王海江 呂 新 崔 靜 冶 軍

由于我國農(nóng)業(yè)正在從傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)向集約化精細化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，及時、無損、準確地獲取農(nóng)田土壤、作物長勢、病蟲害發(fā)生、氣象災害信息和種植環(huán)境信息對更好地實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變有著至關重要的作用[1-2]。遙感技術(shù)可以大面積無損獲取不同地區(qū)的影像信息，具有宏觀、綜合、動態(tài)、快速等特點[3]。農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、智慧農(nóng)業(yè)等專業(yè)開展遙感教學的目的是要求本專業(yè)學生在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求的背景下將農(nóng)業(yè)理論知識與遙感技術(shù)交叉融合，充分實現(xiàn)二者間的優(yōu)勢互補，拓寬學生的知識領域，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[4]，但是，當前遙感教學仍然以理論課為主，專業(yè)知識及其應用與遙感技術(shù)結(jié)合不夠緊密，學生在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用遙感技術(shù)解決問題的能力有待進一步提高[5]。因此，如何將農(nóng)業(yè)領域的專業(yè)知識與遙感技術(shù)進行學科交叉，使學生能夠利用遙感技術(shù)解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中信息獲取的難題，改變遙感教學中理論授課和農(nóng)業(yè)實踐脫節(jié)的現(xiàn)象，培養(yǎng)具有實踐技能和創(chuàng)新性思維的高素質(zhì)人才成為需進一步探究的問題。

一、目前農(nóng)科類專業(yè)遙感教學存在的問題

（一）學生遙感技術(shù)理論知識底子薄，教學效果差

遙感技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，對遙感傳統(tǒng)教學模式提出了新的挑戰(zhàn)。首先，遙感知識涉及多學科理論原理，具有較強的多學科交叉和專業(yè)性特點。農(nóng)學背景的學生大多第一次接觸遙感課程，缺乏與該課程相關的基礎理論知識。其次，在遙感教學過程中，授課教師將重點更多地放在遙感理論知識的講解上，而忽略了針對有著農(nóng)學背景學生而開設的遙感課程的技術(shù)應用目的，往往為了完成課程的授課任務而授課，沒有把如何利用遙感技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的需求的知識講透，導致學生在學習遙感課程時脫離了自己的基礎專業(yè)，不能夠把開設遙感課程的要求主動融入學習過程，教師授課和學生學習的效果都不好。

（二）課堂講授方法單一，無法調(diào)動學生的學習積極性

傳統(tǒng)遙感教學模式一般為“教師主動講解—學生被動接受”。在實驗課中，也以教師為中心，教師先演示，學生再按部就班地按照講授內(nèi)容進行操作。教師課堂上所講解的內(nèi)容大多都是書本上、網(wǎng)絡中可以查到的知識點，無法有效調(diào)動學生主動學習的積極性，造成學生被動接受的不良效果，既沒有發(fā)揮出教師引導式、啟發(fā)式、互動式的教學效果，也不利于學生創(chuàng)新思維的形成。因此，當利用遙感技術(shù)解決土壤信息獲取、植物營養(yǎng)光譜診斷、環(huán)境監(jiān)測等實際問題時，學生在專業(yè)技能和創(chuàng)新能力上表現(xiàn)出一定的缺陷，從而削弱了遙感教學的整體效果。

（三）實踐學時偏少，學生動手能力差

傳統(tǒng)遙感教學模式以知識講授為主，缺乏案例分析、實踐技能訓練來幫助學生理解遙感基本理論知識和操作技能，使得學生的主觀能動性難以得到有效培養(yǎng)，實時動手能力不足。在有限的實踐技能訓練中，為了在有限的時間里完成教學任務，實踐課程以知識驗證型實驗為主，缺乏綜合型實驗和研究型實驗，使得學生難以將多個相關的實驗內(nèi)容融會貫通，系統(tǒng)運用所學知識和技能綜合分析、解決實際應用問題，最終抑制了學生學習、創(chuàng)新的積極性，不利于學生自主學習和個性化學習。

二、農(nóng)科類專業(yè)遙感教學改革策略

（一）轉(zhuǎn)變教學理念

在教學過程中，教師應通過理論課和實驗課相結(jié)合，將理論知識點很好地融入實踐技能操作過程，引導學生主動地探索、獲取知識，激發(fā)學生主動學習的熱情，同時使學生具備自主創(chuàng)新的能力以及良好的思維品質(zhì)和行為習慣。

首先，在面授課時，教師應拓寬授課知識面，在不脫離教學目標的基礎上，及時查閱國內(nèi)外相關文獻、數(shù)據(jù)和資料，確保自身具有扎實的基礎理論知識，在教學中講解遙感理論和技術(shù)發(fā)展的時代性和前瞻性，使學生能夠了解農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)的應用前沿和發(fā)展動態(tài)[6]。此外，應該發(fā)揮學生學習的主體作用，在上課前通過網(wǎng)絡教學平臺提前發(fā)布本次授課的主要內(nèi)容以及與之相關的上課時要提問的問題，將課下的學習部分計入課程總評成績。通過此種方式，學生可在課前通過查閱教材、網(wǎng)絡資源、參考書籍等進行提前學習，這樣不僅可以提高課堂教學效率，還可以培養(yǎng)學生主動學習、思考的能力。在授課過程中，對于教學難點和重點內(nèi)容，如遙感的物理學基礎、遙感影像的校正等，教師要結(jié)合動畫、微課、慕課的形式把抽象的內(nèi)容講清楚，讓學生能夠明白遙感技術(shù)應用的理論基礎，同時通過案例庫、實驗課教學，使學生學會運用遙感軟件進行實際操作，并通過對比處理前后的數(shù)據(jù)變化和影像差異更好地理解教學重點和難點。另外，教師要重視理論教學與專業(yè)實踐的結(jié)合，讓學生帶著問題去實踐，減少驗證性實驗內(nèi)容，結(jié)合本專業(yè)遙感應用案例增加探索性實驗，通過實踐對比傳統(tǒng)方法和遙感新技術(shù)在土壤、植物信息獲取方面的效果差異，加強對學生“遙感技術(shù)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”的實踐創(chuàng)新思維、能力的培養(yǎng)[7]。

其次，教師應該把更多的精力放在如何啟發(fā)、引導學生參與教學過程中，活躍課堂氛圍，讓學生主動思考，積極探索自己所提的問題，充分理解理論知識學習和實踐應用之間的因果關系。在遙感教學過程中，教師不僅要在面授課中加入學生自主講解的描述性內(nèi)容，在實踐課中增加創(chuàng)新型實驗，還要在實驗課中提高學生的自主創(chuàng)新能力，通過建立不同類型的實驗（驗證型、設計型、創(chuàng)新型），由各小組成員互相交流、討論后得出結(jié)論。教師要轉(zhuǎn)變教學理念，通過讓學生進行小組討論來達到集思廣益、拓展知識面的效果，使每個學生結(jié)合書本和課堂聽講內(nèi)容，依據(jù)自己的理解發(fā)表個人觀點和疑問，同時討論小組針對存在的疑惑可以通過與教師或其他小組進行交流得到滿意答案，這種討論方式能夠幫助學生開拓思維，促進學生團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，同時討論過程也是一種學習途徑，對于學生專業(yè)技能的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)都有很好的推動作用。

（二）改革教學內(nèi)容

第一，緊跟前沿知識，結(jié)合最新案例。教師在面授課時應同步更新教學內(nèi)容，確保學生所學知識具有時代性和現(xiàn)實性。對于遙感教學重點和難點內(nèi)容，應根據(jù)非遙感專業(yè)特點將最新的植被遙感、土壤遙感、農(nóng)業(yè)遙感和生態(tài)環(huán)境遙感的案例與實驗課相結(jié)合，針對不同案例設計出不同類型的實驗，通過實驗使學生能更具體和更形象地理解知識，同時拓寬學生的知識面，提高其學習興趣。

以遙感數(shù)字圖像分類為例，其以往通常采用傳統(tǒng)的非監(jiān)督和監(jiān)督分類算法進行處理，而隨著人工智能和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，在講授過程中可以把當前的非線性算法，如BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡、隨機森林和主成分回歸、偏最小二乘回歸等，進行精度對比。同時，可有針對性地設計作物種類識別與面積提取、土壤水分估測等探索性實驗，讓學生從遙感影像的選取、影像輻射校正、幾何校正、地物光譜指數(shù)計算、分類算法應用各環(huán)節(jié)進行操作，使學生在利用遙感軟件處理影像的同時，了解土壤、植物、水體的光譜反射特征和影像表征，從而能夠把遙感技術(shù)與自己專業(yè)知識相結(jié)合，為本專業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源環(huán)境調(diào)查提供新的方法和技術(shù)。在實踐訓練中，也可以選擇最新的監(jiān)測手段（高光譜和成像光譜）進行實驗教學，引入最近幾年發(fā)展迅猛的無人機技術(shù)，將無人機正射影像和傾斜遙感影像融入教學實踐。

第二，針對性施教，科研反哺教學。實踐內(nèi)容要考慮專業(yè)特色，突出遙感學科與非遙感專業(yè)的深度融合，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，將遙感技術(shù)運用到農(nóng)田信息的無損監(jiān)測和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輔助決策中。以第七章的“遙感應用”為例，可以在實驗中引入地物光譜儀野外測定不同類型土壤的反射光譜特性曲線、不同分類算法用于土地覆蓋調(diào)查、遙感數(shù)據(jù)反演土壤有機質(zhì)、全國國土資源調(diào)查試點案例等內(nèi)容。例如，對于地物光譜儀野外測定不同類型土壤的反射光譜實驗，可以讓學生自己去尋找和探索不同類型土壤反射光譜曲線的差異和導致差異的原因以及土壤中礦物組成與光譜特征波段間的對應關系，使學生不僅能熟練運用在遙感課程中所學的知識，還能結(jié)合本專業(yè)土壤基本知識，真正掌握和理解遙感技術(shù)在土壤屬性信息監(jiān)測方面的應用。

因此，結(jié)合本專業(yè)的實際需求，教師可以將自身科研項目成果融入其中，還可以將相關研究案例引入實踐過程，以科研帶動教學內(nèi)容的改革，設計驗證型、設計型、創(chuàng)新型不同類型的實驗，使學生能夠?qū)⒗碚撊谌雽嵺`，激發(fā)學生探索知識的熱情，提高學生的創(chuàng)新實踐能力，同時使學生能夠體會到遙感技術(shù)在大范圍、同步、無損獲取信息方面的先進性，認識到遙感技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展應用的關鍵技術(shù)。此外，應從思維上引導學生更好地理解農(nóng)業(yè)空間分析技術(shù)，為培養(yǎng)多學科交叉的農(nóng)業(yè)創(chuàng)新型人才打下基礎。

第三，推行多元化、多層次遙感實踐教學方法。要想讓學生學好遙感理論和應用知識，就必須將理論與實踐相結(jié)合，在教學上推行多元化、多層次實踐教學方法，既要符合課程教學的總目標，也要兼顧學生的多層次需求。在遙感實踐教學過程中，按照由淺入深的階段可采用驗證型、設計型、探索型三類實踐教學手段。大部分農(nóng)業(yè)背景的學生缺乏相關遙感操作的訓練，而驗證型實驗主要是訓練學生對遙感軟件的基本操作技能，要求學生了解遙感影像的信息表達、存儲方式和類型特征；設計型實驗是在驗證型實驗的基礎上，由教師發(fā)布實驗要求并提供遙感數(shù)據(jù)，學生可通過小組討論的形式完成實驗設計和處理方法，培養(yǎng)學生的獨立思維和團隊協(xié)作能力；探索型實驗是發(fā)揮學生的自主創(chuàng)新能力，尊重學生的主觀能動性，由學生自主設計實驗和目標，鼓勵學生探索多種實現(xiàn)方法和技術(shù)途徑，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探索精神。多元化、多層次遙感實踐教學能夠逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，為其今后從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相關工作奠定理論和實踐基礎。

（三）調(diào)整考評方式

進行遙感教學考評方式的改革，建立考查學生理論知識和實踐技能的考核體系。教學考評應從學生課堂表現(xiàn)、網(wǎng)絡學習、實踐獨立完成度三個方面，突出實踐訓練在考核中的比重，這種過程性考評能夠有效避免考核“重結(jié)果、輕過程”的弊端，及時反饋教學過程中“教與學”二者間的契合度，提高教師的教學水平和學生的實踐能力?？刹捎眠b感理論課和實驗課程占比為“50%理論課+50%實踐課”的考核評價方式。其中，50%理論課包括線上課堂互動情況（提問和討論）、線上學習時長、成果PPT 制作、理論考試等方面，加強課堂討論、發(fā)言以及專題報告等互動環(huán)節(jié)考核的比重；50%實踐課則從實驗設計、實驗操作熟練度、結(jié)果準確性和遙感影像制圖等方面進行綜合衡量，重點培養(yǎng)學生利用遙感技術(shù)解決實際問題的動手能力和創(chuàng)新思維，通過強化教學過程性考評，引導學生注重理論知識聯(lián)系實際，提高學生對遙感技術(shù)應用的靈活性和專業(yè)性。

綜上所述，通過對農(nóng)科類專業(yè)遙感教學改革進行探索發(fā)現(xiàn)，應更新升級遙感教學理念及內(nèi)容體系，彌補傳統(tǒng)授課“教師講解—學生接受”的不足，強調(diào)理論結(jié)合實踐，采用驗證型、設計型、探索型三種不同類型的實踐教學手段，引入前沿知識、技術(shù)和案例，針對性施教，推行多元化、多層次遙感實踐教學方法，使學生從被動接受知識變?yōu)橹鲃友芯?、探索知識，在深刻理解課程理論的同時，提高實踐和創(chuàng)新能力。