王 毅，喻 鑫，牛瑞卿

（1.中國地質(zhì)大學（武漢），湖北 武漢 430074）

遙感科學與技術(shù)是在測繪科學、空間科學、電子科學、地球科學、計算機科學以及其學科交叉滲透、相互融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學科，應用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃、防災救災、資源保護、軍事偵察、氣候變化、公共安全等諸多領(lǐng)域[1-2]。地球信息科學與技術(shù)專業(yè)是以地球科學和信息科學為基礎(chǔ)，涵蓋遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)字地球的新興交叉學科，也是一門應用基礎(chǔ)理論解決實際問題的前沿科學。自中國地質(zhì)大學（武漢）“地球信息科學與技術(shù)”專業(yè)開辦以來，遙感類課程一直都是該專業(yè)的主干課程。該專業(yè)發(fā)展至今，教學改革和實踐一直是專業(yè)建設(shè)的核心內(nèi)容[3-7]。然而，遙感類課程實踐教學仍存在問題，一定程度上限制了該學科的發(fā)展。盡管部分高校針對遙感類課程的實踐教學改革已經(jīng)進行了有益探索[8-16]，但如何結(jié)合地球信息科學與技術(shù)專業(yè)遙感類課程教學實習的現(xiàn)狀來借鑒這些行之有效的經(jīng)驗和措施，仍舊面臨著許多挑戰(zhàn)。本文在分析了我校地球信息科學與技術(shù)專業(yè)遙感類課程教學實習現(xiàn)行問題后，從教學內(nèi)容調(diào)整、教學方法優(yōu)化、師資能力提升和實驗室更新4 個方面探索了教學實習改革的具體方案與措施，以期為地球信息技術(shù)人才培養(yǎng)提供參考。

1 課程現(xiàn)狀與問題

表1 提供了本科培養(yǎng)方案遙感類課程教學實習的安排情況。在2003 版本科培養(yǎng)方案中，地球信息科學與技術(shù)系組織全系教師編寫了專業(yè)教學實習大綱，并計劃三年級暑假開展為期5 周的專業(yè)教學實習任務。由于專業(yè)建設(shè)初期方向不明確，作為專業(yè)教學實習的重要組成部分，遙感教學實習的目的、要求、內(nèi)容以及時間安排尚處于摸索階段，其實踐課程教學也缺乏規(guī)范性和系統(tǒng)性。在2007 版本科培養(yǎng)方案中，遙感教學實習得到了完善。在三年級暑期遙感教學綜合實習的基礎(chǔ)上，新增《遙感影像信息學》課程實習（12 學時），主要教授本科生掌握遙感影像解譯與處理的基本過程，完成知識儲備到綜合實習的過渡。在2011 版本科培養(yǎng)方案中，遙感類課程數(shù)目和遙感教學實習課時數(shù)大幅增加，遙感教學實習按照衛(wèi)星傳感器類型細分為多光譜、高分辨率和高光譜3 個方向。此外，新增自主開發(fā)的遙感影像信息提取實驗輔助教學軟件平臺進行算法實踐。在此期間，遙感教學實習的目的、要求和內(nèi)容以及時間安排均趨于合理，其實驗教程則是由擅長相應遙感影像處理方向的專業(yè)教師各自編寫實習指導書來完成教學實習。在2015 版本科培養(yǎng)方案中，遵循學校強化本科生實踐教學和有效提升本科生實踐動手能力的指導方針，本專業(yè)教師在2011 版本科培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，對遙感類課程和專業(yè)教學實習進行了優(yōu)化和整合，去除了內(nèi)容重疊或重復的教學內(nèi)容，增開了多門直接在教學實驗室進行教學的專業(yè)實踐課程，并且系統(tǒng)修訂了遙感專業(yè)實習的指導書。

從表1 可以看到，隨著遙感科學的迅猛發(fā)展和教學改革力度的不斷加大，地球信息科學與技術(shù)專業(yè)遙感類課程教學實習的科學性和合理性不斷增強，教學效果也正在不斷改善，但仍存在以下問題:

表1 各階段本科培養(yǎng)方案遙感類課程教學實習安排

1）教學內(nèi)容缺乏邏輯性和連貫性，且部分內(nèi)容仍存在重疊或重復。由于遙感類課程教學實習服務于多門相關(guān)課程，而每門課程均由不同的專業(yè)教師來建設(shè)，并獨立開展教學實習，因此這些實習之間的聯(lián)系和銜接關(guān)系難以體現(xiàn)。如《遙感導論》、《光學遙感技術(shù)》和《地球信息科學與技術(shù)教學實習》三門課程教學實習均安排使用商業(yè)軟件ENVI 來完成遙感影像的獲取、預處理、信息提取和分析等過程，這些教學內(nèi)容的關(guān)聯(lián)和界限并不清晰，導致部分內(nèi)容重疊。此外，同一門課程中不同的教學實習內(nèi)容也缺乏遙感技術(shù)應用案例的導向。如《遙感導論》課程實習涵蓋遙感圖像輻射校正、幾何校正、圖像增強、多光譜圖像處理和圖像分類等內(nèi)容，但這些內(nèi)容相對獨立，缺少成果導向的理念將它們連接成為整體，從而導致知識體系的零散化和碎片化。

2）教學模式和教學方法與實踐創(chuàng)新的人才培養(yǎng)目標差距較大。實踐教學過程中，指導教師通常先花費大量精力來回顧遙感的基本原理和基礎(chǔ)知識，再通過商業(yè)軟件演示操作過程和實驗結(jié)果，最后布置類似的實驗任務讓學生去驗證。通過實踐教學過程分析，學生在教學實習過程中基本能按時按量完成實訓內(nèi)容，動手能力雖然得到一定的鍛煉，但普遍缺乏創(chuàng)新性思維。教學實習的目的是讓學生理解和掌握各種遙感圖像處理方法的相關(guān)理論，并用所學知識來解決實際的遙感圖像處理任務。目前，市面上的商業(yè)軟件能夠用于遙感影像分析預處理，并提供非常友好、方便的操作界面，但僅通過這些軟件來完成實習任務，往往難以理解復雜的圖像處理方法理論，無法針對實際問題提出有效的解決方案。此外，這些軟件功能相對固定，只能通過軟件升級對其進行新功能和新方法二次開發(fā)。部分大學或科研單位雖然自行開發(fā)了用于教學實習的遙感圖像處理軟件，但它們主要用于演示遙感圖像處理的算法、用戶界面不夠友好。并且，由于軟件的源代碼無法公開且缺乏可擴展性，因此，并不能真正意義上加強學生的實踐創(chuàng)新能力。

2 教學改革實踐

本文立足“學以致用”的基本原則，主要圍繞教學內(nèi)容調(diào)整、教學方法優(yōu)化、師資能力提升和實驗室更新等方面展開探索和實踐創(chuàng)新。

改革教學實習內(nèi)容，編寫專業(yè)實驗教程。遙感類課程教學實習應包含遙感圖像處理的所有環(huán)節(jié)，包括遙感圖像基礎(chǔ)處理、高分辨率遙感影像面向?qū)ο蠓治雠c理解、高光譜遙感數(shù)據(jù)獲取、分析和處理等，旨在指導學生熟悉從遙感數(shù)據(jù)的獲取到數(shù)據(jù)處理以及后期的分析應用整套流程，充分鞏固課堂講解的遙感原理和方法，提高理論知識水平和處理實際應用問題的能力，培養(yǎng)科研創(chuàng)新素質(zhì)。通過教學改革，遙感類課程教學實習主要包括三部分:①軟件使用，利用ENVI進行簡單的問題分析和解決問題，并通過案例式的實驗任務來逐步熟悉遙感數(shù)據(jù)分析與處理的實驗過程；②儀器操作，使用FieldSpec 3 便攜式光譜分析儀進行光譜采集和光譜特征數(shù)據(jù)后處理，并掌握高光譜野外數(shù)據(jù)采集、分析與處理以及高光譜影像和光譜分析的基本原理和方法；③算法實踐，它是軟件儀器操作部分的延展和深化，強調(diào)通過實踐動手和算法設(shè)計來學習、掌握和探索遙感圖像處理方法。作者利用Visual C++編程語言自主開發(fā)教學實習軟件平臺，學生能夠在該平臺下進行代碼編寫來完成實習任務。該平臺不僅使抽象的遙感理論和原理變得生動具體，而且促使學生加深理解遙感影像處理方法和思想，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。在此基礎(chǔ)上，綜合本專業(yè)多年來積累的教學經(jīng)驗和資源，以本專業(yè)教授牽頭，系統(tǒng)撰寫并出版遙感類課程專業(yè)實驗教程，應用于本科教學中。

搭建網(wǎng)絡教學平臺，優(yōu)化教學方法和模式。在專業(yè)實驗教程的基礎(chǔ)上，與企業(yè)合作共同開發(fā)融合計算機技術(shù)、通信技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)及多媒體技術(shù)的網(wǎng)絡教學平臺，將遙感類課程教學內(nèi)容以音頻、視頻、動畫等形式展示給學生。同時，成立遙感類課程實踐教學團隊，制作符合現(xiàn)階段社會需求和行業(yè)發(fā)展的教學實習電子資源和教案，力求課程之間相互聯(lián)系、互為補充，并具有明確的銜接關(guān)系；建設(shè)知識點導圖、習題庫、實習指導資料和遙感技術(shù)應用經(jīng)典案例等教學資源，增加網(wǎng)絡學習的趣味性和互動性，滿足在線開放課程與翻轉(zhuǎn)課堂教學模式改革的要求。為了更好地推動地球信息科學與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)，考慮建設(shè)單獨設(shè)課的遙感實習課程，將各個實習模塊有機聯(lián)系起來，突出課程的系統(tǒng)性和綜合性。在教學過程中，指導教師在充分講解知識點的基礎(chǔ)上，針對性地采取任務驅(qū)動、項目導向、工作環(huán)境真實模擬等方式，實現(xiàn)教、學、做一體的教學模式，引導學生積極思考，并根據(jù)實驗所需的遙感數(shù)據(jù)進行獨立處理、分析、判斷和解決實際問題。依據(jù)課程課時制定合理的考核機制，考察學生每個階段的學習成果，檢驗學生的學習態(tài)度，綜合學生在實習期間的表現(xiàn)、所布置任務完成情況等方面，以不同等級來評定學生實習期成績，并設(shè)置獎懲制度來激發(fā)學生的學習熱情。

加強師資隊伍建設(shè)，完善教師能力提升計劃。專業(yè)教師本身的理論和實踐能力決定著本專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的深度與寬度。教學改革將進一步圍繞“引進來、走出去”的雙向人才培養(yǎng)思路，加快建立完善的教師實踐能力培養(yǎng)方案。一方面，培訓企業(yè)專職或兼職教師的教學能力，彌補本專業(yè)師資的短缺。引進的企業(yè)骨干主要承擔實習、實訓及課程設(shè)計、畢業(yè)完全訓練等教學及指導。另一方面，培養(yǎng)本專業(yè)教師工程實踐能力，打造“雙師型”的師資隊伍，基于學校專業(yè)優(yōu)勢為企業(yè)提供必要的技術(shù)支持。通過外派專職教師到企業(yè)進修或掛職鍛煉、教師走進企業(yè)積極參與企業(yè)工程項目，提高教師的專業(yè)技術(shù)水平和實踐能力。

構(gòu)建基于云桌面的多功能教學實驗室，更新實驗室教學條件。目前，硬件方面，實驗室擁有多臺PC，能夠確保本專業(yè)同一年級兩個自然班的本科生同時進行遙感影像分析與處理教學實習；擁有高光譜成像光譜儀和野外波譜儀各1 臺，能夠為實驗室開設(shè)地物光譜采集與分析實驗、遙感信息提取與反演實驗提供數(shù)據(jù)獲取手段，確保有第一手的實驗資料；服務器1 套，能夠為實驗室開設(shè)遙感類課程教學實習提供硬件上的支持；手持式GPS 9 套，能夠為野外數(shù)據(jù)采集提供位置信息，以及其他一些相關(guān)實驗儀器與設(shè)備。軟件方面，擁有遙感影像處理軟件eCognition developer 和server 各1 套（20 個許可），eCognition 數(shù)據(jù)管理教學系統(tǒng)軟件1 套，ENVI 正版軟件1 套。但是，實驗室內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備老化快、硬件更新維護頻繁、部分PC 已經(jīng)無法正常使用、每臺PC 上各類應用軟件更新升級繁瑣。因此，一方面，考慮采用虛擬化云桌面的解決方案來進行教學實驗室現(xiàn)代化和專業(yè)化建設(shè)，充分滿足本科實驗室教學和科研的要求，為人才培養(yǎng)奠定良好基礎(chǔ)，同時更新目前教學實驗室的運維管理模式和硬件設(shè)備，與現(xiàn)階段本學科發(fā)展要求相適應；另一方面，考慮依托土地資源調(diào)查、自然災害與環(huán)境監(jiān)測及生態(tài)環(huán)境評價等相關(guān)領(lǐng)域校企合作單位，成立“產(chǎn)學研”一體化的多功能實驗室，改善實踐教學環(huán)境，為企業(yè)及社會培養(yǎng)更多地球信息技術(shù)高素質(zhì)人才。

3 改革成效及存在問題

地球信息科學與技術(shù)專業(yè)首先成立了遙感類課程實習教學團隊，該團隊由具有多年教授遙感類相關(guān)課程的專業(yè)教師組成，教學經(jīng)驗豐富、教學效果良好。在教學改革前期準備過程中，教學團隊在系統(tǒng)總結(jié)多年教學和科研經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫并出版了遙感類課程實驗教材，該教材涵蓋了本專業(yè)所有遙感教學實習內(nèi)容，目前正處于試用階段。

此外，教學團隊還完成了遙感類課程教學資源共享網(wǎng)站的詳細規(guī)劃，也正在搜集與整理相關(guān)教學資源，預計該網(wǎng)站今年內(nèi)將上線投入教學使用。學生能夠通過網(wǎng)站上學術(shù)前沿和行業(yè)動態(tài)來進一步拓展遙感技術(shù)與應用的知識視野，也可以通過網(wǎng)站上豐富的教學資源來進一步鞏固和強化課程所涉及的知識點和理論方法。并且還能夠通過手機或電腦來參與師生間的課余溝通與交流。

最后，此次教學改革剛開始進行，相關(guān)教學效果和數(shù)據(jù)分析還未來得及進行統(tǒng)計和分析，其成效還需要時間來進一步驗證。教學團隊會在后期積極搜集相關(guān)教學數(shù)據(jù)，并給予本次教學改革客觀公正的評價，以期有效改善遙感類課程教學實習的教學效果和質(zhì)量。

4 結(jié) 語

遙感類課程教學實習是培養(yǎng)學生遙感技能、提高學生利用遙感技術(shù)解決專業(yè)相關(guān)問題的重要手段與途徑。為適應日新月異的地球信息科學發(fā)展，本文結(jié)合我校地球信息科學與技術(shù)專業(yè)遙感類課程教學實習現(xiàn)狀，提出一系列針對實踐教學的改革措施，包括改革教學實習內(nèi)容，編寫專業(yè)實驗教程；搭建網(wǎng)絡教學平臺，優(yōu)化教學方法和模式；加強師資隊伍建設(shè)，完善教師能力提升計劃；構(gòu)建基于云桌面的多功能教學實驗室，更新實驗室教學條件。期望通過教學改革針對性地培養(yǎng)學生遙感技能、拓寬學生綜合應用的知識，提高學生實踐創(chuàng)新的能力，從而提高課程教學效果和質(zhì)量。