蔣 彌， 陳賽楠

（1.中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東珠海 519000；2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 211100）

0 引 言

遙感技術(shù)是一門與現(xiàn)代物理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理學(xué)密切相關(guān)的綜合性探測(cè)技術(shù)［1］，為科研機(jī)構(gòu)或高校培養(yǎng)了大批專業(yè)人才，使其能夠在城市資源、規(guī)劃管理和基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域開展與地理信息相關(guān)的研究工作。合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，作為一種新型遙感手段，已經(jīng)有成熟的獲取與使用方式，然而由于大眾可接觸性和傳播限制，更多的存在于與遙感有關(guān)的專業(yè)教育中［2］。針對(duì)遙感課程普遍存在的內(nèi)容繁復(fù)、體系不明、側(cè)重光學(xué)數(shù)據(jù)、課程理論性強(qiáng)等問題，開設(shè)專門的InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程是有必要的。高校的雷達(dá)通識(shí)教育課程一般作為公共選修課開設(shè)，普及面不廣，注重技術(shù)層面，忽略學(xué)科課程的介紹，不能直接體現(xiàn)課程的性質(zhì)。在全球變化的時(shí)代，材料、能源、人地關(guān)系中的信息流動(dòng)以及地理限制在世界范圍內(nèi)都適用，因此，必須從全球和國家的角度考慮區(qū)域性、可持續(xù)發(fā)展的問題。課程設(shè)計(jì)中的課程引入部分強(qiáng)化了這一概念，加強(qiáng)了全球問題中合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（Interferometric synthetic aperture radar，InSAR）數(shù)據(jù)的應(yīng)用介紹，以科學(xué)思想，大國責(zé)任作為教學(xué)基石使學(xué)生從全球角度考慮區(qū)域問題，能夠發(fā)展其全球意識(shí)和民族意識(shí)。

部分高校已開設(shè)的雷達(dá)課程的主要目標(biāo)只是將SAR影像作為繼文字和地圖之后最直觀的第3 種遙感地理語言進(jìn)行課程講解，本文通過引入Matlab 軟件處理與認(rèn)知延伸相結(jié)合，可以快速提升學(xué)生的地理能力，不僅要讓學(xué)生明確理論知識(shí)，更要根據(jù)就業(yè)市場(chǎng)需求合理安排課程內(nèi)容，增加實(shí)踐操作課程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。利用翻轉(zhuǎn)課堂理念，打破傳統(tǒng)的教學(xué)分離模式，以學(xué)生能接受的方式傳輸知識(shí)，這是進(jìn)行課程改革的初衷［3］。

1 InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，地理信息系統(tǒng)（GIS），遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的綜合利用，已形成了一個(gè)集成的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地球觀測(cè)體系，為科學(xué)研究，政府管理和社會(huì)生產(chǎn)提供了新型觀察手段［4］。在3S 集成化技術(shù)系統(tǒng)中，遙感技術(shù)作為“數(shù)字地球”概念的理論基礎(chǔ)，既是空間數(shù)據(jù)采集和分類的有效工具，又是地理信息系統(tǒng)重要的信息源［5］，為環(huán)境、礦產(chǎn)、海洋、氣象等領(lǐng)域提供大量數(shù)據(jù)。

InSAR技術(shù)與應(yīng)用是遙感專業(yè)課程體系建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)發(fā)展，SAR 影像的分辨率越來越高，數(shù)據(jù)類型也越來越豐富，這些特征對(duì)數(shù)據(jù)處理階段提出了新的挑戰(zhàn)。自然資源部發(fā)布的衛(wèi)星遙感應(yīng)用報(bào)告提出，要加強(qiáng)衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，將遙感技術(shù)轉(zhuǎn)化為自然資源管理賴以支撐的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。面對(duì)科技革命帶來的重大機(jī)遇，高等教育的變革無疑首當(dāng)其沖，從全球范圍來看，高校教育領(lǐng)域?qū)Ω母锏奶剿鞑辉Ｖ?，新的形?shì)下要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系、模式和組織形式必須做出相應(yīng)的變革。InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程可以通過展示與全球和地區(qū)相關(guān)的材料來提高學(xué)生的全球和國家意識(shí)，相較于光學(xué)影像，全天時(shí)全天候的SAR數(shù)據(jù)更是一種值得熟知的地理數(shù)據(jù)。與合成孔徑雷達(dá)相關(guān)的課程一直是高校中的薄弱環(huán)節(jié)，存在著①雷達(dá)專業(yè)課程開設(shè)較少，?；祀s于3S 課程中；②學(xué)生對(duì)合成孔徑雷達(dá)的認(rèn)知性較低；③對(duì)于SAR 數(shù)據(jù)處理缺乏實(shí)際應(yīng)用等幾方面的問題。

鑒于上述情況，重新規(guī)劃設(shè)計(jì)SAR課程體系內(nèi)容與上課形式，建立多層次化的課程體系，創(chuàng)新性地提出在SAR課程中增加理論源起與編程實(shí)踐，可以很好地解決學(xué)生為什么學(xué)、如何學(xué)、學(xué)有何效果的問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過合理組織課程內(nèi)容，將理論知識(shí)教育與具體實(shí)驗(yàn)例子結(jié)合，能夠更高效地培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理實(shí)踐能力。

2 課程教學(xué)改革

1956 年，布盧姆受行為主義和認(rèn)知心理學(xué)的影響對(duì)教育目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分類研究，將認(rèn)知過程分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造6 個(gè)類別［6］。對(duì)照認(rèn)知模型而言，高校教學(xué)體系中的理論教學(xué)對(duì)應(yīng)著知識(shí)的記憶與理解，實(shí)踐教學(xué)則對(duì)應(yīng)著其余更高層次的認(rèn)知維度。認(rèn)知高維度的前提是先認(rèn)知該維度以下的所有低復(fù)雜程度，但同時(shí)6 個(gè)認(rèn)知層級(jí)在復(fù)雜程度上有所重疊，從這個(gè)意義上講，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩者有機(jī)結(jié)合起來才能真正體現(xiàn)教育的本質(zhì)特征，這也是教育改革的重難點(diǎn)。

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教育理念

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程通常由信息傳遞和吸收內(nèi)化兩個(gè)階段構(gòu)成。第1 階段由教師將課程內(nèi)容傳授給學(xué)生，第2 階段由學(xué)生在課后鞏固課堂知識(shí)，由于缺乏交流與互助，在吸收內(nèi)化階段學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)主觀性。借助翻轉(zhuǎn)課堂的理念，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行階段重構(gòu)，能夠有效改善這一問題［7］。

信息時(shí)代的大環(huán)境下，高校學(xué)生熟悉各類電子產(chǎn)品和軟件，InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程作為信息量大，實(shí)用性強(qiáng)的課程，有著大量的素材需要傳輸給學(xué)生。通過建立相關(guān)課程網(wǎng)站，由教師制作短小的視頻精簡(jiǎn)介紹重點(diǎn)知識(shí)，可以在信息傳遞階段增加學(xué)生課前在線視頻輔導(dǎo)［8］。根據(jù)每節(jié)視頻后的相關(guān)問題回答情況設(shè)置反饋專項(xiàng)，既能讓學(xué)生可以重復(fù)觀看，及時(shí)檢測(cè)自己的課前學(xué)習(xí)情況，也能讓教師獲知學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性課堂答疑。課程網(wǎng)站的建立給予教師更多可支配的課堂時(shí)間，相應(yīng)地可以將吸收內(nèi)化階段移至課堂之上，使課堂時(shí)間不僅是用于傳授知識(shí)，更是用來給予機(jī)會(huì)讓學(xué)生之間相互交流，增加學(xué)生和教師個(gè)性化溝通。學(xué)生的課后復(fù)習(xí)和知識(shí)鞏固采用借助教學(xué)視頻的直接指導(dǎo)和建議式學(xué)習(xí)的混合模式，也使得因病或參加活動(dòng)的學(xué)生不會(huì)缺少關(guān)鍵內(nèi)容的學(xué)習(xí)［9］。

2.2 課程導(dǎo)入

對(duì)于一個(gè)日常生活很難接觸的新興學(xué)科，學(xué)生在接受知識(shí)教育的時(shí)候會(huì)自然地存在抵觸，歸根到底是因?yàn)椴荒墚a(chǎn)生自我關(guān)聯(lián)感。InSAR技術(shù)與應(yīng)用相較于其他遙感課程的特點(diǎn)正是其作為新興學(xué)科給學(xué)生帶來的陌生感，為此，在課程導(dǎo)入階段從與理論相關(guān)的背景入手，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。第二次世界大戰(zhàn)中為了預(yù)防敵方戰(zhàn)機(jī)，軍事部門采取向空中發(fā)射和接收電磁波的方式作為雷達(dá)探測(cè)手段，進(jìn)一步發(fā)展出了以電磁波頻譜中的微波作為媒介，利用傳感器接收被觀測(cè)對(duì)象散射特征的新型雷達(dá)技術(shù)，此后經(jīng)過專家學(xué)者多重研究探索，合成孔徑雷達(dá)技術(shù)得以在更多領(lǐng)域應(yīng)用。通過在首節(jié)課程中生動(dòng)引入SAR的起源發(fā)展，而不是直接從數(shù)據(jù)處理的專業(yè)知識(shí)切入能為學(xué)生帶來更好的課程體驗(yàn)［10］。

知識(shí)的學(xué)習(xí)是為了應(yīng)用，合成孔徑雷達(dá)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在生活中的方方面面，引入課程教學(xué)所在地的SAR影像，通過教師課前的處理，可以直觀顯示給學(xué)生近幾十年來的地形沉降現(xiàn)象，讓受眾體會(huì)到雷達(dá)技術(shù)的實(shí)用性。主動(dòng)遙感技術(shù)更多地被使用于自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，地殼形變、滑坡、洪水、巖崩以及水庫誘發(fā)地震監(jiān)測(cè)等均可使用SAR影像進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)［11］。作為全球性的監(jiān)測(cè)工具，撒哈拉沙漠下的古河道的探測(cè)成為SAR數(shù)據(jù)最著名的應(yīng)用實(shí)例，表明微波成像區(qū)別于光學(xué)成像，能有效穿透掩蓋物，獲取地表下信息。通過教師選擇生活區(qū)域周圍的監(jiān)測(cè)實(shí)例以及近期內(nèi)的全球自然災(zāi)害事件進(jìn)行案例講述，能夠使學(xué)生更好地融入課堂，增加其全球意識(shí)與主觀能動(dòng)性；同時(shí)引入由學(xué)生主導(dǎo)的助教專題模式，鼓勵(lì)學(xué)生掌握課堂，成為知識(shí)的主人。

2.3 實(shí)踐教學(xué)

高等教育肩負(fù)著科技興國和人才強(qiáng)國的重任，實(shí)踐教學(xué)作為其難以替代的主要構(gòu)成，在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方面起到了重要作用［12］。在學(xué)生對(duì)SAR有了基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)之后，如何實(shí)際操作進(jìn)行SAR數(shù)據(jù)處理是課程的重點(diǎn)。雖然現(xiàn)有的軟件能夠支撐SAR 影像的基本處理，但依靠軟件進(jìn)行的處理不夠靈活，且會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生思維固化。InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)，學(xué)生可以自由選擇感興趣的課程專題進(jìn)行小組合作，由教師在課程教學(xué)中引入可用于算法開發(fā)和數(shù)據(jù)分析的Matlab 軟件作為數(shù)據(jù)處理輔助工具，與依靠軟件不同，課程引導(dǎo)學(xué)生由Matlab 進(jìn)行同樣功能的處理，既可以處理數(shù)據(jù)，也能增強(qiáng)編程能力，提高創(chuàng)新性［13］。以影像濾波為例，常用的Lee 、Refined Lee等濾波方式在遙感軟件中都有簡(jiǎn)便使用的方式［14］，然而機(jī)械式的使用并不能讓學(xué)生充分理解其原理，課程可以通過講解Lee濾波的原理，半講解半引導(dǎo)式的帶領(lǐng)學(xué)生使用Matlab 軟件編程相同功能的濾波方法，再讓其進(jìn)行方法變化與改進(jìn)嘗試。很多效果優(yōu)良的新型濾波方法都是在前人的基礎(chǔ)上得以改進(jìn)，若是長(zhǎng)期使用軟件，SAR 數(shù)據(jù)處理的改善將難以實(shí)現(xiàn)。

教師根據(jù)就業(yè)市場(chǎng)需求適時(shí)調(diào)整課程規(guī)劃，強(qiáng)化并重視實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)，把實(shí)踐教育作為理論知識(shí)傳授的落腳點(diǎn)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生應(yīng)用編程思維開展SAR數(shù)據(jù)處理的興趣，使學(xué)生充分掌握課程基本理論和數(shù)據(jù)處理方法，從而滿足就業(yè)市場(chǎng)對(duì)高素質(zhì)技術(shù)人才的需求［5］。

2.4 課程交互評(píng)價(jià)

高校立身之本在于立德樹人，良好的師生關(guān)系是教師發(fā)揮教書育人功能的重要生態(tài)條件。普通的灌輸式教育將師生之間隔離開來，僅由教師通過成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，不具備很好的交互性。積極探索并著力構(gòu)建符合新時(shí)代需求的師生關(guān)系，努力打造新時(shí)代教書育人新模式是當(dāng)前我國高校面臨的迫切任務(wù)［15］。課程教學(xué)評(píng)價(jià)指的是對(duì)教學(xué)過程和教學(xué)結(jié)果依據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行價(jià)值判斷的活動(dòng)，是能夠有效研究并改進(jìn)教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)價(jià)值的必備環(huán)節(jié)，即通過閉環(huán)反饋來保證課程教育目標(biāo)的高效達(dá)成。但在我國的傳統(tǒng)教育觀念中，尤其是在實(shí)踐性教學(xué)中，長(zhǎng)期以來存在著重內(nèi)容、重方法、輕評(píng)價(jià)的傾向，這與現(xiàn)代教育所主張的結(jié)果導(dǎo)向的理念格格不入。

從某種程度上，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量依賴培養(yǎng)過程的質(zhì)量，而培養(yǎng)過程必須有監(jiān)督和改進(jìn)機(jī)制即評(píng)價(jià)體系，通過合理的評(píng)價(jià)體系，可以監(jiān)控教學(xué)各環(huán)節(jié)是否有效支撐培養(yǎng)目標(biāo)并不斷改進(jìn)教學(xué)過程和方法使之更加有效支撐培養(yǎng)目標(biāo)。如果說InSAR 技術(shù)與應(yīng)用本身是遙感教學(xué)體系中的薄弱一環(huán)的話，那么課程評(píng)價(jià)就是更需要改進(jìn)的一部分，根本原因在于很多情況下，很多學(xué)校仍然不知道“能力”到底該怎樣考、怎樣評(píng)，評(píng)價(jià)結(jié)果怎么用［16］。評(píng)價(jià)主體應(yīng)包括教學(xué)活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)，具體應(yīng)包括學(xué)生對(duì)每節(jié)課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)生知識(shí)點(diǎn)自我掌握情況、學(xué)生自身對(duì)課程的相關(guān)需求、學(xué)生對(duì)教師上課方式的期待以及教師對(duì)教學(xué)效果達(dá)成情況的自評(píng)和對(duì)每節(jié)課程學(xué)生學(xué)習(xí)情況的評(píng)判。在課程知識(shí)教學(xué)的同時(shí)，及時(shí)獲取師生雙方的交互評(píng)價(jià)，能夠不斷改進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量。

3 課程設(shè)計(jì)

在高校教育體系下必須充分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要想讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)畢業(yè)要求進(jìn)行有效支撐，就需要重構(gòu)課程教學(xué)體系，加大趣味性課程與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)力度，同時(shí)需要構(gòu)建起行之有效的評(píng)價(jià)體系，將課程評(píng)價(jià)滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，為持續(xù)改進(jìn)提供可靠完整的數(shù)據(jù)支撐，以評(píng)價(jià)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革力度，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)提供質(zhì)量保證，所制定的課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案見圖1。

圖1 教學(xué)方案設(shè)計(jì)

3.1 課程目標(biāo)

InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程具有以下目標(biāo)：學(xué)生對(duì)雷達(dá)技術(shù)和遙感體系有明確了解，能夠應(yīng)用SAR圖像認(rèn)知區(qū)域的表面特征，利用SAR圖像信息區(qū)域識(shí)別技術(shù)進(jìn)行初步的災(zāi)害分析，以小組為單位完成所選的課程專題。

3.2 課程管理

建立課程網(wǎng)站作為促進(jìn)師生互動(dòng)的最有效平臺(tái)。InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程網(wǎng)站與課程實(shí)施是同步的，課程網(wǎng)站設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能反映了課程要求，主要包括內(nèi)容瀏覽，信息查詢和發(fā)布課程通知以及動(dòng)態(tài)功能（例如上傳作業(yè)，在線討論和資源共享）［17］，這些功能在促進(jìn)師生溝通和加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)理解方面發(fā)揮著重要作用，在不可抗力造成的傳統(tǒng)教學(xué)暫停期間，也能滿足學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的方式。同時(shí)改革課程考核方式，將傳統(tǒng)考核知識(shí)體系的紙質(zhì)化測(cè)試轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的上機(jī)實(shí)驗(yàn)和小組課題完成形式，突出評(píng)價(jià)主體的多元化以及評(píng)價(jià)內(nèi)容的多維化特點(diǎn)。

3.3 課程建設(shè)計(jì)劃

任何一門課程的成熟建設(shè)都需要長(zhǎng)期艱苦的工作和持續(xù)不斷的完善，即使進(jìn)行了相應(yīng)的課程改革后，也需要不斷更新InSAR技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)計(jì)劃，以保持課程的靈活性與全球范圍內(nèi)的可適性，并對(duì)每學(xué)期的課堂內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，從而避免了簡(jiǎn)單的教學(xué)重復(fù)。對(duì)于輔助教學(xué)，重要的是不斷完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)，使其能夠充分實(shí)現(xiàn)核心功能，不斷引入新的溝通方式，并改善公眾訪問權(quán)限，以擴(kuò)大課程的影響力，這些改進(jìn)都將改善學(xué)生的上課體驗(yàn)。為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，通過建設(shè)并改進(jìn)電子教材，能夠更好地促進(jìn)課前課后學(xué)生的自主預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

4 結(jié) 語

在信息時(shí)代和地理環(huán)境下，實(shí)施普及SAR課程很重要，有助于培養(yǎng)可能適應(yīng)未來社會(huì)需要的高素質(zhì)專業(yè)人才。針對(duì)高校教育中對(duì)專業(yè)雷達(dá)課程開設(shè)不足、傳統(tǒng)授課方式成效不佳的問題，改進(jìn)了InSAR技術(shù)與應(yīng)用課程建設(shè)，輔助以數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)的改善與課程評(píng)價(jià)體系的實(shí)施，多方位實(shí)現(xiàn)高校課程改革，提高學(xué)生主觀能動(dòng)性。從激發(fā)學(xué)生興趣作為切入點(diǎn)，進(jìn)行SAR課程的導(dǎo)入；引入Matlab 應(yīng)用軟件，培養(yǎng)學(xué)生編程能力和數(shù)據(jù)處理技能；吸收國內(nèi)外科學(xué)與技術(shù)研究的最新成果，建設(shè)課程網(wǎng)站，利用視頻，互聯(lián)網(wǎng)和其他類型的公共途徑提供優(yōu)質(zhì)教育資源的自由開放的課程建設(shè)計(jì)劃，為學(xué)生提供最新的科學(xué)知識(shí)。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，根據(jù)雷達(dá)技術(shù)植根于地理學(xué)，但表現(xiàn)出鮮明的地域特征的特點(diǎn)，用具體的區(qū)域?qū)嵗蟠筇岣咂占袄走_(dá)教育課程的水平，將地理學(xué)納入新知識(shí)，新思想，新方法的發(fā)展，符合高校教育改革的大趨勢(shì)。