李娜+趙慧潔+張穎

摘要：結(jié)合遙感科學與技術(shù)專業(yè)的“遙感圖像處理與解譯”課程教學改革與實踐，重點對啟發(fā)式教學方式以及教與學協(xié)同教學模式展開研究與實踐，有機融合課堂教學、實踐教學、網(wǎng)絡(luò)平臺、科研成果等多元教學模式，綜合課程實例更新、交互性提升、過程管理等因素，提高教學質(zhì)量，提升學生與工程實際問題分析能力和解決能力。

關(guān)鍵詞：教學模式；啟發(fā)教學；問題牽引

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）02-0079-03

引言：

我國2010—2020年中長期發(fā)展規(guī)劃將“高分辨率對地觀測”列為16個重大專項之一，對遙感領(lǐng)域的創(chuàng)新人才具有迫切需求?！斑b感圖像處理與解譯”課程是遙感科學領(lǐng)域發(fā)展較快的熱門基礎(chǔ)研究方向，具有多學科交叉的特點，是一門理論與實踐、原理與應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及國家對遙感領(lǐng)域人才的需求發(fā)展，“遙感圖像處理與解譯”涉及的一些理論不斷完善和擴展，應(yīng)用案例需要與目前遙感發(fā)展主流方向更新；此外，自1999年以來，我國高等教育開始向“大眾化”目標邁進，大眾化的高等教育質(zhì)量得到廣泛的關(guān)注[1]。高等教學改革需求和該課程的特點，需要該課程的教學模式和教學方法不斷改革和創(chuàng)新。教學模式和教學方法的改革是當前高校教學改革的重點方向之一[2]，而且，改革過程中必須加入新的教學理念[3]，加入與人才需求相結(jié)合的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、實踐能力等的鍛煉與培養(yǎng)環(huán)節(jié)。本文研究中開展啟發(fā)式課堂教學，從教學形式、教學資源、教學管理等方面開展課程教與學協(xié)同模式創(chuàng)新研究與實踐，提升教學質(zhì)量；以問題牽引設(shè)計實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的科學研究與科技創(chuàng)新能力，為理工學科如何提升教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的教學模式提供有意義的借鑒。

一、啟發(fā)式的課堂教學，提升學生課堂參與度與知識掌握度

在教學過程中進行教學設(shè)計，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和學生深度學習的潛力[4]。在課堂教學過程中，主要采用啟發(fā)式教學；課程改革后學生主要通過課程中心的課程資源進行主動學習基本理論、方法，課堂上主要進行重要知識點強化以及問題凝練、解答和主題討論。課堂教學模式主要包括：（1）充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺與學生進行互動，并根據(jù)學生學習過程中的反饋進一步優(yōu)化教學方法和教學模式；（2）充分利用多媒體和主題討論形式，深入淺出地以主題的形式講解主要理論知識的應(yīng)用，并根據(jù)學生們主題討論的思路和知識運用情況，進一步優(yōu)化教學設(shè)計；（3）充分利用科研成果，作為應(yīng)用實例進行課題教學，進一步推動教學模式的延展與深入。在以上研究與實踐的基礎(chǔ)上，提升學生主動學習、批判學習的能力，同時能夠有效掌握相關(guān)理論知識和實際應(yīng)用情況，提升學生的知識掌握度。如圖1所示。

1.結(jié)合學校網(wǎng)絡(luò)平臺。充分利用我校的課程中心的課程網(wǎng)絡(luò)平臺，結(jié)合與傳統(tǒng)教學的互補關(guān)系，研究課程“課堂教學-網(wǎng)絡(luò)互動”的教與學協(xié)同模式；我校的基于網(wǎng)絡(luò)平臺的課程中心能夠?qū)崿F(xiàn)課程課內(nèi)、課外資源共享，同時能夠與學生互動，該平臺為提升課程學生的參與度提供了有效的支撐。在教學過程中，將課題理論內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容延伸，在我校的課程網(wǎng)絡(luò)平臺以提問的形式和日常生活實例的形式啟發(fā)學生進一步閱讀文獻，進一步深入思考，并歸納總結(jié)提交網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)平臺的啟發(fā)式教學，并針對學生反饋、問題凝練等在課堂上進行重點問題解答，提高學生主動思考和課堂互動的積極性，提升學生課堂理論知識和應(yīng)用實例掌握度。例如，結(jié)合遙感系統(tǒng)誤差分析，給出遙感成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量評價如何評價？結(jié)合遙感數(shù)據(jù)處理方法，給出如何將所學的遙感圖像特征提取方法應(yīng)用到植被生長狀況監(jiān)測？等等。

2.多媒體和“圓桌”討論相結(jié)合。充分利用多媒體技術(shù)和“圓桌”教學討論手段，研究課程的“理論應(yīng)用-實例互動”啟發(fā)激勵與交互教學的教與學協(xié)同模式；在教學過程中，課堂學生的積極參與到課程中，能夠提升學生對課程內(nèi)容的理解和知識的掌握度，為了實現(xiàn)這一目標，將多媒體與以“圓桌”形式的主題討論相結(jié)合。結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)平臺給出的主題，學生們課下查閱文獻、延伸閱讀，課堂上多媒體展示、分組討論；此外，課程的理論知識與工程實踐相結(jié)合、原理與應(yīng)用實例相結(jié)合以多媒體課件的形式給出，并以“圓桌”形式的課程理論要點和應(yīng)用案例進行討論、分析。通過以上兩種方式提升學生在課程中的參與度和知識掌握度。例如，給出主題討論的題目：“圖像處理濾波方法有哪些？請利用一種濾波方法進行遙感數(shù)據(jù)處理，并說明實現(xiàn)過程以及應(yīng)用效果?！睂W生根據(jù)主題題目進行文獻與參考書的擴展閱讀，然后總結(jié)并利用多媒體進行展示，從而鍛煉學生文獻總結(jié)、知識歸納與綜合運用、語言表達等能力；然后以“圓桌”分組討論的形式結(jié)合主題和多媒體展示進行提問與討論，從而提升學生課堂的參與度以及對基本理論方法的深入理解與綜合運用能力。

3.科研成果應(yīng)用案例。充分利用專家優(yōu)勢資源與科研、工程研究成果，研究課程“課題教學-專題研討”的教與學協(xié)同模式。提升知識綜合應(yīng)用的能力。以科研成果作為應(yīng)用案例進行講解、討論，有助于學生能夠有效地掌握理論知識以及了解如何應(yīng)用基本原理、基本方法等解決實際應(yīng)用問題，理論應(yīng)用內(nèi)容則通過與科學研究、工程任務(wù)相結(jié)合的應(yīng)用實例給出，并根據(jù)該學科技術(shù)發(fā)展不斷更新實例內(nèi)容，將最新研究成果與學科動態(tài)融合進來，激發(fā)學生對專業(yè)與課程的興趣，掌握理論知識的應(yīng)用領(lǐng)域，提高學生的主動性，提升學生將基本概念、基本理論和基本原理運用到實際的、復雜的具體情境中的能力。

例如，在課程教學過程中，利用礦產(chǎn)資源調(diào)查應(yīng)用中的遙感數(shù)據(jù)進行礦物類型分類項目的科研成果作為應(yīng)用案例，該應(yīng)用案例主要包括從獲取的原始遙感影像進行輻射校正、幾何校正、圖像增強以及圖像分類等處理，涉及了課程講述的主要基本原理與技術(shù)方法，同時是利用在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行處理，并綜合考慮載荷特性和應(yīng)用需求，是科研成果與課程教學有機結(jié)合的典型的應(yīng)用案例。這個過程不僅能夠有助于學生對科研過程有了解，而且有助于學生針對科研成果應(yīng)用案例進行知識的綜合應(yīng)用，提升對知識的理解深度和應(yīng)用方法。

二、問題牽引的實踐教學，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

結(jié)合課堂教學，開展實踐教學工作，使學生進一步鞏固理論知識，提升動手能力。目前，高校中的實踐教學多是觀摩或簡單的動手實踐，很少是從實際問題中提煉實踐內(nèi)容[5]，因此，本文研究過程中并課程在教學改革實踐中，分三個層次由淺入深地開展實踐環(huán)節(jié)，以實際科學問題為牽引設(shè)計實踐教學內(nèi)容，或由學生提出問題設(shè)計實踐教學內(nèi)容，深化學生對問題解決方式等的理解以及鼓勵學生對較為復雜、深層次的問題進行挖掘和嘗試解決，從而有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。如圖2所示，主要包括基本技能實踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)、科研訓練實踐環(huán)節(jié)等不同難易程度的三個層次，使學生具備將理論知識和專業(yè)知識應(yīng)用到基礎(chǔ)研究和工程任務(wù)中的能力。

1.基本技能實踐環(huán)節(jié)。打破傳統(tǒng)教師設(shè)計實驗，學生簡單實現(xiàn)的實踐教學模式，以專題實驗與應(yīng)用實驗的形式擴充實踐教學環(huán)節(jié)，充分調(diào)動學生積極性，避免了冗長、枯燥的課堂教學方式；開設(shè)大量的讀圖以及圖像應(yīng)用等課程實驗環(huán)節(jié)，并在授課過程中不斷更新遙感圖像的類型與種類，根據(jù)學生反饋的問題和遙感相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)源更新，在滿足基本技能實驗目標的前提下及時更新和修正實踐教學內(nèi)容與方法。

課程改革和實踐過程中，基本技能實踐環(huán)節(jié)進行讀圖的環(huán)節(jié)進行了最新高分辨率的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，主要包括我國資源一號02C數(shù)據(jù)和高分一號數(shù)據(jù)，進行目視判讀和基本的圖像讀取、顯示、統(tǒng)計特征計算等實踐。學生在應(yīng)用最新圖像的過程中了解圖像特點、掌握遙感數(shù)據(jù)處理軟件基本操作、目視解譯基本方法等，并且能夠了解我國衛(wèi)星發(fā)展趨勢以及我國高分辨率對地觀測重大專項的前沿成果以及對遙感相關(guān)領(lǐng)域人才的需求。

2.課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)。在基本技能掌握的基礎(chǔ)上，通過軟件操作、自主編程等方式開展課程設(shè)計實踐。實踐過程中只規(guī)定實驗目標與實驗內(nèi)容，采用學生自主學習、自主創(chuàng)新的模式，學生根據(jù)實驗目標自主設(shè)計實驗，教師對學生完成實踐環(huán)節(jié)的過程進行輔導，確保實驗內(nèi)容以及相關(guān)的學習內(nèi)容順利完成。

課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的實驗目標為掌握遙感圖像處理的基本原理和方法，實驗內(nèi)容包括數(shù)據(jù)預處理、特征增強、數(shù)據(jù)分類。課程改革和實踐過程中，由原來的任課教師指定題目改革為由學生根據(jù)實驗目標和實驗內(nèi)容進行自主設(shè)計實驗，自擬題目，遙感數(shù)據(jù)處理軟件二次開發(fā)或VS2010以上環(huán)境編程實現(xiàn)，在算法實現(xiàn)與編程調(diào)試過程中，學生能夠自主查閱相關(guān)文獻、更加主動地了解實驗內(nèi)容，掌握遙感圖像處理算法開發(fā)過程，提升學生的遙感圖像處理能力。

3.科研訓練實踐環(huán)節(jié)。結(jié)合科研與工程實際應(yīng)用，設(shè)計包括基礎(chǔ)實驗和自主設(shè)計實驗內(nèi)容的綜合實驗，并與畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合進行科研訓練，主要包括前沿性的綜合實驗訓練、設(shè)計與論文的綜合訓練等，對學生的學習能力、團隊合作能力、創(chuàng)新能力進行全方位培養(yǎng)。該類的科研訓練實踐環(huán)節(jié)在之前的教學中是沒有的，導致學生繼續(xù)深造后，基本的科研方法都不掌握；直接就業(yè)工作的同學知識體系不能適應(yīng)實際工作。因此，基于上述問題，通過把實踐學習設(shè)置在復雜的實際工程實踐問題中，通過解決實際的科學研究中的技術(shù)問題，使學生學習隱匿于其中的基礎(chǔ)理論和科學知識，形成解決工程實際問題的技能，并培養(yǎng)自主學習、獨立科研的能力。

課程改革和實踐過程中，給出與遙感圖像處理相關(guān)的科研訓練實踐題目，學生需要自己查閱文獻，擬定需解決的關(guān)鍵問題以及設(shè)計技術(shù)方案，并且根據(jù)技術(shù)方案進行模型、算法開發(fā)，最后用實際的遙感圖像進行驗證分析，并撰寫相關(guān)論文，完成多媒體展示、軟硬件演示等。整個過程教師和助教以問題引導的方式進行輔導，加強學生自主設(shè)計、獨立科研能力的訓練，從而有效地提升學生解決科學問題和工程實踐問題的能力。

三、小結(jié)

“遙感圖像處理”課程之前主要以講授為主，實踐環(huán)節(jié)是傳統(tǒng)的操作實驗，學生課程參與度不高，且很難滿足目前對遙感相關(guān)專業(yè)學生解決實際問題能力的人才培養(yǎng)的需求。針對上述問題，開展了課程教學改革與實踐，在該過程中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺、“圓桌”主題討論與多媒體展示結(jié)合、科研成果應(yīng)用案例等形式開展啟發(fā)式的課堂教學，提升學生課堂參與度與知識掌握度；由學生根據(jù)實驗目標和實驗內(nèi)容自主設(shè)計實驗，分基本技能實踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)、科研訓練實踐環(huán)節(jié)等三個層次由淺入深地開展實踐環(huán)節(jié)，以實際科學問題、工程問題為牽引設(shè)計實踐教學目標與內(nèi)容，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，加強學生解決科學問題、工程問題的能力鍛煉與培養(yǎng)。通過課堂教學與實踐環(huán)節(jié)的教學改革，提升學生在課程中的主動權(quán)、主動性以及增強學生對遙感圖像領(lǐng)域前沿發(fā)展與問題的了解，培養(yǎng)學生解決復雜科學問題與工程問題的能力以及創(chuàng)新能力，滿足相關(guān)專業(yè)與領(lǐng)域的緊缺人才需求。

參考文獻：

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The Teaching Reform and Practice of "Remote Sensing Image Processing and Interpretation"

LI Na，ZHAO Hui-jie，ZHANG Ying

（School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）

Abstract：Based on the teaching reform and practice of "Remote Sensing image processing and interpretation" in remote sensing science and technology discipline，this paper focuses on research and practice of heuristic teaching and coordination teaching pattern on "teaching –learning". Classroom teaching，practice teaching，network platform，scientific research and other multi-mode teachings are organic integrated，synthetical examples of courses update，interactive promotion，process management and other factors are combined，in order to improve the teaching quality and enhance students' analytical and solving skills on practical engineering problems.

Key words：teaching pattern；heuristic teaching；problem-based