射傳輸模型實(shí)習(xí)中，給出的實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)存在誤差較大，可以采取分組討論的方式，尋求辦法減小結(jié)果誤差等。

5 結(jié) 語

從三學(xué)期的教學(xué)情況看，通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)的精心設(shè)計(jì)與安排、認(rèn)真實(shí)施，既豐富了學(xué)生的知識(shí)面，提高了自我解決問題的能力，又取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出了較高的積極性與熱情，學(xué)習(xí)過程中能夠主動(dòng)去圖書館及期刊網(wǎng)查閱資料，大部分學(xué)生反映學(xué)習(xí)目標(biāo)性強(qiáng)了，而且課程內(nèi)容直觀易懂，能夠扎實(shí)掌握遙感的知識(shí)與技能，自學(xué)能力和創(chuàng)新能力也得到了提高。

針對該課程的教學(xué)情況，以后仍然需要解決的幾個(gè)問題:

1）定量遙感發(fā)展迅速，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)b感的要求也越來越高，相應(yīng)的理論與方法逐步完善，教師應(yīng)該即使了解前沿知識(shí)，補(bǔ)充到課程中來。

2）學(xué)生對定量遙感大型野外實(shí)驗(yàn)了解較少，條件允許的話，可以增加去某些實(shí)驗(yàn)基地參觀，使學(xué)生增加對定量遙感野外實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)。

[1] 李小文.定量遙感的發(fā)展與創(chuàng)新[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，35（4）：49-56

[2] 梁順林.定量遙感[M].北京:科學(xué)出版社，2009

[3] 徐希孺.遙感物理[M].北京:北京大學(xué)出版社，2005

[4] 趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京:科學(xué)出版社,2003

[5] 王行風(fēng).《遙感原理及應(yīng)用》課程教學(xué)及改革初探[J].文教資料，2006，10：52-53

Teaching and PracticeReform of"Quantitative Remote Sensing"Courseby

CHEN Jian

According to the development characteristics of remote sensing professionaland thespecific situation of students in universities,thispaperanalysised quantitative remote sensing course based on the current situation to determ ine the course teaching outlineand content.The teachingmethodsandmeans in practiceof the coursewere summarized and discussed so thatthe coursewasadopt to China's remotesensing scienceand technology developmentand personnel training needs.

quantitative remote sensing course,multimedia,heuristic teaching,project-based teaching （Page:127）

P237

B

1672-4623(2011)02-0127-03

2010-10-08

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（40901239）；南京信息工程大學(xué)第六期教學(xué)建設(shè)與改革工程（09JY0012）；南京信息工程大學(xué)第七期教學(xué)建設(shè)與改革工程（10JY044）。

陳健，副教授，博士，主要從事定量遙感、遙感與GIS應(yīng)用研究。