劉 沛

貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550003

實踐教學

遙感實踐教學方法探討

劉 沛

貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550003

遙感技術已廣泛應用于地質、測繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等國土資源調查與動態(tài)監(jiān)測和國土資源規(guī)劃與管理等各個領域。遙感實踐教學是遙感課程的一個重要環(huán)節(jié)。通過對當前遙感實踐教學中存在問題的進行分析，探討了影響實踐教學質量的幾個主要因素，提出了以解決數(shù)據(jù)的代表性、產(chǎn)權和保密問題，并在此基礎上編寫適合各專業(yè)教學大綱教材的教學改革設想和方法，通過多樣的考核方式和相關課程橫向連接的教學手段來提高遙感實踐教學質量。

遙感；實踐教學；教學改革

在我校地學專業(yè)課程安排中，遙感課程中的“遙感地質學”是一門較重要的專業(yè)課程。遙感技術已廣泛應用于地質、測繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等國土資源調查與動態(tài)監(jiān)測和國土資源規(guī)劃與管理等各個領域。遙感對地觀測技術是一種先進的獲取地球空間和屬性信息的重要技術，是空間信息分析和構建數(shù)字地球的基礎①。如何在有限的課時內最大限度地讓學生熟悉和掌握遙感技術，為學生在今后的進一步學習和應用中打下基礎是該課程教學需重點解決的問題。

地球科學是遙感技術產(chǎn)生以來最早與之結合的領域之一。隨著計算機技術的發(fā)展，遙感已是現(xiàn)代地學研究中不可缺少的工具。由于遙感技術理論性和實踐性都很強，其涉及的基礎理論知識也較多，如何在本科教學中準確地把握好“度”，使學生盡快地進入角色，是本課程教學改革研究的一項重要任務。其中的實踐教學環(huán)節(jié)在遙感教學中具有舉足輕重的作用。如何合理安排和設置實踐教學，是遙感教學中需不斷探索和改進的工作。

一、當前本科實踐教學主要突出問題

毫無疑問，對于實踐性較強的遙感課程來說，動手能力的培養(yǎng)至關重要。通過實踐教學鞏固理論知識，是實踐教學需要重點解決的問題。筆者在近幾年的遙感教學實踐中總結目前主要存在的問題如下。

1.理論教學與實踐教學課時安排的合理性問題

遙感類課程涉及的理論知識較多，如何合理安排理論教學與實踐教學課時，對于教學效果有較大的影響。我院地理信息科學專業(yè)開設的“遙感原理與應用”課程為54學時，為保證理論教學內容的完成，目前本課程上機實踐操作課時設為18學時，這對于從未接觸過遙感軟件的學生來說，要通過課堂學習達到熟練操作較為困難。而對于遙感地質學的實踐課程來說，需要進行大量的實踐，才能取得良好的教學效果[1]。以實踐課學習ENVI軟件為例，根據(jù)近幾屆學生學習情況，課程結束后，能較熟練找到常用菜單的學生能達70%以上，而隔一個學期以后，不足30%，這明顯與練習時間太短有關。在有限的實驗學時內，課程內容只是最基本的入門操作（表1）。但如果提高實踐教學課時，將減少理論教學學時，這對教學整體效果勢必會造成影響。

表1 “遙感原理與應用”實驗課程一覽表

2.實踐課程中典型材料的缺乏問題

影響實踐教學效果的另一個主要因素是目前缺乏典型的實驗材料（數(shù)據(jù)）。遙感技術應用一方面需要操作者熟練掌握數(shù)字圖像處理操作方法，熟悉各種數(shù)據(jù)的基本特性；另一方面，需要操作者發(fā)揮主觀能動性，要對不同背景下的對象進行不同方法的處理或不同算法的探討。無論是對本科學生還是碩士研究生，一些典型地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)就顯得極為重要，如不同地貌、不同覆蓋物、不同地質背景等等的數(shù)據(jù)，以及不同分辨率和不同傳感器的數(shù)據(jù)，作為教學用的這些數(shù)據(jù)的收集是非常需要的。目前常見的衛(wèi)星數(shù)據(jù)類型如表2所示。

表2 常見衛(wèi)星類型

除衛(wèi)星數(shù)據(jù)外，一些航空遙感數(shù)據(jù)也需要在教學過程中讓學生認識。這主要包括不同比例尺的全色或彩色航空相片，以及紅外、彩紅外相片。航空側視雷達數(shù)據(jù)等。

由于遙感數(shù)據(jù)的獲取不僅是有償?shù)模疫€涉及知識產(chǎn)權和保密的問題。目前大多數(shù)高校所

?進行實踐教學中的練習數(shù)據(jù)都來自于教師個人的積累，這種依靠個人收集的數(shù)據(jù)多數(shù)都涉及知識產(chǎn)權的問題和測繪資料的保密問題。另外由于各教師數(shù)據(jù)來源的差異，導致收集的數(shù)據(jù)種類單一，這極大地影響到數(shù)據(jù)的完整性和典型性。在教學中，又不可避免地會造成數(shù)據(jù)的外泄，這很容易引起知識產(chǎn)權的糾紛和相關地理數(shù)據(jù)的涉密問題。在高?；蚪萄惺沂占谱饕慌叽硇缘膶嶒炗脭?shù)據(jù)的工作已迫在眉睫。而且隨著時代的發(fā)展，數(shù)據(jù)也在不斷更新。為滿足遙感課程的實踐教學，必須解決數(shù)據(jù)的來源以及所涉及的知識產(chǎn)權問題，從技術上解決好涉密問題。

3.缺少有針對性的實踐教材

由于各個院校專業(yè)培養(yǎng)目標不同，課程設置的結構也各異，編寫一部符合本院校專業(yè)培養(yǎng)方案的有針對性的實踐教材是必要的。目前許多院校都編寫了相關教材或實習講議[2]，但這類教材因局限于各自的教學大綱而缺乏廣泛適用性。為配合課程教學，需要編制一部適應本校專業(yè)教學大綱的有針對性的實驗教材，如我院涉及地理信息科學、資源勘察、環(huán)境科學、水文水資源等專業(yè)，在對不同專業(yè)教學實踐中，尚無一本能整合以上各專業(yè)的實踐指導教材，而編寫這樣一部教材又必須有前述的典型數(shù)據(jù)的支撐。

二、對教學改革的幾點建議

鑒于上述的情況，筆者提出以下幾點認識以供參考。

1.合理分配課程學時

從目前總體的教學安排看，單獨增加遙感課程教學學時不現(xiàn)實，在教學總學時不變的前提下，如何合理安排課程各章節(jié)以及實踐教學學時，是較為現(xiàn)實的解決途徑。

遙感課程涉及的知識面較廣，為最大限度地發(fā)揮教學功能，提高單位學時的授課效率，需對課程教學內容作適度調整，這樣在實驗課程安排上，就要抓重點，針對不同專業(yè)學生設置不同的實驗內容。如對于地理信息科學專業(yè)，實驗重點更應側重于各種基本的圖像處理方法練習；對于土地資源管理專業(yè)實驗重點則應是地表信息的提取方法的學習；而對于地質類專業(yè)學生，實驗中要以圖像的理解和借助地學思維分析地質體的空間特征為主要目的。這樣在有限的實驗課程中，對不同專業(yè)學生，實驗的重點均各不相同。當然最基礎的實驗內容是每個專業(yè)學生需共同掌握的。實驗主要內容歸納如表3。

表3 遙感課程實驗內容一覽表

整合某些理論教學與實踐教學，把某些實踐性較強的理論課放在實驗室中進行，采用邊講解邊操作演示，穿插學生動手的教學方法，兼顧理論教學與實踐教學，這樣可部分解決理論教學與實踐教學學時矛盾。

2.精選一批典型教學數(shù)據(jù)完善教材編制

為了能系統(tǒng)的指導實驗課程教學，組織精選

一批具代表性的不同背景和不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)，并以此組織編寫一部針對性較強的適合我院各專業(yè)教學的較系統(tǒng)的實驗指導教材,以完善遙感課程教學體系。

數(shù)據(jù)的選取必須解決知識產(chǎn)權的問題和資料保密問題。目前我國一些培訓教材中，練習數(shù)據(jù)均選取的是國外數(shù)據(jù)，如在《ENVI影像處理專題與實踐》[3]中，三個練習光盤所涉及數(shù)據(jù)均來源于國外。不利于培養(yǎng)學生對圖像的理解，也給教師教學帶來不便。這類數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)處理練習尚可，但對于進一步的圖像理解和解譯、信息提取教學，顯得抽象空洞。建議在教學資源投入中，適當安排一筆費用，系統(tǒng)收集實驗數(shù)據(jù)，并從技術上解決好數(shù)據(jù)的知識產(chǎn)權和資料的保密問題，作為教學用資源。

知識產(chǎn)權涉及法律上的問題，可依據(jù)相關法律與遙感數(shù)據(jù)提供商共同協(xié)商設法解決，而數(shù)據(jù)的保密則可以采取一些技術的手段來解決。關于這方面具體的技術處理方法，可作為專門課題加以研究，國外的一些成功經(jīng)驗，可以借鑒。解決好數(shù)據(jù)的問題，則實驗指導書的編寫即可順利進行。

根據(jù)筆者數(shù)年來的教學體會，遙感實驗教材（指導書）基礎部分需包含實驗內容如表4所示。

表4 實驗指導書主要內容一覽表

綜合應用練習，根據(jù)課程要求，由學生自行設計工作流程，完成一個綜合性的作業(yè)。方向可以是圖像處理方面，也可以是圖像解譯或信息提取。對于研究生，還可設置一些高級內容如反演操作，定量遙感等。甚至可以設置幾個題目，由不同的小組分別完成。綜合練習的題目和方式可以靈活多樣，主要是通過練習達到培養(yǎng)學生從數(shù)據(jù)收集到成果編輯整個工作流程的操作練習。

總之，實踐課程的目的是通過動手加深學生對理論知識的理解和學會基本的操作方法，學會獨立思考并掌握遙感技術的基本工作流程。

3.改革課程考核方式

實踐課的考核應采取靈活多樣的能體現(xiàn)學生對技術的掌握程度的考核方法。尤其要更多地以綜合測驗的形式考查學生的獨立思考、獨立動手解決問題的能力。有人提出了興趣驅動法的實踐教學改革模式以及自主學習的教學模式，給人以較大啟發(fā)[4-5]。能有效考核學生學習效果的考核方法有很多，如綜合報告形式、分組合作形式、獨立抽題解答形式等。其中選擇一些典型地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，在輔以參考背景資料的前提下，讓學生根據(jù)要求系統(tǒng)地完成數(shù)據(jù)的分析和處理、信息提取和成果制圖，并寫出綜合實驗報告，這樣的考核方式最能體現(xiàn)學生對知識的掌握程度和教學效果。但這種方法必須要有較充足的實踐教學學時的支撐和較系統(tǒng)的單項練習操作。因為綜合報告要全面反映工作流程，其中一個環(huán)節(jié)沒掌握將會影響其思維的完整；分組合作可培養(yǎng)學生團隊合作的能力，充分發(fā)揮每個學生的各自優(yōu)勢，在協(xié)作中達到相互學習的目的，但也有可能造成一個小組僅由某一兩個學生完成所有工作，不利于了解全體同學的實際水平；而獨立抽題的考核方式可避免學生考核中互相抄襲的現(xiàn)象，但考核成績具有隨機性，不易全面考查學生對知識的掌握程度。

可見不同的考核方式各有利弊，具體采用哪種方式，應視教學內容和教學專業(yè)對象靈活選用。筆者傾向于綜合報告的方式考核，在有條件的情況下，可考慮與相關生產(chǎn)和科研單位聯(lián)合，針對具體的項目的解決對學生進行考核，這對于培養(yǎng)學生解決問題的能力是大有幫助的。

4.與相關專業(yè)課連接

遙感作為一門技術，必然要落實于具體的應用對象，要充分發(fā)揮這門技術的優(yōu)勢，不具備相關專業(yè)知識是不可想象的。在遙感課程授課中，尤其是實踐課的授課中，應與各類專業(yè)課程進行連接。與遙感課程相關聯(lián)的課程大致可分為兩類，一類是遙感技術擴展的課程，另一類是遙感技術應用對象的相關課程。前者主要指與遙感密切相關的地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS），

它們通常被稱為“3S”系統(tǒng)，由于幾門學科存在交叉，在課程設置和前后安排上應做好協(xié)調，課程大綱（尤其是實習大綱）編寫要互相顧及。如圖像校正，其理論原理與GIS課程中的柵格數(shù)據(jù)校正是相同的，在實習安排上，應避免重復，可通過兩門課的這類實習加深這方面理論的理解與掌握。在教學實踐中，筆者利用遙感和地理信息系統(tǒng)兩種軟件交叉操作訓練，使學生在這個方面知識的掌握較為牢固，相當一部分學生在畢業(yè)設計中基本上能較熟練應用。

與遙感應用相關的課程范圍較廣，涉及面也較大，面面俱到顯然不現(xiàn)實，可以針對本院相關的專業(yè)進行跨專業(yè)連接。如在地質礦產(chǎn)、土地資源、環(huán)境、水文等學科中的應用，可以結合這些領域的具體科研、生產(chǎn)實例，與各專業(yè)教研室合作制作綜合實驗數(shù)據(jù)，設置實驗專題，模擬生產(chǎn)科研實際應用，使學生較快掌握技術方法，培養(yǎng)解決實際問題的能力。這一方面需要授課教師具備相關的專業(yè)知識，另一方面，尚需在制訂教學計劃時統(tǒng)籌全院各相關課程的教學內容。在給資源勘察專業(yè)學生授課時，筆者嘗試了用貴州省內已完成的區(qū)調成果圖件（包括地理、地質數(shù)據(jù)）作為學生實習數(shù)據(jù)，做各種圖像預處理和交互式解譯練習，這使得實習內容不空洞抽象，學生通過實驗課對相關操作印象較深刻。

三、結束語

遙感實踐教學在遙感教學中有著舉足輕重的作用，如何在有限的教學學時里，達到教學目的，需要在教學資源、學時安排和教學方法諸方面進行不斷探索。針對目前教學中存在的問題，著力解決數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)知識產(chǎn)權和數(shù)據(jù)保密為重點的現(xiàn)實問題，制定一套合理的實踐教學改革方案。教學中連接各相關學科內容，整合學院教學資源。是當前在有限的教學學時下，提高遙感實踐教學質量的較有效途徑。

[1] 田淑芳，鄺生愛.淺析遙感地質學教學方法[J].中國地質教育， 2000，(3)：43-44.

[2] 徐永明.遙感實習課程獨立設課的教學實踐與思考[J].地理空間信息， 2011，(6)：146-147，157.

[3] 趙文吉，段福州，劉曉萌，等.ENVI遙感影像處理專題與實踐[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2007.

[4] 李海英，彭紅春.遙感與GIS教學改革探討[J].淮海工學院學報（社會科學版）， 2011，(22)：87-89

[5] 徐元進.關于“資源遙感實驗”課程教學中學生自主學習能力的研究[J].中國地質教育， 2010，(4)：79-82.

Title: Discussion on Practice Teaching Methods of Remote Sensing

Author(s): LIU Pei

remote sensing; practice teaching; teaching reform.

G642

A

1006-9372 （2014）01-0076-04

2013-11-20。

烏當?shù)刭|教學實習基地數(shù)字化教學平臺研究項目。

劉 沛，男，副教授，主要從事遙感及基礎地質的教學和研究工作。①《中華人民共和國測繪法》，1992年12月28日第七屆全國人民代表大會常務委員會第二十九次會議通過，2002年8月29日第九屆全國人民代表大會常務委員會第二十九次會議通過修訂，2002年12月1日起施行。