佘寶 余學(xué)祥

摘 要 “定量遙感”是遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的重要課程，作為新興專業(yè)，其課程體系仍不夠完善，面臨合適的參考教材匱乏、內(nèi)容廣泛且難度大、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、考試通過率低等問題。然而定量遙感是遙感學(xué)科的前沿和發(fā)展趨勢，在遙感專業(yè)本科教學(xué)中具有難以取代的地位。本文就教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、教學(xué)方法改革、定量分析理念的養(yǎng)成、實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)反饋、課程考試等幾個方面展開討論，并結(jié)合本人的教學(xué)經(jīng)歷提出個人的見解和一些建議，有助于推動“定量遙感”課程教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)的改革和進(jìn)一步完善，使之更加適應(yīng)本科生培養(yǎng)的要求。

關(guān)鍵詞 定量遙感 本科教學(xué) 專業(yè)課程

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.05.053

Abstract "Quantitative Remote Sensing" is an important professional course for undergraduate major in remote sensing science and technology. As an emerging major， its curriculum system is still imperfect， facing such problems as the shortage of suitable textbooks， comprehensive and difficult teaching content， lack of learning interest among students， low pass rate of examination， etc. However， positioning in the frontier field of remote sensing， quantitative remote sensing is an inevitable trend in the development of this discipline， which has an irreplaceable position and function in undergraduate teaching. This paper discusses the following issues involving teaching content arrangement， teaching method improvement， cultivating the concept of quantitative analysis， practice session， teaching feedback and course exams. Some personal opinions and suggestions are provided based on previous teaching experience， which may help promote reform and further refinement of the teaching of "Quantitative Remote Sensing"， to make it more suitable for the requirements of undergraduate education.

Keywords quantitative remote sensing; undergraduate education; professional course

0 引言

遙感具有客觀、高效、信息豐富和低成本等優(yōu)勢，是空間信息科學(xué)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，作為地學(xué)信息獲取與空間信息更新的重要技術(shù)手段，已被廣泛應(yīng)用于政府各部門以及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的眾多行業(yè)之中。遙感學(xué)科在我國起步較晚，但發(fā)展十分迅速，隨著社會對遙感專業(yè)人才需求的不斷增加，國內(nèi)有一批院校，如武漢大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東科技大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、長安大學(xué)、安徽理工大學(xué)等相繼開設(shè)了“遙感科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)。作為一個新興的專業(yè)，以往的經(jīng)驗積累較少，其課程體系設(shè)置仍然存在較多不完善之處，教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法的探索與改革也越來越受到各教育機(jī)構(gòu)和高校教師的重視。[1]

“定量遙感”為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的必修課程，內(nèi)容涉及十分廣泛，兼顧基礎(chǔ)與前沿、理論與實踐，課時及學(xué)分分配上占據(jù)較大比重，在專業(yè)課程教學(xué)中具有十分重要地位，其教學(xué)效果的好壞直接關(guān)系到學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，以及本專業(yè)未來的發(fā)展形勢?！岸窟b感”由于自身獨特的定位，該課程的教學(xué)仍面臨較多困難和挑戰(zhàn)，也存在諸多問題：

（1）參考教材相對較少，沒有面向本科生的專門教材。目前參考教材主要選取的是梁順林等編寫的《定量遙感》及《定量遙感：理念與算法》，[2-3]兩本教材雖經(jīng)典、切合本課程，然而其受眾主要為科學(xué)研究人員和研究生，并不適合于本科生的知識層次和接受水平。近些年也有一批新的參考資料或書籍不斷涌現(xiàn)，如柳欽火等《定量遙感模型、應(yīng)用及不確定性研究》、張仁華《定量遙感若干關(guān)鍵科學(xué)問題研究》、李增元等《復(fù)雜地表定量遙感模型與反演》、秦其明等《農(nóng)田定量遙感：理論、方法與應(yīng)用》，以及劉良云《植被定量遙感原理與應(yīng)用》，[4-8]然而這些書籍仍未脫離前述框架，有的甚至明確定義為研究生教材。

（2）內(nèi)容廣泛、難度大，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣總體不高。本門課程不僅涉及的內(nèi)容多，而且理論性很強(qiáng)，公式與數(shù)學(xué)模型較多，內(nèi)容顯得較為枯燥乏味。此前學(xué)生只學(xué)習(xí)過“遙感導(dǎo)論”“遙感物理”等基礎(chǔ)專業(yè)課程，接觸到“定量遙感”之后，其深度和信息量呈現(xiàn)跨越式增加，面對如此深奧和晦澀難懂的課程，很多學(xué)生難以跟上教學(xué)的節(jié)奏，也不能及時消化課上所學(xué)內(nèi)容，結(jié)果問題越積累越多，久而久之則產(chǎn)生厭學(xué)情緒，甚至自暴自棄。

（3）試題難度難以把握，考試通過率低。由于本科教學(xué)中以學(xué)生為主體，教師主要擔(dān)當(dāng)引導(dǎo)者的角色，應(yīng)避免填鴨式、滿堂灌這樣的知識傳授方式。對于特定專業(yè)問題，授課教師通常不宜直接給出答案然后讓學(xué)生死記硬背，而宜給學(xué)生預(yù)留出足夠的思考和自由發(fā)揮空間;另一方面，本門課程較高的學(xué)習(xí)難度著實成為教學(xué)效果的一大挑戰(zhàn)，很多時候受制于自身有限的知識積累，學(xué)生迫切希望得到明確的答案，或者被告知哪些內(nèi)容需要重點掌握，因此在教學(xué)過程中很難在二者之間取得平衡。此外，很多學(xué)生在復(fù)習(xí)時無法把握課程的重點，一把抓式學(xué)習(xí)，重要章節(jié)和重要知識點不能準(zhǔn)確判斷，在考試中也不會主動思考并分清問題的主次，所答非所問，以及舍本逐末等現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致本門課程考試的通過率較低。

1 定量遙感課程的特色

定量遙感定位于遙感領(lǐng)域的前沿及熱點，是遙感學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。無論從傳感器的設(shè)計，還是到具體的應(yīng)用領(lǐng)域，無不呈現(xiàn)出定量化的發(fā)展趨勢。遙感從定性判斷跨越到定量反演，體現(xiàn)了各行業(yè)對于遙感實現(xiàn)量化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測的現(xiàn)實需求，并且期望獲得更為準(zhǔn)確和客觀的結(jié)果。例如針對干旱的評估，傳統(tǒng)的定性分析只能精確到是否發(fā)生干旱以及概略的災(zāi)情程度分級（無干旱、輕度、中度、重度干旱），而定量遙感則能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍土壤濕度（通常為體積含水量）的監(jiān)測，從而客觀地評估土壤的缺水程度，這也反映出人們認(rèn)識的深入和需求層次的提升。

科學(xué)研究性定位明顯，注重科學(xué)思維的培養(yǎng)。定量遙感多聚焦學(xué)科前沿與熱點領(lǐng)域，著眼于科學(xué)問題，科學(xué)研究屬性明確，兼顧在各行業(yè)的實際應(yīng)用，而反演模型是定量遙感的核心，通常涉及到一整套復(fù)雜的理論體系，是多學(xué)科交叉融合的結(jié)果，尤其是物理模型。此外，鮮明的科學(xué)屬性也決定了在教學(xué)過程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，學(xué)會從定量分析的角度來看待問題、探索科學(xué)問題的解決思路。

內(nèi)容多、涉及面廣，理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大。從大氣到地表，從陸地到海洋，從物質(zhì)到能量，定量遙感涵蓋地球系統(tǒng)中大氣、植被、土壤、水循環(huán)、太陽輻射、地表熱量等諸多方面，探測手段包括可見光與近紅外、熱紅外、主被動微波、激光雷達(dá)等，內(nèi)容十分廣泛和全面。同時定量遙感涉及到多個前沿方向，如尺度效應(yīng)、真實性檢驗、空間不確定性、時空大數(shù)據(jù)挖掘、多源數(shù)據(jù)融合等。[9]本課程課時多、信息量巨大，公式和數(shù)學(xué)模型眾多，理論深奧、抽象，學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生多有畏懼情緒。

2 教學(xué)方法改革與實踐

2.1 教學(xué)內(nèi)容的合理規(guī)劃

首先，需進(jìn)行授課內(nèi)容的取舍與精簡，并且突出本課程的重點及特色。由于“定量遙感”參考教材包括很多章節(jié)，內(nèi)容十分龐雜，因此需要立足于本科生的知識層次和接受水平，同時兼顧課時安排從而對授課內(nèi)容進(jìn)行合理的取舍，做到精煉、抓大放小，將重點內(nèi)容予以保留和強(qiáng)化。涉及到與其他專業(yè)課程（如“遙感導(dǎo)論”、“遙感數(shù)字圖像處理”等）的教學(xué)內(nèi)容有部分重疊時，無需占用課時。此外，在教學(xué)內(nèi)容的安排上應(yīng)突出本門課程的特色，例如對于影像預(yù)處理環(huán)節(jié)，需強(qiáng)調(diào)輻射定標(biāo)、大氣校正的相關(guān)理論以及相應(yīng)方法。

其次，注重遙感反演產(chǎn)品的推介。近年來隨著研究的逐步深入，定量反演產(chǎn)品得以不斷豐度和完善，并且遙感產(chǎn)品的開放和共享已成為大勢所趨。盡管定量遙感涉及到的一些方向頗為高深，對于普通人而言可能覺得遙不可及（如地表反照率反演），然而獲取可直接應(yīng)用于實際工作的反演產(chǎn)品變得愈發(fā)便捷，能夠極大地推動相關(guān)工作的開展。在此大背景下，“定量遙感”課程在教學(xué)過程中應(yīng)緊密銜接理論部分，及時向?qū)W生介紹相應(yīng)領(lǐng)域權(quán)威且實用性強(qiáng)的遙感反演產(chǎn)品，如MODIS葉面積指數(shù)（LAI）、地表溫度（LST）產(chǎn)品，GPM降水量產(chǎn)品，SMAP和AMSR-E/AMSR2土壤濕度反演產(chǎn)品等等。這里需要強(qiáng)調(diào)的是在MODIS傳感器的基礎(chǔ)上已發(fā)布十分豐富且涵蓋多個領(lǐng)域的定量反演產(chǎn)品，學(xué)生應(yīng)該熟悉這些產(chǎn)品的名稱、規(guī)格參數(shù)、數(shù)據(jù)格式、主要用途等，為日后解決現(xiàn)實中的問題打下堅實的基礎(chǔ)。

再者，適當(dāng)引入學(xué)科發(fā)展動態(tài)、前沿知識和英文專業(yè)術(shù)語。定量遙感領(lǐng)域日新月異、發(fā)展迅速，新的理論和方法不斷涌現(xiàn)，因此需要時刻關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展動向，并且及時更新自身的知識儲備，同時摒棄舊的、過時的理論。前沿性的知識作為傳統(tǒng)授課內(nèi)容的補(bǔ)充，可拓展學(xué)生的視野和眼界，有助于激發(fā)其探索的欲望，例如植被指數(shù)時間序列數(shù)據(jù)缺失值的重建、云下地表溫度的推算、多源數(shù)據(jù)同化、衛(wèi)星反演產(chǎn)品的降尺度等。此外，本課程包含眾多英文專業(yè)術(shù)語，雖然教學(xué)大綱尚未要求開展雙語教學(xué)，但本人仍倡導(dǎo)在教學(xué)課件當(dāng)中加入重要術(shù)語，可作為專業(yè)英文的鋪墊，對于學(xué)生未來進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)將大有益處。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)，促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成

立足于本課程的特色，需要探索與之相適應(yīng)的教學(xué)方式，秉持“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，實行啟發(fā)式教學(xué)，促進(jìn)由知識向能力的轉(zhuǎn)化與升華。啟發(fā)式教學(xué)要求盡可能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度，盡量啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生自己去探索新知識、發(fā)現(xiàn)新問題、嘗試新方法，提高學(xué)習(xí)積極性、能動性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。在教學(xué)活動中增強(qiáng)與學(xué)生間的互動是非常重要的，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動當(dāng)中，鼓勵學(xué)生大膽提出問題或質(zhì)疑，并且積極發(fā)表自己的觀點;也可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要適時安排課堂討論環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力與表達(dá)能力，達(dá)到學(xué)思結(jié)合。

激發(fā)學(xué)習(xí)興趣是啟發(fā)式教學(xué)的關(guān)鍵，能夠從根本上強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的源動力。對于“定量遙感”課程而言，無法回避的現(xiàn)實問題是大多數(shù)內(nèi)容枯燥乏味，難以形成吸引力。然而本人親身教學(xué)經(jīng)歷表明，課程教學(xué)中涉及背景知識、衛(wèi)星傳感器介紹以及應(yīng)用領(lǐng)域講解（特別是軍事國防、刑偵或與日常生活密切相關(guān)的方面）內(nèi)容則較容易喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，課堂氛圍隨之高漲，可借此順勢引入理論講解環(huán)節(jié)。除此之外，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，課件制作需要達(dá)到美觀和精良的效果，在文字性內(nèi)容之外加入圖表、動畫、視頻等素材，可以增加內(nèi)容表達(dá)的直觀性和趣味性，從而吸引學(xué)生的注意力。

定量遙感的科學(xué)性定位在客觀上要求教學(xué)中應(yīng)注重科學(xué)思維、科學(xué)精神的培養(yǎng)。問題驅(qū)動、圍繞科學(xué)問題而展開授課，或者以應(yīng)用需求作為切入點來引入教學(xué)內(nèi)容，并且在講授過程中加入實際的反演案例，理論聯(lián)系實踐，將科學(xué)思維貫穿到整個教學(xué)當(dāng)中，使學(xué)生了解從發(fā)現(xiàn)問題、研究方案設(shè)計、檢驗評價到解決問題的整個研究流程。此外，以科研項目為引導(dǎo)，結(jié)合自身科研經(jīng)歷，在教學(xué)當(dāng)中將科研實踐轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，從而增加授課素材，對于提升教學(xué)效果也大有幫助。

2.3 培養(yǎng)定量分析的理念、思維與思考習(xí)慣

不同于其他專業(yè)課程，通過“定量遙感”課程的教學(xué)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生定量分析問題的思維和理念。首先能夠分辨定量與定性問題，清楚定性遙感和定量遙感之間的區(qū)別所在，并且能運用定量分析的思維來審視問題、探索問題的解決方法。例如傳統(tǒng)的地物分類屬于定性研究而非定量遙感的范疇;崇尚“保真性”原則，數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)應(yīng)盡量遵循遙感影像的原始特征，避免顯著改變像元原始數(shù)值的處理;遙感影像的增強(qiáng)操作通常不要應(yīng)用到定量反演過程，也不宜采用融合增強(qiáng)后的影像來解決定量問題。

2.4 學(xué)以致用，注重實踐環(huán)節(jié)

遙感科學(xué)與技術(shù)是一門對實踐要求很高的學(xué)科，歷來注重動手操作，除了在授課中加入定量反演實例，如地表溫度的反演、土壤濕度指標(biāo)如TVDI的計算、植被冠層理化參數(shù)的反演等，實驗課也是不可或缺的環(huán)節(jié)。重視上機(jī)操作，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，有助于加深理解課堂所學(xué)知識，養(yǎng)成踏實的工作態(tài)度，并且通過撰寫實驗報告對完成的工作進(jìn)行全面梳理和總結(jié)，認(rèn)識到自身存在的問題，并且加以彌補(bǔ);鼓勵學(xué)生參加各種級別的比賽，從而創(chuàng)造機(jī)會鍛煉和提高自身綜合運用專業(yè)知識分析和解決實際問題的能力。此外，為了進(jìn)一步突出實踐環(huán)節(jié)的重要地位，在最近一次的培養(yǎng)方案修訂中，我系調(diào)整了定量遙感實驗課程所占的比重（由原來的8課時增加到16學(xué)時），重點強(qiáng)化定量反演產(chǎn)品的認(rèn)識和應(yīng)用，以及定量反演實踐。

2.5 教學(xué)反饋與師生溝通

教學(xué)相長，通過教學(xué)反饋環(huán)節(jié)可以及時調(diào)整教學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)并解決遇到的各種問題，從而保障教學(xué)效果。通過課堂互動加強(qiáng)師生間溝通，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、知識的掌握情況和學(xué)習(xí)中遇到的困難;課下的溝通可以增進(jìn)師生感情和互信，有助于建立起和諧的師生關(guān)系，共享有價值的學(xué)習(xí)資料和數(shù)據(jù)，并且聽取學(xué)生的建議，相互勉勵、共同進(jìn)步，為課堂教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。

作業(yè)、習(xí)題課和答疑環(huán)節(jié)意義十分重要，可以階段性考查教學(xué)的效果，也是發(fā)現(xiàn)問題的有效手段。筆者曾走過很多彎路，由于學(xué)生尚缺少對于答題技巧的訓(xùn)練，在面對一些考查理解的深度和知識掌握全面性的問題時，經(jīng)常會顯得迷茫、不知所措，作業(yè)和習(xí)題答案出現(xiàn)各種錯誤，如不及時糾正，最終都會反映到考試成績上面。為此需要開展有針對性的訓(xùn)練，設(shè)立專門的訓(xùn)練題目，如總結(jié)MODIS傳感器在定量反演領(lǐng)域的優(yōu)勢所在，總結(jié)植被健康狀態(tài)的遙感監(jiān)測方法;概括定量遙感在水循環(huán)參數(shù)反演中的應(yīng)用，論述地表溫度的典型應(yīng)用領(lǐng)域，總結(jié)近地表氣溫數(shù)據(jù)的獲取途徑……通過習(xí)題課和答疑環(huán)節(jié)可鍛煉學(xué)生獨立思考、總結(jié)與概括能力，使之逐漸掌握答題的技巧。

2.6 考試形式與深度、難度把握

期末考試是對本課程教學(xué)效果的最終考查，需要從命題的范圍、題目深度和廣度、試題形式等幾個方面加以綜合考量。前兩年的教學(xué)實踐表明，本門課程基礎(chǔ)難度較大，考試通過率普遍不高，因此需要在多方面入手加以革新。

題型做到多樣性與靈活性兼?zhèn)?，由?xí)題課的簡單問答形式向多元化拓展，增加選擇、判斷題和計算題，通過多元化的題型提升學(xué)生自由發(fā)揮的空間，改變單一的問答形式。在難度把握上，鑒于本課程難度系數(shù)原本就較高，更不宜出偏、難、怪的題目，因此出題范圍主要遵循基礎(chǔ)性知識必考，重要章節(jié)與重點內(nèi)容突出考查。如遙感植被指數(shù)、傳感器的輻射定標(biāo)、地表溫度反演、植被冠層參數(shù)反演等是試題的重要來源，將習(xí)題課的題目進(jìn)行適當(dāng)變形也能成為考試題，可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對重要知識點的掌握。

3 結(jié)語

“定量遙感”課程的教學(xué)面臨很多棘手的現(xiàn)實問題，是一項難度和挑戰(zhàn)性較大的工作，目前經(jīng)驗積累較少，沒有適用于本科生的教材，教學(xué)內(nèi)容安排在不同學(xué)校尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。該專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革和探索是一項系統(tǒng)性工程，涉及到培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、授課計劃、教案編寫、課件設(shè)計、學(xué)習(xí)效果考查等諸多方面，需要院系多位專業(yè)任課教師通力合作，也需要授課教師在教學(xué)實踐當(dāng)中進(jìn)行長時間的摸索，并逐漸積累經(jīng)驗。論文針對教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、教學(xué)方法設(shè)計、科學(xué)思維和定量分析理念培養(yǎng)、實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)反饋、課程考試等問題對“定量遙感”課程的教學(xué)提出個人一些觀點和建議。本人也希望能和全國承擔(dān)“定量遙感”教學(xué)的同行一道，在課程教學(xué)方面展開交流與合作，共同探討目前所遇到的各種問題，共享寶貴經(jīng)驗，一同學(xué)習(xí)和進(jìn)步，為該專業(yè)課程教學(xué)的不斷完善而做出力所能及的貢獻(xiàn)！

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