徐景中

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079）

目前，武漢大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、南京信息工程大學(xué)等高校均開設(shè)了遙感課程[1,2]，并為國家培養(yǎng)了一批批服務(wù)于城市國土、電力、規(guī)劃、水利等方面的畢業(yè)生。為了適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院于2013年發(fā)布了《城市遙感》課程的培養(yǎng)方案（2013版），作為遙感信息工程方向本科生的專業(yè)選修課[3]，并于2017年重新修訂，對學(xué)院畢業(yè)生知識、能力與素質(zhì)提出新的要求[4]。對此，有必要對目前開設(shè)的城市遙感課程進(jìn)行改造和更新，使其能涵蓋最新的遙感技術(shù)進(jìn)展，給學(xué)生以更新的專業(yè)知識、更全面的專業(yè)能力鍛煉。

1 課程培養(yǎng)目標(biāo)

根據(jù)課程培養(yǎng)方案修訂結(jié)果，城市遙感課程培養(yǎng)目標(biāo)在于，使學(xué)生了解城市遙感技術(shù)的發(fā)展，掌握遙感科學(xué)與技術(shù)在城市建設(shè)各領(lǐng)域中的應(yīng)用，熟悉城市遙感典型問題的解決方法，進(jìn)一步學(xué)習(xí)遙感數(shù)據(jù)處理的相關(guān)理論與方法。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能深刻理解遙感理論與方法基礎(chǔ)，更能掌握過硬的實(shí)踐技術(shù)，能針對城市建設(shè)過程中的實(shí)際問題，選擇合適的手段，具備解決實(shí)際問題的能力。

從課程培養(yǎng)目標(biāo)可以看出，該課程不僅要求對學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)知識的培養(yǎng)，而且重視學(xué)生對城市建設(shè)問題的分析和解決能力的鍛煉。當(dāng)然，這種能力的培養(yǎng)，僅靠課堂教學(xué)是無法完成的，課程建設(shè)需緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)踐方能滿足解決遙感類復(fù)雜工程問題能力的拔尖創(chuàng)新人才和專門人才的培養(yǎng)需求。

2 課程特點(diǎn)

城市遙感是遙感技術(shù)在城市建設(shè)各領(lǐng)域的具體應(yīng)用，該課程具有如下特點(diǎn)：

1）理論與實(shí)踐并重。隨著城市化和工業(yè)化的加速，城市面貌日新月異，城市規(guī)模急劇擴(kuò)張，但隨之而來的是城市人口暴增、交通堵塞、資源短缺、環(huán)境惡化、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等問題。遙感作為城市建設(shè)與環(huán)境監(jiān)測的主要手段，不可避免需要聚焦城市發(fā)展過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，因此城市遙感課程不僅需要在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上對此有所兼顧，而且需要安排技術(shù)方法的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

2）深度及廣度兼顧。由于城市遙感應(yīng)用涉及多個(gè)領(lǐng)域，因此，城市遙感課程的教學(xué)內(nèi)容知識點(diǎn)多而雜，教學(xué)內(nèi)容除包括城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)采集、景觀管理與三維展示外，還包括城市人口、能源、水資源、污染控制和土地利用等城市生態(tài)環(huán)境調(diào)查、城市發(fā)展演變分析等方面，應(yīng)用領(lǐng)域涉及交通、林業(yè)、地質(zhì)等多個(gè)行業(yè)[5,6]?？紤]到課堂教學(xué)課時(shí)限制，不可能在各個(gè)領(lǐng)域過多深入，因此，課程內(nèi)容的設(shè)置必須兼顧專業(yè)深度與應(yīng)用廣度。

3）與專業(yè)課程銜接緊密。城市遙感技術(shù)不僅涉及多種遙感平臺（如航天、航空、低空以及地面等平臺），而且包含各種傳感器類型（如可見光相機(jī)、紅外相機(jī)、SAR、LiDAR、微波輻射計(jì)、散射計(jì)、地面移動(dòng)測量車等），數(shù)據(jù)種類繁多、機(jī)理復(fù)雜，且針對城市不同應(yīng)用，處理方式也有差異。因此，該課程要求的先修課程較多，不僅是遙感原理與應(yīng)用、遙感圖像解譯、遙感應(yīng)用模型等的直接運(yùn)用，同時(shí)也是攝影測量技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、微波遙感、激光遙感等課程的綜合運(yùn)用，因此在課程內(nèi)容設(shè)置上需緊密結(jié)合各專業(yè)基礎(chǔ)課，合理安排教學(xué)內(nèi)容。

3 城市遙感教學(xué)現(xiàn)狀及思考

3.1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前在城市遙感教學(xué)過程中，主要存在如下幾點(diǎn)問題：

1）知識脈絡(luò)不清晰。城市遙感課程知識涉及面廣，不僅需要學(xué)生掌握遙感專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，還要了解城市規(guī)劃、環(huán)境、林業(yè)、地質(zhì)等專業(yè)背景，知識脈絡(luò)涵蓋從遙感數(shù)據(jù)到城市空間信息到城市管理的一體化處理與應(yīng)用整個(gè)范疇。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反映課程知識點(diǎn)分散，部分知識點(diǎn)難以理解。其原因一方面是由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中忽略了知識體系的完整性，只是單純學(xué)習(xí)某個(gè)知識點(diǎn)，致使學(xué)到的知識分散、孤立，同時(shí)也反映該課程知識脈絡(luò)不夠清晰，有待進(jìn)一步梳理。

2）教材內(nèi)容陳舊。高質(zhì)量的教材是課程建設(shè)的關(guān)鍵，也是教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)[7]。由于城市遙感發(fā)展迅速， 知識更新快，教材內(nèi)容已經(jīng)跟不上城市遙感快速發(fā)展的要求。目前，國內(nèi)的城市遙感方面的參考教材較少，武漢大學(xué)出版的《城市遙感》一書，內(nèi)容接近教學(xué)大綱要求，但知識點(diǎn)不夠深入，且有些內(nèi)容已經(jīng)發(fā)生了改變，對紅外遙感、微波遙感、激光遙感等幾乎沒有介紹，已經(jīng)跟不上快速發(fā)展的城市遙感技術(shù)的腳步和學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。

3）專業(yè)教師缺乏。教師的專業(yè)素養(yǎng)通常決定教學(xué)的成敗[8]，對于城市遙感課程尤其如此。承擔(dān)該課程的教師，不僅需要理解教學(xué)大綱和教材，把握城市遙感知識體系，更需要具備一定的行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷了解學(xué)科的最新發(fā)展。此外，教師還應(yīng)該積極從事城市建設(shè)相關(guān)的科研工作，具有解決城市建設(shè)實(shí)踐問題的能力，并能將最新的科研成果引入到具體教學(xué)中。這對于城市遙感課程教師而言是個(gè)挑戰(zhàn)，目前仍需培養(yǎng)一批專業(yè)從事該項(xiàng)工作的教師，以快速承擔(dān)起城市遙感課程的教學(xué)工作。

3.2 城市遙感教學(xué)內(nèi)容及方法改進(jìn)

1）教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，是避免學(xué)生對課程知識脈絡(luò)把握不清、對所學(xué)專業(yè)知識難以靈活運(yùn)用的重要工作?？紤]到城市遙感課程內(nèi)容涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，其教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化需要結(jié)合課程特點(diǎn)，緊扣遙感科學(xué)與技術(shù)學(xué)科知識體系脈絡(luò)，對現(xiàn)有教材相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和整合，壓縮提煉其他課程已有的知識點(diǎn)，增加城市遙感新的技術(shù)方法，梳理城市遙感典型應(yīng)用案例，最終形成一個(gè)完整的知識體系。圖1是《城市遙感》課程的知識體系框架，課程主要以遙感影像判讀、城市目標(biāo)提取及重建以及城市目標(biāo)變化檢測為主，介紹遙感在城市規(guī)劃、交通、園林、環(huán)境等領(lǐng)域的典型應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充新型遙感傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等最新技術(shù)在城市發(fā)展中的應(yīng)用內(nèi)容，進(jìn)一步優(yōu)化和完善城市遙感知識體系。

圖1 城市遙感知識體系框架

此外，注重與現(xiàn)有專業(yè)課程的銜接也是教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化需要考慮的重要因素之一。由于城市遙感包含不同專題的遙感影像處理技術(shù)，比如城市線狀目標(biāo)提取方法、城市人工目標(biāo)三維重建方法、城市變化檢測、數(shù)字園林建設(shè)等，拋開特有的行業(yè)知識背景，單就遙感影像處理方法而言，其所涉及的知識點(diǎn)，既包含了二維道路檢測與追蹤方法，又包括基于影像的三維信息提取方法；既涵蓋二維、三維城市變化檢測方法，又涉及城市園林?jǐn)?shù)據(jù)采集、建庫等知識。因此，教學(xué)內(nèi)容設(shè)置必須注意與相關(guān)課程的銜接。既要避免重復(fù)講解，又需要對必要知識點(diǎn)有所提及，根據(jù)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)合理安排教學(xué)內(nèi)容。

2）教材建設(shè)。在教材建設(shè)方面，需要圍繞教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化方案，在現(xiàn)有參考教材《城市遙感》的基礎(chǔ)上對該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和更新，建設(shè)反映當(dāng)前城市遙感最新發(fā)展，適合現(xiàn)代化創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高質(zhì)量教材，剔除陳舊過時(shí)的內(nèi)容，并利用互聯(lián)網(wǎng)和外文文獻(xiàn)資料， 對城市遙感發(fā)展最快、最熱的部分章節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充修訂，彌補(bǔ)現(xiàn)有教材部分內(nèi)容陳舊和深度不足的弊端。通過引入城市遙感的最新技術(shù)以及城市典型問題的解決方案，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。教材建設(shè)是課程建設(shè)下一步工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

3）教學(xué)方法轉(zhuǎn)變。課堂教學(xué)仍是系統(tǒng)學(xué)習(xí)城市遙感課程理論的主要途徑，因此，教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容同樣重要。為了更好地提升課堂教學(xué)效果，任課教師除了需要精心制作高質(zhì)量的多媒體課件、多利用實(shí)際案例進(jìn)行知識點(diǎn)講解外，還需要轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，由老師講轉(zhuǎn)變成增加部分討論課，讓學(xué)生參與課堂。要把傳統(tǒng)的教師“教”為主， 轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生“學(xué)”為主[9]。對于一些章節(jié)內(nèi)容，如城市規(guī)劃遙感監(jiān)測、城市遙感未來發(fā)展方向等，可以安排學(xué)生課下到圖書館或在互聯(lián)網(wǎng)上查找相關(guān)的資料，然后在課堂上討論，對不足的地方，再由授課教師進(jìn)行補(bǔ)充或改正。對于學(xué)科的最新發(fā)展前沿和動(dòng)態(tài)（如夜光遙感、紅外遙感等），可由學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組通過自學(xué)，然后交流自己的研究成果和心得體會(huì)。這樣，不但能激發(fā)學(xué)生對城市遙感課程的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)其主動(dòng)學(xué)習(xí)，更能提高學(xué)生動(dòng)手能力、專業(yè)應(yīng)用能力、人際交往能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，為其進(jìn)一步發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

4）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是決定遙感課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、科研能力的提高意義重大[10]。城市遙感作為一門理論與實(shí)踐并重的學(xué)科，必須加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，以改善學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)理解不透徹、不能靈活運(yùn)用的現(xiàn)狀，切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

城市遙感實(shí)踐環(huán)節(jié)可以通過課后作業(yè)以及課間設(shè)計(jì)等方式進(jìn)行。課后作業(yè)的設(shè)置應(yīng)與課堂內(nèi)容緊密結(jié)合，在講授完理論方法后，緊接著進(jìn)行相關(guān)作業(yè)訓(xùn)練，這樣既能夠使學(xué)生很好地把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，給學(xué)生留下深刻的印象，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 便于扎實(shí)掌握知識點(diǎn)。課間設(shè)計(jì)的設(shè)置可以是實(shí)際工程問題，也可以是教師科研項(xiàng)目的實(shí)際案例。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過查閱文獻(xiàn)資料，借助專業(yè)遙感軟件或編程工具，自主擬定實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定技術(shù)路線，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與分析，并形成實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。這樣區(qū)別于傳統(tǒng)實(shí)習(xí)課程中老師同時(shí)給出題目和步驟，讓學(xué)生重復(fù)的模式，能切實(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

5）師資隊(duì)伍建設(shè)。師資隊(duì)伍是課程建設(shè)的重要內(nèi)容之一，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)是實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的前提。城市遙感課程小組的教師目前都是由長期從事城市遙感技術(shù)研究的博士組成，具有豐富的教學(xué)科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠保證教學(xué)工作的順利進(jìn)行。同時(shí)，課程小組注重隊(duì)伍的能力提高與發(fā)展，有計(jì)劃地安排教師到相關(guān)企事業(yè)單位參觀，參加國內(nèi)外相關(guān)的教學(xué)研討會(huì)和科研活動(dòng)等。此外，課程組正在研究和討論的是如何采取合適的機(jī)制邀請相關(guān)行業(yè)專家為學(xué)生進(jìn)行講座和實(shí)踐培訓(xùn)。

4 結(jié) 語

城市遙感是伴隨著遙感技術(shù)與城市建設(shè)發(fā)展逐步形成的一門學(xué)科，課程建設(shè)對于遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生加強(qiáng)遙感基本理論，拓寬專業(yè)知識，提高專業(yè)技能具有重要的意義。由于城市建設(shè)涉及面廣，遙感機(jī)理復(fù)雜，如何合理安排城市遙感教學(xué)內(nèi)容，保證和提高教學(xué)質(zhì)量是值得認(rèn)真思考的實(shí)際問題。