徐世武 饒蕾

遙感應(yīng)用模型是遙感的一種定量化手段，基于航天、航空傳感器獲取的地球表層資源與環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立物理模型將遙感信息與觀測(cè)目標(biāo)參量聯(lián)系起來(lái)，以研究陸地表面特征參量及其時(shí)空變化規(guī)律，在我國(guó)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土地管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用?！哆b感應(yīng)用模型》課程是遙感科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)方向的一門(mén)專(zhuān)業(yè)主干課程，采用“理論課+課程實(shí)習(xí)+課題研究”的方式教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)理論、方法與技術(shù)解決遙感領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。2020年10月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》，提出堅(jiān)持以立德樹(shù)人為主線，以破“五唯”為導(dǎo)向，以五類(lèi)主體為抓手，著力做到政策系統(tǒng)集成、舉措破立結(jié)合、改革協(xié)同推進(jìn)，提出要樹(shù)立正確用人導(dǎo)向、促進(jìn)人崗相適。近年來(lái)，隨著空間傳感器技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，遙感的新概念、新理論不斷提出，知識(shí)內(nèi)容越來(lái)越豐富，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，遙感行業(yè)的人才需求也逐漸向前沿性、綜合性、創(chuàng)新性發(fā)展。因此，遙感應(yīng)用模型的教學(xué)也應(yīng)該順應(yīng)形勢(shì)的需要，在兼顧遙感科學(xué)發(fā)展前沿的同時(shí)結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)際需求不斷進(jìn)行改革和調(diào)整。本研究以《遙感應(yīng)用模型》課程教學(xué)改革為案例，引入情景體驗(yàn)教學(xué)模式，模擬真實(shí)遙感生產(chǎn)應(yīng)用中的工程活動(dòng)來(lái)說(shuō)明抽象的遙感理論，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力和實(shí)踐應(yīng)用的教學(xué)目的。

《遙感應(yīng)用模型》是一門(mén)遙感技術(shù)應(yīng)用類(lèi)課程，要求學(xué)生除了掌握遙感科學(xué)、地理信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論外，還應(yīng)具備軟件操作、儀器使用、模型設(shè)計(jì)等實(shí)踐技能。目前該課程教學(xué)效果與預(yù)期仍有差距，存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

課程教學(xué)內(nèi)容陳舊。教師授課的教學(xué)內(nèi)容“老化”，更新速度慢，基本上為較為成熟的理論知識(shí)，缺乏對(duì)該學(xué)科前沿性知識(shí)的探索，不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。降低了課程的吸引力，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

授課方法單調(diào)，學(xué)生被動(dòng)接受。雖然教育界研究和實(shí)踐了多種授課方式，但在實(shí)際授課過(guò)程中，教師教少運(yùn)用討論、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、演講等現(xiàn)代化、混合式教學(xué)方法，普遍使用的是“灌輸式”、“滿堂灌”，這些授課方法使得學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，參與性不強(qiáng)，不敢或 “沒(méi)機(jī)會(huì)”去挑戰(zhàn)知識(shí)的權(quán)威，久而久之導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，思想消極被動(dòng)，缺乏對(duì)知識(shí)的批判與探索精神，創(chuàng)新能力薄弱。

研討式教學(xué)效果不佳。雖然有探索進(jìn)行研討式教學(xué)，但仍以講授基礎(chǔ)理論和應(yīng)用案例為主，課上交流研討內(nèi)容比較少。實(shí)際教學(xué)中存在兩方面難點(diǎn)：一方面是對(duì)授課教師要求較高，需要及時(shí)跟蹤學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，大量閱讀最新學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，在深度和廣度上要兼顧，才能在滿足學(xué)生相對(duì)廣泛研究興趣的同時(shí)，能夠?qū)唧w專(zhuān)業(yè)方向的問(wèn)題進(jìn)行較為深入的指導(dǎo)；另一方面，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力要求較高，需要學(xué)生無(wú)障礙閱讀英文文獻(xiàn)、深入了解相關(guān)專(zhuān)題的基礎(chǔ)知識(shí)、編程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ銐颍c這些要求相關(guān)的前序外語(yǔ)、數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)課等課程學(xué)生學(xué)得不夠全、不夠深，對(duì)參與直接對(duì)接國(guó)際水平的前沿討論課學(xué)習(xí)造成困難。

為了適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要，提出了情景體驗(yàn)的教學(xué)模式，構(gòu)建“知識(shí)講授→分組→選題→遙感生產(chǎn)模擬→分析反思→歸納總結(jié)→小組匯報(bào)”的教學(xué)主線，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，彌補(bǔ)以往理論課堂講授只注重知識(shí)灌輸，而不注重知識(shí)理解與應(yīng)用的弊端，促進(jìn)“教師引導(dǎo)-師生互動(dòng)-自主學(xué)習(xí)”的良性循環(huán)，以真正體現(xiàn)融“教、學(xué)、做”于一體化的教學(xué)流程與人才培養(yǎng)目標(biāo)。

本文從教學(xué)流程、實(shí)施過(guò)程、考核方式三個(gè)方面探索情景體驗(yàn)?zāi)Ｊ浇虒W(xué)的應(yīng)用。

（一）教學(xué)流程設(shè)計(jì)

哈佛大學(xué)David Kolb教授1984年提出了體驗(yàn)學(xué)習(xí)圈模型，將學(xué)習(xí)過(guò)程分為四個(gè)階段，即體驗(yàn)階段（Concrete Experience）、反思階段（Reflective Observation）、歸納階段A b s t r a c t Conceptualization）和應(yīng)用階段（A c t i v e Experimentation）。結(jié)合該理論，將遙感應(yīng)用模型課程教學(xué)劃分為課堂教學(xué)階段、遙感體驗(yàn)階段、分析反思階段和歸納總結(jié)階段。如圖1所示。

在課堂教學(xué)階段，首先進(jìn)行基礎(chǔ)理論的講授，包括遙感應(yīng)用模型基礎(chǔ)知識(shí)、遙感的定量化模型、植被冠層反射模型、土地覆蓋/土地利用自動(dòng)更新技術(shù)的應(yīng)用、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)、農(nóng)田旱情遙感監(jiān)測(cè)模型、洪澇災(zāi)害雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)模型、遙感和生態(tài)過(guò)程模型方法結(jié)合的原理與應(yīng)用等基本理論內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)應(yīng)用情況，選取植被遙感、國(guó)土遙感、農(nóng)業(yè)遙感和生態(tài)遙感四個(gè)專(zhuān)題，重點(diǎn)講解行業(yè)熱點(diǎn)應(yīng)用案例。

在遙感體驗(yàn)階段，通過(guò)“課程實(shí)習(xí)+課題研究”的方式讓學(xué)生多交角度體驗(yàn)遙感技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計(jì)熟悉生產(chǎn)環(huán)境、操作主流遙感生產(chǎn)平臺(tái)、真實(shí)數(shù)據(jù)遙感實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)遙感生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程的模擬。

在分析反思階段，通過(guò)小組討論和課堂陳述，分析不同應(yīng)用場(chǎng)景下選取遙感模型的差異，探討不同技術(shù)方法、閾值設(shè)置等造成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異，驗(yàn)證遙感應(yīng)用模型的適用性。

在歸納總結(jié)階段，探討當(dāng)下前沿遙感技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合案例分析植被遙感、國(guó)土遙感、農(nóng)業(yè)遙感和生態(tài)遙感領(lǐng)域存在的問(wèn)題，探索解決思路。同時(shí)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下各應(yīng)用的最優(yōu)技術(shù)方法、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等。

（二）教學(xué)實(shí)施過(guò)程

為發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，采用“理論講授+課程實(shí)習(xí)+課題研究”的方式教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)理論、方法與技術(shù)解決遙感領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)將學(xué)生進(jìn)行分組，每組4～5人，各小組獨(dú)立完成實(shí)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)安排研究性任務(wù)以提高科研能力。

1. 課堂教學(xué)階段

課堂教學(xué)階段注重基礎(chǔ)理論的講授，培養(yǎng)學(xué)生掌握遙感、地理信息科學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論，并能將相關(guān)理論、方法與技術(shù)有效運(yùn)用于解決遙感領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題。課程內(nèi)容包括：遙感應(yīng)用模型基礎(chǔ)知識(shí)、遙感的定量化模型、植被冠層反射模型、土地覆蓋/土地利用自動(dòng)更新技術(shù)的應(yīng)用、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)、農(nóng)田旱情遙感監(jiān)測(cè)模型、洪澇災(zāi)害雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)模型、遙感和生態(tài)過(guò)程模型方法結(jié)合的原理與應(yīng)用等。同時(shí)結(jié)合前沿技術(shù)擴(kuò)展專(zhuān)業(yè)應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用探索，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)習(xí)興趣：

在專(zhuān)業(yè)應(yīng)用探索方面，主要側(cè)重遙感學(xué)科自身的基礎(chǔ)應(yīng)用。選取“高精度建設(shè)用地變化自動(dòng)提取技術(shù)在土地督察中的應(yīng)用”、“土地督察易混地物最大似然分類(lèi)綜合改進(jìn)方法研究”等課題，先講解課題應(yīng)用場(chǎng)景、預(yù)期解決的問(wèn)題，然后提出研究目標(biāo)，要求學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論、總結(jié)、匯報(bào)，最后請(qǐng)相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)將其科研成果進(jìn)行分享，創(chuàng)造學(xué)生與科研一線人員當(dāng)面溝通、交流的機(jī)會(huì)。

在行業(yè)應(yīng)用探索方面，教學(xué)內(nèi)容既要突出行業(yè)應(yīng)用，又要突出研究性、實(shí)踐性和科學(xué)前沿性。選取“一種深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)土地利用場(chǎng)景遙感影像的分類(lèi)方法”課題，探索深度學(xué)習(xí)在遙感影像分類(lèi)領(lǐng)域的應(yīng)用，將實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題引入到實(shí)踐教學(xué)，從而將學(xué)生較早地帶入到遙感應(yīng)用領(lǐng)域的研究前沿，在教學(xué)內(nèi)容上具有前瞻性、綜合性、應(yīng)用性和研究性。

2. 遙感體驗(yàn)階段

遙感體驗(yàn)階段，為了模擬遙感生產(chǎn)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)操作實(shí)習(xí)、專(zhuān)題應(yīng)用實(shí)習(xí)和遙感課題研究三個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容。

基礎(chǔ)操作實(shí)習(xí)，主要包括遙感軟件的操作和遙感圖像的基礎(chǔ)處理，強(qiáng)化遙感基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)。學(xué)生通過(guò)熟悉生產(chǎn)環(huán)境、操作主流遙感生產(chǎn)平臺(tái)、使用真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感實(shí)驗(yàn)，熟悉ENVI、ArcGIS、SPSS 等常用生產(chǎn)軟件，掌握光學(xué)遙感圖像預(yù)處理過(guò)程，包括：輻射定標(biāo)、影像鑲嵌、影像裁剪、大氣校正、圖像分類(lèi)、影像預(yù)判等。實(shí)施過(guò)程中，教師首先進(jìn)行一定程度的講解，包括專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容和軟件基本功能，幫助學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)熟悉軟件。然后，設(shè)置實(shí)習(xí)目標(biāo)，以小組為單位自主討論、完成實(shí)習(xí)內(nèi)容，最后要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)習(xí)報(bào)告。既培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，又鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力、表達(dá)能力。

專(zhuān)題應(yīng)用實(shí)習(xí)，是在完成基礎(chǔ)操作實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上結(jié)合專(zhuān)題應(yīng)用進(jìn)行的實(shí)踐。實(shí)習(xí)內(nèi)容從專(zhuān)業(yè)應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題出發(fā)，設(shè)計(jì)了植被指數(shù)及植被覆蓋度估算、地表溫度反演、基于高分辨率影像城市綠地信息提取和基于遙感的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)四個(gè)專(zhuān)題，挑選了行業(yè)內(nèi)常用圖像，如：Landsat 8、SPOT 5、WorldView-2等，模擬真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)習(xí)掌握解決遙感領(lǐng)域工程問(wèn)題的方法，提高實(shí)踐能力。在實(shí)施過(guò)程中，首先講解實(shí)習(xí)目標(biāo)、實(shí)習(xí)內(nèi)容，介紹實(shí)習(xí)流程及相關(guān)理論知識(shí)，然后以小組為單位讓學(xué)生開(kāi)展專(zhuān)題應(yīng)用實(shí)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析問(wèn)題，創(chuàng)造小組間交流機(jī)會(huì)，最終各組形成實(shí)習(xí)報(bào)告并展示。強(qiáng)化學(xué)生對(duì)遙感應(yīng)用的理解。

遙感課題研究，是在學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上，選取遙感應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)開(kāi)展的探索性研究，是教學(xué)內(nèi)容的延伸。實(shí)施過(guò)程中要求學(xué)生圍繞遙感學(xué)科的前沿問(wèn)題或者應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行自由命題，或選擇備選課題，如“一種深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)土地利用場(chǎng)景遙感影像的分類(lèi)方法”，以小組為單位根據(jù)選擇的課題進(jìn)行自主實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、提煉問(wèn)題、分析問(wèn)題、歸納總結(jié)、編寫(xiě)課題論文，最終形成課題報(bào)告，完成研究成果匯報(bào)及討論。通過(guò)將實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題引入到實(shí)踐教學(xué)，考察學(xué)生對(duì)學(xué)科前沿問(wèn)題的捕捉能力、對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的把握能力和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。

3. 分析反思階段

采用討論和匯報(bào)為主的混合式研討教學(xué)模式。將學(xué)生分按每組4～5 人進(jìn)行分組，以小組為單位開(kāi)展基礎(chǔ)操作實(shí)習(xí)、專(zhuān)題應(yīng)用實(shí)習(xí)和遙感課題研究階段的討論和成果匯報(bào)。預(yù)留充分的課下準(zhǔn)備周期，保證學(xué)生有足夠的時(shí)間自學(xué)、閱讀文獻(xiàn)、制作匯報(bào)材料；課堂上提高每組學(xué)生的討論效率，要求小組間互相提問(wèn)，促進(jìn)學(xué)生積極參與、研討深入。

4. 歸納總結(jié)階段

完成實(shí)習(xí)和課題研究的分析、驗(yàn)證后，需要每個(gè)小組提交、展示他們的實(shí)習(xí)和研究成果，并讓其他小組選一名代表進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。學(xué)生與教師一起探討當(dāng)下前沿遙感技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合案例分析植被遙感、國(guó)土遙感、農(nóng)業(yè)遙感和生態(tài)遙感領(lǐng)域存在的問(wèn)題，探索解決思路。同時(shí)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下各應(yīng)用的最優(yōu)技術(shù)方法、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等，讓學(xué)生能夠揭開(kāi)自身問(wèn)題的本源，及時(shí)做好記錄。匯報(bào)結(jié)束后，教師對(duì)學(xué)生的成果給予評(píng)價(jià)與肯定，增強(qiáng)學(xué)生心理上的滿足感與成就感，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)遙感專(zhuān)業(yè)的興趣。

（三）教學(xué)考核方式

為避免考核結(jié)果的片面性，確保遙感應(yīng)用模型課程成績(jī)公正性，從以下幾方面進(jìn)行考核。

平時(shí)考核：主要考核學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的參與程度，平時(shí)考核包括作業(yè)成績(jī)、課堂提問(wèn)和出勤情況。

期末考核：采用閉卷考試，考核內(nèi)容覆蓋所有課程目標(biāo)。

實(shí)習(xí)考核：主要考核學(xué)生實(shí)習(xí)完成情況，包括實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫(xiě)、實(shí)習(xí)成果的匯報(bào)兩部分。評(píng)定過(guò)程中，通過(guò)實(shí)習(xí)成果匯報(bào)，考察學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握水平、解決問(wèn)題的實(shí)踐能力、對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的凝練能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

本文針對(duì)遙感應(yīng)用模型課程的教學(xué)模式改革進(jìn)行探討，引入情景體驗(yàn)教學(xué)模式，模擬真實(shí)遙感生產(chǎn)應(yīng)用中的工程活動(dòng)來(lái)說(shuō)明抽象的遙感理論，取得了良好的教學(xué)成效。遙感科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用性教強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，良好的綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與科研訓(xùn)練技能將為學(xué)生今后的深造和進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

作者單位：徐世武 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）

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