徐 凱，劉 剛，吳沖龍，何珍文

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430074

基于CDIO工程教育理念的“遙感地質(zhì)學(xué)”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

徐 凱，劉 剛，吳沖龍，何珍文

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430074

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是“遙感地質(zhì)學(xué)”課程改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容，該創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)把CDIO工程教育理念與“遙感地質(zhì)學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，通過選擇遙感地質(zhì)用中的實(shí)際研究項(xiàng)目“遙感地質(zhì)專題”進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，給學(xué)生營造一種近似真實(shí)的項(xiàng)目環(huán)境，讓學(xué)生通過項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，完成項(xiàng)目的需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等，使學(xué)生親身經(jīng)歷一個(gè)完整項(xiàng)目的實(shí)踐過程。通過這種工程化、項(xiàng)目式的教學(xué)改革，提高學(xué)生利用遙感科學(xué)與技術(shù)解決地質(zhì)問題的工程能力與創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)掌握遙感科學(xué)技術(shù)與地質(zhì)科學(xué)技術(shù)的復(fù)合型創(chuàng)新人才。

CDIO；遙感地質(zhì)學(xué)；創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；項(xiàng)目式教學(xué)

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）空間信息與數(shù)字技術(shù)本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)地質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)交叉型的復(fù)合型專業(yè)人才，服務(wù)于地礦工作信息化。按照基礎(chǔ)、實(shí)踐、創(chuàng)新 “三位一體”的人才培養(yǎng)模式，要求學(xué)生掌握空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地質(zhì)學(xué)、資源勘查學(xué)和地學(xué)信息工程等方面的基本理論和基本知識，通過課程設(shè)計(jì)、野外實(shí)踐和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等基本訓(xùn)練，具備解決與地礦工作信息化、地學(xué)定量化、地學(xué)信息工程建設(shè)有關(guān)問題的基本能力[1]?！斑b感地質(zhì)學(xué)”作為空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)重要的一門主干課程，是一門以傳播遙感科學(xué)與技術(shù)為主的專業(yè)課程，具有明顯的應(yīng)用技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)。通過課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生理解遙感科學(xué)與遙感地質(zhì)學(xué)的基本理論，掌握遙感科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)知識、遙感影像的類型與基本特性、遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志、遙感地質(zhì)數(shù)據(jù)的處理技術(shù)與方法，以及遙感信息在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)等方面的應(yīng)用。因此，在進(jìn)行“遙感地質(zhì)學(xué)”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，融合CDIO工程教育理念，旨在提高空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際工程能力與創(chuàng)新能力，為國家培養(yǎng)既懂得遙感科學(xué)與技術(shù)，又具備地質(zhì)知識的復(fù)合型創(chuàng)新人才[2]。

一、CDIO工程教育理念

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，其核心理念是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體[3]，為學(xué)生提供一種建立在真實(shí)世界、以產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行過程為背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、協(xié)作的方式進(jìn)行課程學(xué)習(xí)[4]。CDIO工程設(shè)計(jì)理念注重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識能力、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力與工程系統(tǒng)能力四個(gè)方面，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的完美結(jié)合。CDIO工程教育理念培養(yǎng)出的學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、以及組織溝通協(xié)調(diào)能力，廣受社會(huì)好評。

二、基于CDIO工程教育理念的遙感地質(zhì)專題案例設(shè)置

“遙感地質(zhì)學(xué)”課程是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的專業(yè)課程，其理論內(nèi)容包含遙感物理基礎(chǔ)、地物波譜特征、遙感影像的獲取與存取、遙感影像校正、變換、增強(qiáng)、分割、分類等處理，實(shí)踐內(nèi)容包含地貌、巖石、地層解譯，構(gòu)造、礦產(chǎn)信息提取，遙感在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用等。由于缺乏遙感原理、遙感數(shù)字圖像處理等前導(dǎo)課程，以及遙感地質(zhì)實(shí)際應(yīng)用的地質(zhì)背景知識，學(xué)生普遍感覺課程內(nèi)容概念抽象，難學(xué)難懂。因此，在“遙感地質(zhì)學(xué)”教學(xué)過程中，進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置，采用CDIO工程教育理念，引入“遙感地質(zhì)專題”項(xiàng)目，通過項(xiàng)目引導(dǎo)，提高學(xué)生利用遙感科學(xué)與技術(shù)解決地質(zhì)問題的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。

1.基于C DI O理念的“遙感地質(zhì)專題”案例的引入—構(gòu)思

“遙感地質(zhì)學(xué)”是一門理論與實(shí)踐并重的課程，遙感地質(zhì)專題創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的引入是該課程的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。教學(xué)過程中，老師提供幾個(gè)典型的遙感地質(zhì)專題項(xiàng)目，如 “遙感找礦”、“遙感地質(zhì)填圖”、“遙感在礦產(chǎn)資源評價(jià)中的應(yīng)用”、“遙感地質(zhì)信息提取與應(yīng)用”、“遙感地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警研究”等。把班級的學(xué)生分為4～5個(gè)小組，每個(gè)同學(xué)根據(jù)自己的興趣選擇進(jìn)1個(gè)組完成1個(gè)典型案例。

在此階段，教師的主要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的需求，完成項(xiàng)目的構(gòu)思，具體包括實(shí)習(xí)所要完成的任務(wù)、所需要的時(shí)間、項(xiàng)目的總體安排以及具體的時(shí)間安排等內(nèi)容。同時(shí)，通過項(xiàng)目的需求分析與課程知識點(diǎn)的對接，讓學(xué)生運(yùn)用課程的知識點(diǎn)，完成項(xiàng)目資料的準(zhǔn)備與預(yù)處理工作，如根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)范圍與項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的多少，確定遙感數(shù)據(jù)源、遙感影像的空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率的大小等。

2.基于C DI O理念的“遙感地質(zhì)專題”案例的討論—設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

案例討論階段，教師的主要工作是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)與探究性學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，以小組為單位，通過案例討論的方式，解決案例中的關(guān)鍵問題與疑難問題。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目的構(gòu)思階段的安排，設(shè)計(jì)遙感地質(zhì)專題項(xiàng)目的技術(shù)路線與技術(shù)流程圖。

以“遙感地質(zhì)信息提取與應(yīng)用”項(xiàng)目為例，遙感數(shù)據(jù)處理流程圖主要包括四個(gè)部分。首先，遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理，該階段主要完成影像的校正、變換、遙感影像增強(qiáng)、融合、分割、分類等；其次，遙感影像判讀，主要根據(jù)遙感影像的波譜、紋理、陰影等特征進(jìn)行遙感地質(zhì)信息判讀；第三，遙感地質(zhì)信息提取，主要包括地貌、巖石、地層、構(gòu)造、礦產(chǎn)等地質(zhì)信息提??；最后，野外驗(yàn)證及結(jié)果分析，主要包括通過野外實(shí)地考察，對所提取的地質(zhì)信息進(jìn)行驗(yàn)證。除此之外，還要求對驗(yàn)證后的結(jié)果圖件進(jìn)行圖形整飾與輸出，具體流程如圖1所示。

圖1 遙感地質(zhì)專題信息提取與應(yīng)用技術(shù)流程

各個(gè)小組通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目的技術(shù)流程圖，讓每個(gè)學(xué)生明白項(xiàng)目需要完成的工作及工作量，同時(shí)，通過技術(shù)流程圖的設(shè)計(jì)，把課本知識與實(shí)踐內(nèi)容聯(lián)系起來，讓每個(gè)學(xué)生明白自己所要完成的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作，有計(jì)劃、有步驟地實(shí)施項(xiàng)目的各項(xiàng)工作，并互相學(xué)習(xí)與交流，直至完成既定的目標(biāo)。最后，每個(gè)學(xué)生需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.基于C DI O理念的“遙感地質(zhì)專題”案例的總結(jié)—運(yùn)行

案例的總結(jié)即檢查與考核，可以讓學(xué)生以小組為單位，進(jìn)行答辯，演示自己的工作，交流心得體會(huì)。從項(xiàng)目準(zhǔn)備、原型設(shè)計(jì)、技術(shù)路線設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施過程、報(bào)告撰寫、匯報(bào)演示等角度綜合評定學(xué)生的能力，通過這種多元化的考核方法更突顯出學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。當(dāng)然，案例的總結(jié)也可以由任課老師完成，教師可以圍繞每個(gè)小組案例設(shè)計(jì)的合理性、適用性、科學(xué)性、可操作性、實(shí)施效果等[5]，講明案例中的關(guān)鍵點(diǎn)及重難點(diǎn)，指出每個(gè)小組完成案例的優(yōu)點(diǎn)與不足，以及進(jìn)一步優(yōu)化的方向，為下一輪的教學(xué)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

三、結(jié)語

將工程教育理念CDIO應(yīng)用到“遙感地質(zhì)學(xué)”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通過“遙感地質(zhì)專題”案例項(xiàng)目設(shè)計(jì)，把課程內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容有機(jī)地融合成一個(gè)整體，讓學(xué)生通過親自參加項(xiàng)目的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行過程，完成“學(xué)中做、做中學(xué)”的教育目標(biāo)。通過這種方式的學(xué)習(xí)，鍛煉空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)學(xué)生運(yùn)用遙感科學(xué)與技術(shù)的知識解決地質(zhì)問題的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，為實(shí)現(xiàn)空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)“品德高尚、基礎(chǔ)厚實(shí)、專業(yè)精深、知行合一”的高素質(zhì)本科畢業(yè)生的目標(biāo)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]吳沖龍，劉剛，田宜平，等．地礦勘查信息化與地礦信息科技學(xué)科建設(shè)[J]．中國地質(zhì)教育，2005，14（1）：32-35．

[2]張冬梅，王媛妮．空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)研究[J]．教育教學(xué)論壇，2016，（24）：157-158．

[3]楊林，萬波，方芳．融合CDIO理念的“GIS軟件工程”實(shí)踐教學(xué)改革研究[J]．測繪通報(bào)，2015（12）：118-121．

[4]李剛，萬幼川．基于CDIO模式的“遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范[J]．測繪通報(bào)，2015（1）：134-136．

[5]韓立華，周穎，胡暢霞．CDIO理念下工程項(xiàng)目教學(xué)案例開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐[J]．計(jì)算機(jī)教育，2015(24)：139-143．

CDIO; remote sensing geology; innovatory experiment design; project-based teaching

G642

A

1006-9372（2017）04-0067-03

Title:Innovatory Experiment Design on Remote Sensing Geology Based on CDIO Engineering Education Concept

Author(s):XU Kai, LIU Gang, WU Chong-long, HE Zhen-wen

2017-04-14。

湖北省高等學(xué)校省級教學(xué)研究項(xiàng)目（2016141）；中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）校級教學(xué)項(xiàng)目（2014A37）；中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）2016年本科教學(xué)工程項(xiàng)目（2016-38）；自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41201193）。

徐凱，男，副教授，主要從事遙感地質(zhì)、地學(xué)信息工程的教學(xué)與科研工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱：bjb3162@cugb.edu.cn

徐凱，劉剛，吳沖龍，等．基于CDIO工程教育理念的“遙感地質(zhì)學(xué)”創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究[J]．中國地質(zhì)教育，2017，26（4）：67-69.