王瑞瑞 馮仲科

（北京林業(yè)大學林學院，北京100083）

面向市場的遙感類課程開放式教學模式研究

王瑞瑞 馮仲科

（北京林業(yè)大學林學院，北京100083）

基于北京林業(yè)大學本科生課程的教學實踐，從遙感在林業(yè)等相關領域的應用出發(fā)，對林業(yè)高等院校遙感類課程的改革與創(chuàng)新進行了研究。首先，通過對當前高等院校遙感類課程的特點進行歸納和分析，指出當前課程講授環(huán)節(jié)存在的問題。其次，針對這些問題，提出了教學模式改革的具體目標。最后，研究了以科技創(chuàng)新為導向、以培養(yǎng)創(chuàng)新型和全面型人才為宗旨的面向市場的開放式教學模式，并對該教學模式的內(nèi)容進行了詳細的闡述，即針對市場需要，調(diào)整課程內(nèi)容；面向市場，進行開放式教學；培養(yǎng)學生的開發(fā)能力；完善考核方式，并用具體的教學實踐，對該教學模式的效果進行了評價。

遙感類課程；開放式教學模式；創(chuàng)新型人才

遙感是20世紀60年代發(fā)展起來的一門新興的邊緣學科，是由現(xiàn)代物理學、計算機技術、數(shù)學方法、智能分析理論等眾多領域的知識形成的交叉學科。遙感主要利用遙感器從空中探測地面物體性質(zhì)，根據(jù)不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應的原理，識別地面上各類地物，它是一門先進的、非接觸的、遠距離的探測技術。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，遙感已經(jīng)形成了一個對全球進行探測和監(jiān)測的多層次、多視角、多領域的觀測體系，成為獲取地球資源與環(huán)境信息的重要手段。目前，遙感技術已廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領域［1］。

林業(yè)遙感技術是遙感技術中的一個重要分支，在森林資源綜合防控與監(jiān)測、森林資源調(diào)查與管理等方面具有廣泛的應用前景。遙感技術成為當前高等林業(yè)院校地理信息系統(tǒng)學科畢業(yè)生必備的技術知識，遙感類課程承擔著為林業(yè)及抗災減災等各部門培養(yǎng)遙感類人才的重任。所以，其教學內(nèi)容和模式必須符合當前市場經(jīng)濟和科技發(fā)展的需求。為了應對新的人才需求形勢，提高遙感類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，推動林業(yè)資源信息化的發(fā)展，對傳統(tǒng)的遙感類課程教學模式中存在的諸多弊端進行改進是十分必要的。本文從遙感在林業(yè)等相關領域的應用出發(fā)，通過對當前高等院校遙感類課程的特點進行分析，歸納總結了遙感類課程教學環(huán)節(jié)中存在的問題，并針對這些問題提出了改革的具體目標，對面向市場的開放式教學模式進行了研究。

一、遙感類課程教學中存在的問題

（一）教學手段單一，教學效果不佳

遙感類課程主要圍繞著遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理和應用開展教學。其中，遙感數(shù)據(jù)的獲取涉及到航天、航空傳感器等方面較多的物理知識，遙感數(shù)據(jù)的處理涉及到大量的算法。這兩個階段的理論知識較為抽象，對于高等數(shù)學和大學物理基礎知識掌握不扎實的同學來說，理解頗為費勁，很多學生認為該課程抽象乏味、晦澀難懂。同時現(xiàn)有教學中使用的用于演示的模型也十分缺乏，導致學生產(chǎn)生厭學心理，對基本知識掌握膚淺，使學生畢業(yè)后在社會中競爭力衰減，就業(yè)前景灰暗。

（二）實踐教學環(huán)節(jié)的內(nèi)容陳舊，難以適應林業(yè)遙感技術的發(fā)展與更新

隨著衛(wèi)星、計算機、智能分析理論、數(shù)據(jù)庫等技術的發(fā)展及其應用的不斷深化，遙感技術的發(fā)展不斷呈現(xiàn)出新的特點和趨勢。例如，隨著衛(wèi)星技術的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率得到了很大的提高，而高分辨率遙感影像同中高分辨率以及低分辨率遙感影像具有顯著的差異，所以，原有的遙感圖像處理算法不再適用于處理高分辨率遙感數(shù)據(jù)。而在原有的教學實踐環(huán)節(jié)中，主要內(nèi)容依然著重于原有的遙感圖像處理算法，對高分辨率遙感數(shù)據(jù)的處理算法則沒有涉及。其次，遙感圖像處理的發(fā)展趨勢為自動化和智能化，一方面可以節(jié)省大量的人力和物力，降低人為誤差；另一方面可以滿足地震、減災等相關應急部門的需求［2］。但是在現(xiàn)有的教學實踐環(huán)節(jié)中，沒有涉及到對遙感圖像自動化和智能化處理的算法。因此，如果遙感類課程的教學體系一成不變的話，則難以適應當前遙感技術不斷發(fā)展的趨勢，無法使學生掌握最新的理論知識和技術手段，從而給未來就業(yè)造成很大的壓力。

（三）實踐教學環(huán)節(jié)的內(nèi)容缺乏針對性，無法滿足未來工作的需要。

遙感技術作為GIS學科本科生的必修課程，同?？圃盒Ｗ畲蟮膮^(qū)別在于，本科生不僅要熟練掌握一門遙感類軟件的核心功能，而且要深刻理解每個環(huán)節(jié)和算法的理論基礎。但是，當前遙感類課程設置的上機實踐內(nèi)容多為軟件操作類，沒有將算法的理論部分穿插進去，這非常不利于學生對遙感類課程的學習，也難以滿足未來的科研實踐和工作需求。因此，需要在教學實踐環(huán)節(jié)中增加學生對算法理論深刻理解的培養(yǎng)，并將算法自主開發(fā)成可運行軟件的能力培養(yǎng)。

（四）實踐教學的軟硬件配置落后，急待完善

教學實踐是使學生從理論走向?qū)嵺`的必要環(huán)節(jié)。遙感技術的發(fā)展和應用與計算機技術密不可分。因此，是否具備與遙感類課程配套的軟硬件設備十分重要。目前，在教學實踐環(huán)節(jié)中，學生使用的遙感圖像處理軟件、攝影測量軟件以及地理信息系統(tǒng)軟件等皆為破解版或試用版，正版軟件的購置還沒有落實。破解版或試用版軟件的功能跟正版軟件的功能相比有所縮減，另一方面，破解版或試用版軟件在運行過程中十分不穩(wěn)定。另外，有限的機房和計算機等硬件資源無法滿足單個學生單臺機器操作的條件。所以，如何有效利用機器資源，克服上機環(huán)境軟硬件配置難的問題，是目前遙感類課程的一大難點。

二、面向市場的遙感類課程教學模式改革的具體目標

通過近年的教學實踐，學院逐步確立了遙感類課程教學模式改革的建設目標，包括：①通過課堂講授，使學生深刻地理解并掌握遙感類課程的基本理論知識，以及遙感類課程在各行業(yè)的應用方向和發(fā)展前景。②通過實驗課程和實習周的上機實踐，使學生掌握一門遙感專業(yè)軟件的核心功能，能夠熟練運用該軟件解決實際問題。③通過課堂講授，并結合實驗課程和實習周的上機實踐，實現(xiàn)與其他專業(yè)相關課程（如數(shù)據(jù)結構、C語言程序設計）的有機結合，構成一個完整的知識體系，用于解決實際問題。因為一名合格的大學生，不同于?？婆嘤柸瞬牛瑑H僅掌握軟件的熟練操作步驟是不夠的，還要深刻理解遙感類相關算法的機理，并能夠用一門編程語言來實現(xiàn)這一算法的機理。④課程設置目的旨在培養(yǎng)林業(yè)遙感方面的專業(yè)研究性人才，滿足市場的需求，服務于林業(yè)信息化的發(fā)展。

三、面向市場的遙感類課程開放式教學模式改革

目前，遙感類課程已成為北京林業(yè)大學林學院、水保學院和園林學院等相關各專業(yè)學生開展科研工作所必備的一門技術。為了進一步提高遙感類課程的教學效果，培養(yǎng)與市場經(jīng)濟和科技發(fā)展更為吻合的創(chuàng)新型和綜合型人才，筆者在借鑒前人研究成果的基礎上［3－5］，根據(jù)自身的教學經(jīng)驗，嘗試在課程教學環(huán)節(jié)中實施面向市場的開放式教學模式。該模式主要包括以下4個方面。

（一）針對市場需要，調(diào)整課程內(nèi)容

面向市場的開放式教學模式的特點是要根據(jù)目前遙感基本理論的發(fā)展狀況和在市場中的應用，對基本理論進行優(yōu)先級排序，合理安排課程的講授順序和學時。例如，隨著計算機技術和遙感技術的發(fā)展，目前采集的遙感影像多為數(shù)字圖像，不再是傳統(tǒng)的模擬圖像，那么有關模擬圖像和模數(shù)轉(zhuǎn)換的理論知識用較少的學時簡單介紹即可。

以北京林業(yè)大學林學院地理信息系統(tǒng)學科開設的本科生必修課程“遙感圖像處理”為例，調(diào)整后的課程教學內(nèi)容主要包括“基礎篇”“拓展篇”和“實習篇”3部分。①“基礎篇”主要針對遙感圖像處理的經(jīng)典概念和理論知識進行介紹，包括輻射校正、幾何校正、增強、變換、配準、融合、分類和變換檢測等基礎算法知識。這些算法知識的講解部分相對于以往的傳統(tǒng)教學更為注重深層次的剖析和應用，在講解算法理論之外，還通過更多的實例介紹，加深學生對該算法在具體應用中所發(fā)揮作用的理解。②“拓展篇”主要是介紹隨著遙感技術的飛速發(fā)展而涌現(xiàn)的新理論和新技術，目前遙感圖像處理主要是朝著自動化和智能化方向發(fā)展。另外，由于高分辨率遙感影像的大量涌現(xiàn)，對應的處理算法也逐漸成熟。因此，在“拓展篇”中，講授的主要內(nèi)容包括：遙感圖像自動化處理理論、智能化處理理論和高分辨率遙感影像處理算法。③“實習篇”的具體內(nèi)容包括上機的軟件操作部分，另外增加了對主要算法開發(fā)環(huán)節(jié)的訓練。因為，目前遙感類處理軟件主要是國外生產(chǎn)，如果學生僅限于熟練操作軟件的話，無法深刻理解遙感圖像處理的關鍵算法機理，也將無法滿足我國生產(chǎn)自主遙感圖像處理軟件的需求。所以調(diào)整后的課程內(nèi)容強調(diào)了教學內(nèi)容的扎實性、與時俱進性和動態(tài)性，力求做到教學內(nèi)容與市場需求的同步更新。

（二）面向市場，進行開放式教學

以北京林業(yè)大學林學院地理信息系統(tǒng)學科開設的本科生必修課程“遙感圖像處理”為例，筆者在實施面向市場的開放式教學模式時，首先講授遙感圖像處理的經(jīng)典理論和基礎算法，然后選取當前市場實際應用中的案例以及配套的實驗數(shù)據(jù)，讓學生進行實踐操作。面向市場的開放式教學模式采取課堂講授與上機實踐交叉進行的做法，在講授完一個環(huán)節(jié)的關鍵算法后，立刻選擇當前市場中的實際應用案例，安排學生上機實踐，使實踐內(nèi)容與課堂講授內(nèi)容一一對應，目標明確。其次，在實踐環(huán)節(jié)，打破傳統(tǒng)的按部就班的講授操作流程的方式，鼓勵學生自己思考問題，通過不同的途徑實現(xiàn)相同的目標，使學生在學習遙感圖像處理軟件功能的同時提高解決實際問題的能力。

（三）滿足市場需求，培養(yǎng)學生的開發(fā)能力

遙感技術綜合了計算機、數(shù)學、智能分析等各個方面的基礎知識，同時應用面也極其廣泛，僅讓學生通過實踐環(huán)節(jié)熟練掌握遙感專業(yè)軟件的操作是遠遠不夠的。因為在實踐環(huán)節(jié)僅要求學生熟練操作軟件，容易讓學生產(chǎn)生惰性心理，以為會操作軟件即可，不僅不利于學生對基礎算法知識的深刻理解，而且無法充分實現(xiàn)遙感知識在行業(yè)中的應用。因此，應在實驗課程和實習周增加開發(fā)能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，使學生能夠用一門編程語言實現(xiàn)遙感圖像處理領域的關鍵核心算法。

（四）采取多種形式，完善考核方式

面向市場的開放式教學模式以科技創(chuàng)新為導向，以培養(yǎng)和提高大學生的科研創(chuàng)新能力為目的。因此，在遙感類課程教學中，教師應該積極引導學生進行創(chuàng)新思維的訓練，激發(fā)大學生的科研創(chuàng)新熱情和科研興趣。例如，采取課堂辯論的方式，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和學習熱情，對于勇于發(fā)言的學生，給予平時成績加分的獎勵。在掌握遙感類課程的基本原理和實踐后，教師可以通過課后思考題的方式，鼓勵學生進行自主思考，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，解決實際問題，并將其作為平時成績的另一主要依據(jù)，納入到期末總成績中。

四、面向市場的遙感類課程開放式教學模式改革的成效

面向市場的開放式教學模式吸納了在實際應用中占有重要地位的新理論和新技術，體現(xiàn)了遙感類課程理論知識的與時俱進性，同時對實踐環(huán)節(jié)中存在的弊端進行了完善，為培養(yǎng)創(chuàng)新型和綜合型人才提供了良好的平臺和解決方案。筆者通過一年的教學實踐，發(fā)現(xiàn)教學效果較以前有明顯提高，學生對遙感類課程的學習更有針對性，理論水平、開發(fā)能力和自主解決實際問題的能力得到了很大的提高。然而，遙感類課程開設的年限較短，教學理論和方法都還在不斷發(fā)展之中，為了實現(xiàn)學有所用，培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才，實現(xiàn)與市場經(jīng)濟和科技發(fā)展的完美接軌，還需要教學雙方繼續(xù)努力，共同探索。

［1］ 趙英時.遙感應用分析原理與方法［M］.北京：科學出版社，2003：1－6.

［2］馬建文，陳雪，王瑞瑞，等.遙感數(shù)據(jù)自動化處理方法與程序設計［M］.北京：科學出版社.2011：2－4.

［3］馮仲科，張曉麗，吳保國，等.構建林業(yè)信息工程新學科［J］.中國林業(yè)教育，2004，22（1）：18－20.

［4］閆海冰.“林業(yè)遙感技術”課程教學及改革初探［J］.中國林業(yè)教育，2009，27（4）：62－64.

［5］吳秀芹，畢華興.GIS類課程基于任務的分步驟教學模式研究［J］.中國林業(yè)教育，2012，30（1）：72－75.

（責任編輯 王 偉）