傅巧妮　阮仁宗　茅昌平

摘 要 任務驅動教學法是基于建構主義教學理論的探究式教學方法，它能實現(xiàn)教育的根本目標。本文在分析任務驅動教學法內(nèi)涵與特征的基礎上，根據(jù)地理信息科學專業(yè)“遙感實驗”課程的教學目標，設計了“地物光譜數(shù)據(jù)庫的構建”實驗教學案例，并詳細闡述了任務驅動下實驗教學的方案實施及考核方式。論文以期拋磚引玉，為地理信息科學實驗課程建設提供一些新思路。

關鍵詞 任務驅動 遙感實驗 教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.02.028

Research on the Teaching Mode of the Remote Sensing

Experiment Based on Task Driven

FU Qiaoni，[1] ? ?RUAN renzong，[1] ? ?MAO Changping[2]

（[1] College of Hydrology and Water Resources， Hohai University， Nanjing， Jiangsu 210098;

[2]School of Earth Sciences and Engineering， Hohai University， Nanjing， Jiangsu 210098）

Abstract The "Task-driven Teaching" method is an inquiry teaching method based on constructivism teaching theory. It will achieve the fundamental goal of education. Based on the analysis of the connotation and characteristics of "Task-driven Teaching" method， according to the teaching objectives of remote sensing experiment course of geographic information science， this paper designs an experimental teaching case of "Building Spectral Database of Features". We also elaborate the implementation and assessment methods of "Task-driven Teaching" method. We aim to provide some new ideas for the construction of geographic information science experiment course.

Keywords task-driven; remote sensing experiment; teaching mode

0 引言

實驗教學在培養(yǎng)學生工程實踐、應用創(chuàng)新等綜合素質方面起著重要作用，是本科教學的重要組成部分。實驗教學的主要目標是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的能力?？v觀當前高校地理信息科學專業(yè)遙感實驗教學模式的現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗教學多以“課堂+實訓”的教學模式開展，存在一定的局限性。

“遙感實驗”作為地理信息科學專業(yè)的核心實踐課程，是學生掌握專業(yè)技能的必要途徑。它把遙感原理落地至實例和實踐中，也是對遙感基本理論知識的深化和提升。本文構建了基于任務驅動的遙感實驗教學模式，讓學習者在任務導向下完成實驗項目。這不但可以激發(fā)學生的興趣，還能培養(yǎng)學生的綜合素質和創(chuàng)新能力，從而提高實驗教學質量。[1]

1 課程實驗的設計思路

“任務驅動”是一種建立在建構主義教學理論基礎上的探究式教學方法，以探索問題來引導和維持學習者的興趣和動機。[2]教學內(nèi)容被設計成多個具體任務點，學生根據(jù)任務要求，運用所學知識設計實施方案并完成教學任務。這種教學模式顛覆了傳統(tǒng)的知識傳授教學理念，讓學生在教師的指導下，從解決問題-完成任務的實踐過程中自主獲取知識。[3]

任務驅動教學模式是以任務為中心，將總任務分解成一個個具體的、可操作性強的子任務。學生和教師圍繞一個個具體任務去實施教學。在任務驅動下，學生主動查閱資料，學習、消化并吸收自主探索過程中所涉及的相關知識。教師在教學中扮演教練員與輔導員的角色。師生之間及“生-生”之間通過交流互動，推動和促進任務的執(zhí)行。在這種探究過程中，學生可以充分展示想法，獲得個性化學習體驗。[4]任務驅動教學法改變了傳統(tǒng)“以教定學”的被動教學模式，以提高學生知識掌握與技能應用為主線，倡導學生的自主性、協(xié)作性與研究性學習，以消除傳統(tǒng)實驗教學的弊端。[5]

基于任務驅動的探究性遙感實驗教學模式是一個以教師為主導、學生為主體的實驗教學模式。教師根據(jù)教學大綱和培養(yǎng)目標，確定實驗項目。實驗以小組為單位進行，學生根據(jù)實驗項目，參照實驗教學指導書，擬定實驗方案，設計實驗步驟，確定實驗方法，完成實驗任務并展示實驗成果;教師對學生給予指導和幫助，提示學生思考實驗中出現(xiàn)的難題并各個擊破。學生根據(jù)教師的反饋與評價重新建構實驗相關知識體系，改進實驗方案。教師在“理論-實踐-理論”的過程中反思并調整實驗教學大綱中的培養(yǎng)目標、實驗目的、實驗內(nèi)容及考核方式等?；谌蝿镇寗拥奶骄啃赃b感實驗教學模式就是一個開放式的、多重循環(huán)的教學模式。

2 實驗內(nèi)容的設計與實施

2.1 確定實驗項目

在任務驅動教學模式中，任務的完成直接影響教學效果。因此，實驗任務的設計非常關鍵?！暗匚锕庾V數(shù)據(jù)庫的構建”實驗目的是加深學生對地物光譜特征的認識，掌握地物光譜數(shù)據(jù)庫的構建方法;探索不同地物由于組分及結構的差異，導致的光譜特征差異。實驗內(nèi)容包括：（1）采集地物光譜（包括植被、礦物、土壤、水體、人造物等）數(shù)據(jù)，配套觀測數(shù)據(jù)說明文檔;（2）處理地物光譜數(shù)據(jù)并構建地物光譜數(shù)據(jù)庫;（3）分析地物的結構及組分差異對地物光譜特征的影響。

根據(jù)觀測目標物的類型，設計了5個實驗項目，由學生自行分組完成不同的實驗任務：（1）植物光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建;（2）礦物光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建;（3）土壤光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建;（4）水體光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建;（5）人造地物光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建。針對單個實驗項目，又對照實驗目標設置了多個小任務點：采樣路線及采樣方式的設計，環(huán)境條件記錄、地物光譜測定、植被生理生化參數(shù)的測定等。實驗以小組為單位進行，學生需要自主查閱資料，選擇實驗儀器，設計實驗方案，明確技術路線，選擇合適的方法進行數(shù)據(jù)處理、結果分析及精度評價。具體的，學生需要依次打卡每個小任務點，才能最終完成實驗。

另外，為保證實驗的順利進行，學生擬定實驗方案后，指導老師對各小組的實驗方案進行初步審閱，就方案的科學性、完整性、可操作性和安全性等多方面進行考量，提出具體的意見和建議。學生可根據(jù)教師的意見對實驗方案進行修改完善。

2.2 實施實驗內(nèi)容

實驗方案確定后，各小組將分別據(jù)此開展實驗，驗證實驗方案的可行性，分析實驗數(shù)據(jù)的可信程度。

以“植物光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建”實驗為例。需要依次打卡以下小任務點才能完成：（1）調研試驗區(qū)內(nèi)典型的植物類型及其分布，確定待觀測的植物;（2）規(guī)劃采樣路線，確定采樣原則;（3）選擇合適的實驗儀器、工具及試劑;（4）進行植物光譜測量，記錄觀測數(shù)據(jù)（包括光譜反射率、葉片SPAD值、光照情況、空氣溫濕度、風力風向、經(jīng)緯度等），拍攝目標地物照片;（5）采集植物葉片并編號，室內(nèi)采用烘干法獲取植物葉片含水量;（6）進行光譜數(shù)據(jù)處理，利用ENVI波譜工具新建光譜庫，屬性特征庫與光譜數(shù)據(jù)一一對應;（7）分析影響地物光譜測定的因素以及植物生長狀況（含水量、葉綠素含量等）對光譜的影響;（8）展示并討論實驗結果，撰寫實驗報告;（9）學有余力且條件具備時，可進行光譜變換和特征提取，以進一步探索：a、相同葉片含水量條件下不同樹種的光譜差異，相同物種不同生長階段的葉片含水量差異;b、相同物種不同葉綠素含量的葉片間的光譜差異，以及不同物種相同葉綠素含量的葉片間的光譜差異。指導教師全程跟組觀摩，既能及時糾正錯誤、確保操作規(guī)范，又能從旁指導關鍵步驟（如任務點（2）、（4）、（7）），幫助理解，加深印象。

如進行“礦物光譜反射率測量及光譜數(shù)據(jù)庫的構建”實驗，可選取學生在自然地理野外實習中采集的礦物標本為實驗對象，事先了解礦物的化學成分、結晶構造等。實驗時需先用制樣機磨制礦物，再用振篩機將磨好的礦物過篩，制取粒徑區(qū)間不同的礦物樣本;最后將不同種類不同粒徑區(qū)間的樣品平整放置于黑背景的實驗桌面上，在僅有實驗室光源的條件下，利用光譜儀進行室內(nèi)測量，獲取其光譜。

2.3 實驗總結與評價

通過依次打卡相應的任務點，學生能有序地、完整地完成實驗，并形象地表達實驗結果，評價實驗方案的科學合理性，以便后期進行改進和拓展。當實驗過程中出現(xiàn)與預想結果不一致的情況時，學生必須主動思考、靈活處理才能在有限的時間內(nèi)完成相應的實驗內(nèi)容，總結經(jīng)驗教訓，很能考驗學生的應變能力和團隊協(xié)作能力。

在學生完成實驗任務后，教師首先參與每個實驗小組的討論，分析實驗的完成情況、實驗過程遇到的問題及解決方法，探討實驗方案的可改進之處。進而，進行知識點的回顧，使沒有及時跟上節(jié)奏或在操作中有疏漏的學生能夠快速地將知識點與具體步驟對應起來，以達到全面掌握的效果。最后，組織實驗小組進行答辯，由組長做整體匯報，每個小組成員就自己負責的部分做展開論述，此舉不僅能鍛煉學生的語言表達能力，加強小組間的交流，更能提高每個成員的參與度和積極性，實現(xiàn)“人人有收獲，個個不劃水”。

3 課程考核與實施效果

課程考核是檢驗任務驅動模式下教學效果的重要手段，也是實驗課程必不可少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核方式是以教師評閱實驗報告為主，實踐證明，該方式難以全面有效地反映實習效果和學生的真實水平。而任務驅動模式的實驗教學考核方式是綜合性的，評價內(nèi)容更加多元化，包括學生自主獲取知識的渠道，對于實驗技能的掌握程度，數(shù)據(jù)分析與成果表達，思維創(chuàng)新能力，小組分工與團隊協(xié)作等。這些考核項，有些可以通過教師觀察確定，有些需要通過評閱實驗報告獲得，有些需要通過上機測試，還加入了組內(nèi)互評的環(huán)節(jié)，幫助教師全方位了解在整個實驗過程中每位學生的真實表現(xiàn)。

遙感實驗課程的最終成績是以上各項成績的加權平均。成績加權平均的權重是通過多年的課程成績數(shù)據(jù)分析得到的，并且隨著每年教學具體情況適當微調。表1和圖1為任務驅動教學模式施行前后的學生成績情況。由圖表可見，在不考慮學風和個體差異等因素的影響時，學生的平均成績總體呈上升趨勢，總體增長率為2.2%。其中，改革前后相比，高分段（80-100分）的人數(shù)和比例有顯著增長;中等分數(shù)段（60-79分）的人數(shù)和比例有明顯下降趨勢;始終沒有不及格情況出現(xiàn)。由此可見，通過任務驅動法在課程中的實施，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學習效果。

4 結語

根據(jù)“遙感實驗”課程特點和教學目標，設計了“地物光譜數(shù)據(jù)庫的構建”實驗，并以此為例進行了任務驅動教學模式的實踐和探索。學生通過依次打卡任務點，結合師生討論或“生-生”討論，能有序完成實驗，并進行思考和拓展——這個過程激發(fā)了學生的好奇心和學習興趣，培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力。以實驗小組為單位自主開展實驗，教師僅從旁指導關鍵步驟，鍛煉了學生的團隊協(xié)作能力和應變能力。同時，通過多元化的考核方式，培養(yǎng)了學生寫作與口頭表達能力。

項目資助：教育部第二批“三全育人”綜合改革試點院（系）河海大學地球科學與工程學院（項目編號：1071-B19133）;河海大學中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目“亞熱帶典型植物對降水頻次的高光譜響應研究”（項目編號：2019B40614）

參考文獻

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[5] 劉紅梅.任務驅動式案例教學法的構建與應用[J].江蘇高教，2016，（4）：71-73.