蔡宏

【摘 要】本文針對(duì)遙感原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)、筆者總結(jié)了在多年教學(xué)過程中特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，并針對(duì)這些這些問題在教學(xué)方法和提高教學(xué)質(zhì)量方面進(jìn)行深入思考和探索。提出在課程安排上，理論課程與實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)交替安排，內(nèi)容同步進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)設(shè)置上，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與提高綜合型實(shí)驗(yàn)及研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，遙感實(shí)驗(yàn)還應(yīng)與GIS（地理信息系統(tǒng)）和Photoshop相結(jié)合；實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊對(duì)比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號(hào)，制作屬于自己的軟件操作手冊(cè)。

【關(guān)鍵詞】遙感原理與應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)課程；本科生教學(xué)

【Abstract】Aiming to characteristics of principle and application of remote sensing courses and my own experiences in the teaching process as well as the problems of the college students in the previous studying， the author conducted in-depth thinking focused on teaching curricula and useful exploration of teaching methods. This paper proposed that： the theory course and laboratory course must be alternately arranged and the content need to go hand-in-hand； as setting experiment， the verification experiment must be combined with the comprehensive improving experiment and researching design experiment， the RS experiment should also combine with GIS and Photoshop； in the experiment teaching process， the teacher must guide the students to compare and summarize during the experimenting， and the students should make their own software manual with the form and symbol that they could understand.

【Key words】Principle and application of remote sensing； Laboratory course； Undergraduate teaching

遙感是根據(jù)地物電磁波理論發(fā)展起來的遠(yuǎn)距離探測(cè)技術(shù)，是藝術(shù)與科學(xué)的結(jié)合[1]。地球信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中有許多重要的生物物理信息、土地利用/土地覆被信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息都來自于對(duì)遙感數(shù)據(jù)的分析和提取。作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的數(shù)據(jù)源，遙感已廣泛的應(yīng)用于地質(zhì)、礦產(chǎn)、環(huán)境、農(nóng)林、氣象、測(cè)繪及其他多領(lǐng)域?！哆b感原理與應(yīng)用》課程是目前很多高校相關(guān)專業(yè)學(xué)生了解和掌握遙感技術(shù)的首選和基本課程。而這門課程當(dāng)中包含著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)原理和數(shù)學(xué)理論，理論性強(qiáng)、概念抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來覺得較枯燥、學(xué)習(xí)難度大、學(xué)習(xí)效果不好。因此本文結(jié)合多年的教學(xué)認(rèn)識(shí)和體會(huì)，總結(jié)存在的問題并提出改進(jìn)方法。

1 遙感原理與應(yīng)用課程的特點(diǎn)

遙感原理與應(yīng)用課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的工具型學(xué)科，該課程的教學(xué)目的在于使學(xué)生掌握遙感技術(shù)的基本理論知識(shí)、常用遙感數(shù)據(jù)的特征和應(yīng)用、信息提取方法等，并能在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際問題，適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要[2]。要達(dá)到這個(gè)目的就要求學(xué)生除了具備光譜物理、高等數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、測(cè)量學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)還要了解土地、地質(zhì)、資源、環(huán)境、城市等多領(lǐng)域知識(shí)，才能準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)奶崛〕鲞m用信息。作為一種多學(xué)科交叉的實(shí)踐性科學(xué)，還需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，通過實(shí)驗(yàn)課程使學(xué)生掌握基本遙感圖像處理方法、理解為什么能用遙感圖像判別地球表面物體的屬性及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、掌握地物電磁波譜基本特征、了解遙感技術(shù)的一般應(yīng)用。

2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

本文作者在多年來該課程的教學(xué)，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，總結(jié)了如下問題：

2.1 學(xué)生在軟件操作時(shí)與理論課上講授的相關(guān)方法原理無法銜接

很多學(xué)校處于對(duì)教室和機(jī)房安排的便利性考慮，多是將理論課和實(shí)驗(yàn)課分開安排，先上理論課，待理論課程全部結(jié)束后，再統(tǒng)一到機(jī)房上實(shí)驗(yàn)課。這樣安排的弊端是學(xué)生在操作軟件時(shí)與理論課上講授的相關(guān)方法原理無法銜接。分析其原因，其一是由于時(shí)間間隔太長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)課上機(jī)時(shí)已經(jīng)忘記了理論課教授的具體算法和原理；其二是由于常用遙感圖像處理軟件將各種算法都集成在的后臺(tái)運(yùn)行，操作時(shí)只是點(diǎn)一下某一命令項(xiàng)，而對(duì)運(yùn)算方程和過程并不可見，這導(dǎo)致學(xué)生不易將命令項(xiàng)與理論方程聯(lián)系起來。

2.2 雖然經(jīng)過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，但學(xué)生對(duì)各部分內(nèi)容掌握較孤立，無法自己解決實(shí)際問題，導(dǎo)致在做畢業(yè)論文或面對(duì)課題時(shí)不知如何下手

實(shí)驗(yàn)課程中由于受到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，很多實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)通常是孤立的完成一個(gè)具體操作環(huán)節(jié)，而綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)較少。這樣導(dǎo)致學(xué)生對(duì)各部分內(nèi)容的掌握較為孤立，沒有一個(gè)解決實(shí)際問題的系統(tǒng)的、宏觀的視角和思路。

2.3 打開實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班照著做，合上書本就不會(huì)做。對(duì)于不同的參數(shù)按鈕起什么作用、做出什么樣的效果一頭霧水

實(shí)驗(yàn)課程中很多學(xué)生都是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟，照著做出結(jié)果并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，缺乏思考和總結(jié)。搞不清楚什么參數(shù)該用于什么情況下，某些選項(xiàng)選擇與否對(duì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響。這樣造成的結(jié)果是，學(xué)生對(duì)軟件操作和運(yùn)算原理一知半解，貌似能做出一個(gè)結(jié)果，但卻無法保證自己做出結(jié)果的精確性和準(zhǔn)確度。

3 改進(jìn)的教學(xué)方法

3.1 理論課程與實(shí)驗(yàn)課程交替安排，內(nèi)容同步進(jìn)行

在講授理論課的同時(shí)就要引入軟件示范，以典型地物光譜曲線為例，例如在講到植被的光譜特征時(shí)，同時(shí)在ERDAS中或者ENVI中，聯(lián)動(dòng)顯示健康植被的影像特征和光譜曲線。又如在講述投影時(shí)，可在軟件中同步演示坐標(biāo)系統(tǒng)和投影的設(shè)置，及坐標(biāo)系統(tǒng)的自定義方法，這樣將有助于將抽象概念具象化，幫助學(xué)生對(duì)抽象概念進(jìn)一步深入了解。又如，在講述各種圖像增強(qiáng)算法的原理時(shí)，可在軟件上對(duì)一具體實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行同步演示操作，可讓學(xué)生直觀感受到各種不同原理的算法在提取不同類信息上的優(yōu)劣。

3.2 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與提高綜合型實(shí)驗(yàn)及研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

遙感實(shí)驗(yàn)的設(shè)置基本上是按照對(duì)圖像處理的流程，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是解決一個(gè)單獨(dú)環(huán)節(jié)問題的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如幾何校正、圖像增強(qiáng)、監(jiān)督/非監(jiān)督分類等；綜合合性實(shí)驗(yàn)是幾個(gè)單獨(dú)環(huán)節(jié)的綜合應(yīng)用，如圖像預(yù)處理綜合實(shí)驗(yàn)，它包含了大氣校正、幾何精校正、拼接裁剪；而研究性實(shí)驗(yàn)，是針對(duì)一個(gè)具體的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)據(jù)源的選擇、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、到輻射校正、幾何校正/配準(zhǔn)、再到研究區(qū)域的裁剪或拼接、分類提取、最后統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息并出圖。例如我設(shè)置的一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)“某地區(qū)10年來生態(tài)環(huán)境變化遙感調(diào)查”，首先通過提問回答的形式引導(dǎo)學(xué)生自己思考，確定工作流程并畫出技術(shù)路線圖。先明確要做成多大比例尺的成果圖件，確定數(shù)據(jù)源、軌道號(hào)及研究區(qū)涉及到幾景影像，查詢并下載符合時(shí)間跨度、云覆蓋較少、質(zhì)量好、將近在同一季節(jié)成像的研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)；再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，分別進(jìn)行大氣校正、幾何精校正、不同時(shí)相間的嚴(yán)格配準(zhǔn)、及兩景數(shù)據(jù)間的無縫拼接和研究區(qū)范圍裁剪；然后分別提取兩個(gè)時(shí)相的植被覆蓋度（指數(shù)運(yùn)算）、水體和土地利用分類；再作遙感變化檢測(cè)并進(jìn)行變化情況統(tǒng)計(jì)；最后制作圖件。在整個(gè)過程中鼓勵(lì)同學(xué)之間相互討論和對(duì)老師提問，經(jīng)過這個(gè)過程的訓(xùn)練，當(dāng)學(xué)生面臨一個(gè)實(shí)際課題或問題時(shí)才知道該如何下手。故在實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)中應(yīng)將驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與提高綜合型實(shí)驗(yàn)及研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相搭配、相結(jié)合對(duì)提高教學(xué)效果有很大幫助。

3.3 引導(dǎo)學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊對(duì)比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號(hào)，制作屬于自己的軟件操作手冊(cè)

在實(shí)驗(yàn)課中講述每種參數(shù)的不同用途，并鼓勵(lì)學(xué)生嘗試用每種不同參數(shù)做出不同結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行比較，通過反復(fù)實(shí)踐和查閱文獻(xiàn)，總結(jié)出不同算法的適用范圍和適用情況，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中予以體現(xiàn)。在反復(fù)的操作實(shí)踐中引導(dǎo)學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊對(duì)比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號(hào)，制作屬于自己的軟件操作手冊(cè)。在這個(gè)比較和總結(jié)的過程中，首先加深了對(duì)遙感圖像處理軟件操作和計(jì)算原理的理解；其次，學(xué)生們通過反復(fù)實(shí)踐和比較，總結(jié)了各實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)的適用情況，這樣可有效保證所做結(jié)果的精確度和有效性。

3.4 遙感實(shí)驗(yàn)還應(yīng)與GIS和Photoshop相結(jié)合

遙感是高效可靠的數(shù)據(jù)獲取手段，而GIS作為強(qiáng)大的存儲(chǔ)、管理和空間分析平臺(tái)，成為遙感的合理延伸，實(shí)際應(yīng)用中他們無時(shí)不刻的緊密結(jié)合在一起。例如，做流域尺度的研究，首先就要確定準(zhǔn)確的流域邊界，GIS中通過DEM和水文分析可較為準(zhǔn)確的提取到流域邊界。在遙感實(shí)驗(yàn)中可以設(shè)置一些綜合性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)遙感類軟件和GIS類軟件的不同側(cè)重點(diǎn)，并在解決實(shí)際問題的不同階段將他們組合應(yīng)用起來。

Photoshop是一種國際通用的圖像處理工具，在遙感影像圖像處理過程中，其可以作為常用遙感圖像處理軟件的有效補(bǔ)充，其操作簡(jiǎn)便、圖像處理工具齊全、處理效果好，特別有助于提高影像的目視解譯和出圖效果，在遙感影像的色階調(diào)整、色彩匹配和色彩平衡方面，已被廣泛應(yīng)用；另外，對(duì)于一些要求不高的柵格底圖拼接、校正、及格式轉(zhuǎn)換方面，它比遙感圖像處理軟件更高效、便捷、直觀。故在遙感實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，有必要設(shè)計(jì)與Photoshop軟件結(jié)合的綜合實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)語

遙感原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程定位在學(xué)生的專業(yè)技能培養(yǎng)和實(shí)際操作訓(xùn)練上。教學(xué)內(nèi)容和方法上應(yīng)該強(qiáng)調(diào)概念與實(shí)踐并重，實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用相結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)效果。本文對(duì)多年在該課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，并具體針對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)課，就如何提高學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)具有較強(qiáng)動(dòng)手能力和綜合能力的專業(yè)人才，行了深入思考和探索并提出了幾點(diǎn)有效的教學(xué)改進(jìn)方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]梅安新，等.遙感導(dǎo)論[M].高等教育出版社，2001.

[2]孫家柄.遙感原理與應(yīng)用（附彩圖）[M].武漢大學(xué)出版社，2003.

[3]盧曉峰，劉春國.《遙感原理與應(yīng)用》教學(xué)方法的探討[J].地理空間信息，2011，9（4）：162-164.

[4]競(jìng)霞，胡榮明，琚存勇.《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式改革探討[J].信息系統(tǒng)工程，2013，6（20）：157-160.

[5]李政濤.從教學(xué)方法到教學(xué)方法論[J].教育理論與實(shí)踐，2008，38（11）：32-36.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]