姜海玲，張舒涵，田新宇，羅鈕

體驗式教學在遙感數(shù)字圖像處理課程中的實踐

姜海玲，張舒涵，田新宇，羅鈕

（吉林師范大學 旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000）

體驗式教學基于構(gòu)建主義思想，通過模擬情境或體驗真實情境，引導學生真感受、真感悟，突出學生主體性，豐富學生體驗模式，健全學生知識架構(gòu)，從而極大地提升教學效果．遙感數(shù)字圖像處理是地理信息科學、遙感科學與技術(shù)本科專業(yè)的主干課程．針對遙感專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及當前課程教學中存在的問題，以課程中部分教學內(nèi)容為例，從課程特點、教學策略、教學評價等多個角度，探討體驗式教學在遙感數(shù)字圖像處理課程中的實踐應用，為教學內(nèi)容優(yōu)化及遙感類課程建設提供參考．

體驗式教學；遙感數(shù)字圖像處理；地理信息科學專業(yè)；教學改革

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)逐漸成熟，成為國家安全和經(jīng)濟建設不可或缺的重要手段[1]，被廣泛應用到城市規(guī)劃、氣象預報、災害評估等領(lǐng)域．數(shù)字中國、智慧社會的建設、新型數(shù)字基礎設施建設等國家重大戰(zhàn)略發(fā)展離不開遙感技術(shù)的支撐[2]，社會對遙感處理和分析人才的需求日益增加．遙感專業(yè)課程尤其是實踐類課程的改革與建設面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)，如何針對高等教育教學改革和遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀對遙感專業(yè)實踐類課程進行變革，培養(yǎng)社會需要的高層次應用型人才，使其滿足學科發(fā)展和人才培養(yǎng)的雙重需求[3-5]，是值得關(guān)注和探索的．

為提升學生的科學思維，創(chuàng)設良好的課堂氛圍，提出基于情境積極探索、問題導向的體驗式課堂教學，讓學生親歷知識的再創(chuàng)造過程，從中獲得感知體驗，鍛煉邏輯思維能力．對于高等教育而言，體驗式教學是未來的發(fā)展方向．本文以遙感數(shù)字圖像處理課程為例，從課程體系與特點、體驗式教學設計、體驗式教學評價3個方面展開，探究體驗式教學在遙感數(shù)字圖像處理課程中的應用實踐．

1　課程體系與特點

1.1　課程體系

遙感數(shù)字圖像處理是測繪工程、地理信息科學、自然地理與資源環(huán)境和地理空間信息工程等專業(yè)的核心課程[6]，其先導課程是遙感導論、遙感物理基礎、數(shù)字圖像處理、大學計算機基礎，其中前兩門課程旨在讓學生了解什么是遙感，遙感可以解決什么問題；后兩門課程則在說明遙感如何應用于各個領(lǐng)域提供技術(shù)背景支持[7]．先導課程詳細介紹了遙感數(shù)據(jù)的獲取與處理，為后續(xù)學習打下堅實基礎．因此，遙感數(shù)字圖像處理課程的教學內(nèi)容側(cè)重于如何利用遙感圖像來獲取信息，構(gòu)建多階段一體貫通的課程體系．結(jié)合吉林師范大學地理信息科學專業(yè)的實際情況，設計課程內(nèi)容（見圖1）．

圖1　遙感圖像數(shù)字處理課程內(nèi)容

1.2　體驗式課程特點

由于遙感技術(shù)具有信息更新快、內(nèi)容豐富、實踐性與前沿性強等特點，理論教學中，書本不足以涵蓋更新的前沿知識理論，實踐教學模式相對保守，故體驗式教學下的遙感數(shù)字圖像處理課程應遵循的特點為：

1.2.1側(cè)重教學的實踐性相比于其他遙感專業(yè)課程，遙感數(shù)字圖像處理應用廣泛，實用性、綜合性強．體驗式教學應引入與當下教學內(nèi)容相匹配的情景，引起學生的情感共鳴，讓學生親自動手實踐操作，幫助學生迅速準確地理解教學內(nèi)容．從而全面掌握遙感數(shù)字圖像處理的技能與方法、發(fā)展動態(tài)及應用，增強學生利用遙感技術(shù)解決實際問題的能力．

1.2.2側(cè)重教學的創(chuàng)新性傳統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理的教學模式以教師演示為主，學生“機械式”地接受學習，課堂互動氛圍不活躍，在一定程度上束縛了學生的思維．體驗式教學應側(cè)重教學創(chuàng)新性，創(chuàng)設良好的課堂氛圍，引導鼓勵學生在吸收知識的同時，跳出固有思維，開展發(fā)現(xiàn)性學習，久而形成“體驗——探究——感悟”的三維復合教學模式，以鍛煉學生的創(chuàng)新能力[8]．

2　體驗式課程教學設計

2.1　體驗式教學策略

2.1.1創(chuàng)設情境，引發(fā)興趣，激活氣氛在開展體驗式教學的過程中，教師關(guān)注的首要問題就是“如何激發(fā)學生的學習興趣”．傳統(tǒng)的學習模式下，學生逐漸養(yǎng)成了極強的依賴性、被動性，缺乏好奇心與求知欲．體驗式教學更注重學生自主學習，充分發(fā)揮學生閃光點，選擇適合每個學生的學習方式．同時教師根據(jù)不同學生的生理和心理的差異化，巧創(chuàng)趣味性的問題情境[9]，喚醒學生探索的興趣，使其產(chǎn)生自行探究的欲望和主動解決問題的熱情，從而高效完成學習任務．

在實際教學“輻射校正”一節(jié)中，教師融合教材知識點，創(chuàng)設與本節(jié)內(nèi)容緊密相連的故事式問題情境：利用多媒體展示輻射校正前和輻射校正后的2幅遙感影像（見圖2）．在進行遙感圖像處理時，搜集到的影像都有陰影（見圖2a），這顯然對研究不利．但經(jīng)過處理后得到圖2b，并完成了相應研究——這是怎樣處理影像的．創(chuàng)設的情境氛圍寬松自由，學生自然而然地被帶動到課堂上，發(fā)散思維，學習過程更加主動，在掌握知識的同時，訓練和提高了思維能力．

圖2　輻射校正前后遙感影像對比

2.1.2注重實踐體驗，引導學生親歷探究，進行“再創(chuàng)造”以往遙感數(shù)字圖像處理課程的實踐教學通常是機械的模仿，不利于學生發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力．為解決這一問題，教師逐步從“傳授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑д摺?，注重學生的實踐體驗，帶領(lǐng)學生緊緊圍繞遙感數(shù)字圖像處理的教學內(nèi)容展開探究．理論內(nèi)容不作過多的算法推導，集中介紹知識點原理和用途，促使學生在“體驗——感悟——再體驗”的過程中主動完成知識建構(gòu)．在掌握基礎技能的基礎上，擴展知識面，提高科研水平．如在“圖像分割”一節(jié)中，教師設計實驗任務“提取影像上的植被信息”，引導學生回顧植被指數(shù)概念、植被提取流程，利用已學知識構(gòu)建解決方案，調(diào)動學生學習的主觀能動性．學生通過波段計算，選用合適的波段提取植被，對植被信息進行平滑度處理，最終得出植被信息提取圖．在此過程中，師生共同探討如何為植被區(qū)域賦常量值，如何保留非植被區(qū)域的原始圖像以及不同線形組合或波段比值在遙感應用中的指示含義．教師點撥學生在實踐操作中的重難點，指導學生深入探索，從而加深對“植被信息提取”等相關(guān)知識的理解．

2.1.3合作交流，促進知識內(nèi)化在體驗式課堂，教師應把主動權(quán)交給學生，引導他們對設置的論題進行討論或模擬，學生以課堂主體的身份積極參與體驗，在交流中發(fā)掘新認知，習得知識重難點，對課堂所學知識進行拓展延伸，從而促進知識建構(gòu)．教師做好課堂引導與梳理總結(jié)知識的角色，可設置多種體驗模式，激發(fā)學生的參與興趣，打造生動高效的課堂．同時，教師要及時評估學生的學習進程，定期反思學生提出的改進建議，加強課堂師生互動，引導學生在質(zhì)疑、體驗、探究等學習過程中的深度學習；在思維碰撞時深化理解知識，深入交流中解除問題疑惑，形成富有創(chuàng)意的學習結(jié)論，學而善用，用而有效，提升綜合思維．

2.2　體驗式教學的設計思路

體驗式教學的設計思路包括2條主線，即學生和教師．教師結(jié)合課程標準與學習內(nèi)容對學習主體（學生）進行分析，確定體驗式教學目標，而后依照教學目標、教學內(nèi)容設計、教學活動及教學情境實施教學．學生在課堂上體驗情境，敏銳覺察問題，課上或課下積極反饋給教師，通過多種教學評價得到體驗式教學法的教學反饋[10]（見圖3）．

圖3　體驗式教學設計思路

結(jié)合體驗式教學設計的一般思路[11]以及本課程的實際情況，設計教學思路．（1）基于課程內(nèi)容確定認知性目標、技能性目標及體驗性目標；（2）依據(jù)教學目標及教學內(nèi)容，注重課程實踐，結(jié)合理論要點，設計體驗式教學活動和教學情境；（3）根據(jù)課程實際內(nèi)容，從基礎實驗、綜合實驗及研究式實驗3個層次實施體驗式教學；（4）通過問卷調(diào)查、過程性考核、期末考試等方式進行教學效果的評價與反思，落實體驗式教學評價，促進體驗式教學設計的優(yōu)化．

2.3　體驗式教學的實施過程

遙感數(shù)字圖像處理作為一門理論結(jié)合實際的課程，要求學生不僅掌握基本的遙感專業(yè)知識及理論，還應當具備舉一反三的實踐能力，能夠根據(jù)實際情況自主設計和選擇合理的應用方案，解決實際問題．基于此，體驗式教學設計融入遙感數(shù)字圖像處理課程中的實施過程為：

2.3.1確定體驗式教學目標以遙感圖像幾何精校正及遙感圖像分類為例，制定體驗式教學目標（見表1）．

表1　體驗式教學目標的確定

2.3.2設計體驗式教學活動和情境參照教學目標及教學內(nèi)容，設計體驗式教學活動和情境．（1）體驗式教學活動的設計．①基礎實驗學習．基礎實驗學習是實驗課程的基礎．為實現(xiàn)教學內(nèi)容優(yōu)化，以面向?qū)嶒灠咐龖玫幕纠碚撆c方法為教學重點，通過對遙感專業(yè)軟件有關(guān)功能的介紹，幫助學生深化理解知識要點，熟練掌握操作方法，便于學生后續(xù)綜合性專題實驗的學習，培養(yǎng)學生的探究精神．②專題研究性學習．在課程中增設專題研究性學習環(huán)節(jié)，建立以應用案例為主的教學框架，鍛煉學生的綜合素質(zhì)，提升學生對所學內(nèi)容的理解及運用能力，有利于學生把握課程知識脈絡．（2）體驗式教學情境的設計．①根據(jù)生活實際設計情境．將課程內(nèi)容中比較抽象的知識融入到實際生活中，設置實際生活中切實存在的問題情境，便于學生理解抽象、晦澀的概念．如遙感圖像變形的原因之一是鏡頭光學畸變，若給學生直接講解這一名詞含義，學生很難理解．引用生活實例，照相時使用廣角鏡頭，畫面左右兩側(cè)會有肉眼可見的變形，其原理同遙感圖像變形，淺顯易懂．②模擬情境的設計．設計模擬情境，將學生帶入到教師所模擬的情境中．在情境創(chuàng)設中，調(diào)動學生學習主動性，培養(yǎng)學生發(fā)散思維能力．通過教師情景模擬、拋出問題、學生思考回答問題、教師再次追問等良性循環(huán)，達到“體驗式”的效果．如遙感圖像監(jiān)督分類的目的是將不同的地物類型區(qū)分開來，若直接介紹這一圖像的分類方法，學生會覺得過于泛泛，通過模擬情境，拋出現(xiàn)實中涉及遙感圖像監(jiān)督分類（土地利用變化分析）的實例，學生更能深刻理解操作與應用．

2.3.3實施教學參照課程實際內(nèi)容，將實施教學環(huán)節(jié)分為3個層次．（1）基礎實驗．基礎實驗便于學生熟悉和掌握課程內(nèi)容中涉及的各種遙感數(shù)字圖像處理操作，如幾何精校正、圖像的監(jiān)督分類、分辨率融合、圖像的拼接裁剪等．（2）綜合實驗．在整個課程教學過程中，貫穿多個典型案例的講解和示范，旨在培養(yǎng)學生綜合分析問題能力．實驗主題與動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境變化等應用遙感數(shù)字圖像處理課程內(nèi)容切實相關(guān)，包括空間分辨率不同的多景圖像的幾何配準，土地覆蓋遙感分類及其動態(tài)變化分析，利用物候特性的農(nóng)作物高光譜遙感識別與提取，城市熱島效應評估等．具體的案例教學將理論知識完美融合于實際應用中，不僅使學生對其原理與方法有更深層次的理解，系統(tǒng)化地學習掌握處理、解決某類問題的方法，更能激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能，搭建邁向社會實習、工作的橋梁．（3）研究式實驗．為增加學生學習的主動性，在課程的中后期適當安排研究式實驗內(nèi)容，研究主題可為當下的遙感數(shù)字圖像處理的熱點問題，如在軍事領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域的應用等．鼓勵學生自主查閱文獻、搜集數(shù)據(jù)、設計解決方案來完成案例，培養(yǎng)學生的開拓思維，鍛煉學生獨立思考能力，練就更加靈活發(fā)散的思維，讓學生更早地具備自主研究能力．如“水環(huán)境遙感監(jiān)測”案例，水環(huán)境監(jiān)測是基于水質(zhì)的光譜特征分析．學生選取合適研究區(qū)為操作對象，經(jīng)過研究區(qū)的裁剪與拼接，區(qū)分被污染水體與清潔水體的光譜特征，水體指數(shù)的應用，基于遙感影像水質(zhì)狀況定性監(jiān)測，水質(zhì)參數(shù)定量反演等流程，實現(xiàn)完整的遙感數(shù)字圖像處理．學生在實驗中獨立思考，獨立研判，實驗內(nèi)容與日常息息相關(guān)，提升學生學習的積極性與好奇心．

在實驗中教師挖掘有能力、有想法的學生，鼓勵其積極參加省市級或國家級等多項大學生科研創(chuàng)新項目，如大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、挑戰(zhàn)者杯、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等系列比賽，申報遙感類相關(guān)課題，并給予專業(yè)指導．通過課題研究的方式，進一步提升學生的科研創(chuàng)新能力．

3　體驗式課程教學評價與考核

教學評價是體驗式教學的重要組成部分，不僅能對體驗式的教學效果做出整體式分析，同時還能夠為體驗式教學提供即時的信息反饋，確保體驗式教學的有效實施．結(jié)合遙感數(shù)字圖像處理課程實際，通過期末考試、調(diào)查問卷、案例報告等方式全方位多角度了解教學效果，為教學內(nèi)容調(diào)整做基礎．教師通過接收課堂反饋，及時反思教學過程中的不足之處，以提升教學效率．

3.1　問卷調(diào)查式評價

為了促進課程建設，改進教學工作，提高課堂研討深度，在體驗式教學中，可以組織學生填寫問卷調(diào)查，對課程整體水平做出較為公正、客觀的評價，作為評判教學質(zhì)量與教學效果的手段，從而綜合評判學生的學習效果．針對課程設計的調(diào)查問卷（見表2），對關(guān)于遙感數(shù)字圖像處理課程的課程感知的描述做出選擇，并從非常滿意、比較滿意、一般滿意、不太滿意、不滿意5個評價等級進行評分．

表2　遙感數(shù)字圖像處理課程調(diào)查問卷

3.2　過程性考核

傳統(tǒng)教學模式下的課程考核僅憑借單一試卷打分評判學生的知識掌握程度．介于遙感數(shù)字圖像處理課程技術(shù)性、實踐性強的特點，制訂面向?qū)嵺`教學的多元化過程性考核方式[12]，全面、系統(tǒng)、客觀地評價學生．對于理論性課程（如遙感相關(guān)軟件介紹、幾何校正、圖像分割、圖像分類等）采用課堂表現(xiàn)評分與出勤情況結(jié)合的方式考核，一方面考核學生的聽課態(tài)度；另一方面便于學生回顧所學知識．對于綜合型的實驗性課程（如土地動態(tài)變化分析、水環(huán)境遙感監(jiān)測、植被物候變化遙感分析等）采用學生課堂參與度、討論度評分和課后實驗報告評分相結(jié)合的方式．相比于單一理論知識考核，綜合型的實踐考核從多方面評判學生對知識點的理解程度，考核其獨立思考能力、發(fā)散思維能力，鍛煉學生實踐操作能力，提高研判問題線索、分析解決問題能力，能更為有效地反映學生在遙感數(shù)字圖像處理課程的整體學習狀態(tài)，從而促進學生進行自我評價與自我反思．課程在教學過程中的考核評分標準見表3．

表3　遙感數(shù)字圖像處理過程性考核評分標準

3.3　教學效果

相較以往，實施體驗式課程教學后，學生整體成績普遍上升，綜合能力顯著提高．通過成績可以看出，（1）學生已基本掌握遙感數(shù)字圖像處理相關(guān)的基本理論與技能，形成完整的遙感知識體系；（2）學生接受良好的科學思維與科學方法的訓練，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力有所提高；（3）學生經(jīng)過綜合性實驗訓練、科研項目的錘煉后，更具創(chuàng)新意識、發(fā)散思維以及團隊協(xié)作的能力．

4　結(jié)語

在現(xiàn)階段本科院校逐步向應用型高校整體轉(zhuǎn)型，遙感技術(shù)在國土、軍事、農(nóng)業(yè)、氣象等多個重要領(lǐng)域發(fā)揮作用的大背景下，本文針對遙感數(shù)字圖像處理課程的教學內(nèi)容和方法提出探索與思考，結(jié)合企業(yè)單位對遙感人才培養(yǎng)的要求及教育部高等教育司印發(fā)關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知，促進高校面向地方和行業(yè)發(fā)展需求培養(yǎng)人才，提升學生的技術(shù)技能、就業(yè)質(zhì)量、創(chuàng)業(yè)能力．通過分析以往教學中的問題，從教學策略、教學設計、教學評價3個方面面向應用型人才培養(yǎng)，設計體驗式課程內(nèi)容，有效解決了當下學生情感體驗匱乏、社會實踐不足、教學效果不盡如人意等問題，使學生在學習過程中始終保持思維活躍，著力培養(yǎng)學生實踐動手能力、創(chuàng)新思維意識，使之具有較強的遙感實踐能力，以更好地滿足學科發(fā)展和人才培養(yǎng)的雙重需求．在今后的教學過程中，可推動產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新，尋求校企合作共贏，構(gòu)建產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)新模式．

[1] 徐永明，祝善友．《遙感數(shù)字圖像處理》課程實踐教學改革與探索[J]．地理空間信息，2022，20（8）：155-157．

[2] 童慶禧．與遙感發(fā)展同行：紀念《遙感學報》更名25周年[J]．遙感學報，2021，25（1）：1-14．

[3] 李剛，秦昆，萬幼川．新工科背景下遙感實驗教學CDIO-OBE模式改革[J]．測繪通報，2019，507（6）：140-145，151．

[4] 劉建國，段炬霞，劉學工．體驗式教學在MySQL課程中應用探索[J]．電腦知識與技術(shù)，2021，17（9）：121-122．

[5] 王玉．遙感數(shù)字圖像處理實踐教學改革探討[J]．教育現(xiàn)代化，2020，7（47）：59-61．

[6] 周軍其，劉亞文，王樹根，等．《遙感圖像解譯》課程教學設計探討[J]．測繪地理信息，2019，44（5）：124-126．

[7] 黃昕，李家藝．人工智能：遙感大數(shù)據(jù)時代的《遙感圖像智能解譯》課程教學設計與思考[J]．測繪地理信息，2022，47（增刊1）：219-222．

[8] 盛春榮，沈國明，蔣云兵．新課程與體驗式教學[M]．杭州：浙江工商大學出版社，2018：10．

[9] 周偉波，潘仕恒．以體驗式教學促進物理觀念的構(gòu)建[J]．課程?教材?教法，2021，41（6）：110-115．

[10] 畢蕾．PBL結(jié)合體驗式教學法的應用探討：以《管理學》課程為例[J]．科技視界，2019（25）：122-123．

[11] 鄭金洲．體驗教學[M]．福州：福建教育出版社，2005：4．

[12] 馬義娟，蘇映丹，李長青，等．基于地理實踐力培養(yǎng)的高師地理綜合實習探究[J]．教育理論與實踐，2022，42（15）：55-59．

Practical of experiential teaching in the course of remote sensing digital image processing

JIANG Hailing，ZHANG Shuhan，TIAN Xinyu，LUO Niu

（School of Tourist and Geoscience，Jilin Normal University，Siping 136000，China）

Experiential teaching is based on constructivist thinking，through simulated situations or experiencing real situations，guiding students to truly feel and feel，highlighting students′ subjectivity，enriching students′ experience modes，and improving students′ knowledge structure，thereby greatly improving teaching effects．Remote sensing digital image processing is the main course of the undergraduate major of geographic information science，remote sensing science and technology．Aiming at the development status of remote sensing major and the existing problems in the current course teaching．Takes part of the teaching content of the course as an example，from the aspects of course characteristics，teaching strategies and teaching evaluation，discusses the practical application of experiential teaching in the course of remote sensing digital image processing，and provides reference for the optimization of teaching content and the construction of remote sensing courses．

experiential teaching；remote sensing digital image processing；geographic information science；teaching reform

1007-9831（2023）09-0105-06

P23∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.09.022

2023-04-25

2021年吉林省高等教育教學改革研究課題（JLJY202118770815）——面向PIE2021首套實踐教材的《遙感數(shù)字圖像處理》體驗式課程建設與實踐的階段性成果；教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（220802313193622）；國家自然科學基金項目（41701424）

姜海玲（1986-），女，吉林敦化人，副教授，博士，從事農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)提取、高光譜智能觀測研究．E-mail：jianghl1107@163.com