淺談《遙感原理與應用》實驗課程本科生教學方法

蔡宏

【摘 要】本文針對遙感原理與應用課程的特點、筆者總結(jié)了在多年教學過程中特別是實驗教學中存在的問題，并針對這些這些問題在教學方法和提高教學質(zhì)量方面進行深入思考和探索。提出在課程安排上，理論課程與實驗課程應交替安排，內(nèi)容同步進行；實驗設置上，驗證型實驗與提高綜合型實驗及研究設計型實驗相結(jié)合，遙感實驗還應與GIS（地理信息系統(tǒng)）和Photoshop相結(jié)合；實驗教學過程中，引導學生邊做實驗邊對比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號，制作屬于自己的軟件操作手冊。

【關(guān)鍵詞】遙感原理與應用；實驗課程；本科生教學

【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)展起來的遠距離探測技術(shù)，是藝術(shù)與科學的結(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、社會經(jīng)濟信息都來自于對遙感數(shù)據(jù)的分析和提取。作為一種高效、經(jīng)濟、實用的數(shù)據(jù)源，遙感已廣泛的應用于地質(zhì)、礦產(chǎn)、環(huán)境、農(nóng)林、氣象、測繪及其他多領域?！哆b感原理與應用》課程是目前很多高校相關(guān)專業(yè)學生了解和掌握遙感技術(shù)的首選和基本課程。而這門課程當中包含著嚴謹?shù)奈锢韺W原理和數(shù)學理論，理論性強、概念抽象，學生學習起來覺得較枯燥、學習難度大、學習效果不好。因此本文結(jié)合多年的教學認識和體會，總結(jié)存在的問題并提出改進方法。

1 遙感原理與應用課程的特點

遙感原理與應用課程是一門應用性很強的工具型學科，該課程的教學目的在于使學生掌握遙感技術(shù)的基本理論知識、常用遙感數(shù)據(jù)的特征和應用、信息提取方法等，并能在實踐中運用所學知識，解決實際問題，適應科學技術(shù)發(fā)展的需要[2]。要達到這個目的就要求學生除了具備光譜物理、高等數(shù)學、計算機、測量學等基礎知識，同時還要了解土地、地質(zhì)、資源、環(huán)境、城市等多領域知識，才能準確恰當?shù)奶崛〕鲞m用信息。作為一種多學科交叉的實踐性科學，還需要加強實驗教學，充分重視實驗教學環(huán)節(jié)的教學效果，通過實驗課程使學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動狀態(tài)、掌握地物電磁波譜基本特征、了解遙感技術(shù)的一般應用。

2 傳統(tǒng)實驗教學中存在的問題

本文作者在多年來該課程的教學，特別是實驗教學中，總結(jié)了如下問題：

2.1 學生在軟件操作時與理論課上講授的相關(guān)方法原理無法銜接

很多學校處于對教室和機房安排的便利性考慮，多是將理論課和實驗課分開安排，先上理論課，待理論課程全部結(jié)束后，再統(tǒng)一到機房上實驗課。這樣安排的弊端是學生在操作軟件時與理論課上講授的相關(guān)方法原理無法銜接。分析其原因，其一是由于時間間隔太長，實驗課上機時已經(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運行，操作時只是點一下某一命令項，而對運算方程和過程并不可見，這導致學生不易將命令項與理論方程聯(lián)系起來。

2.2 雖然經(jīng)過實驗課程的學習，但學生對各部分內(nèi)容掌握較孤立，無法自己解決實際問題，導致在做畢業(yè)論文或面對課題時不知如何下手

實驗課程中由于受到實驗數(shù)據(jù)和實驗時間的限制，很多實驗都是驗證性實驗，這類實驗通常是孤立的完成一個具體操作環(huán)節(jié)，而綜合性實驗和研究性實驗較少。這樣導致學生對各部分內(nèi)容的掌握較為孤立，沒有一個解決實際問題的系統(tǒng)的、宏觀的視角和思路。

2.3 打開實驗指導書按部就班照著做，合上書本就不會做。對于不同的參數(shù)按鈕起什么作用、做出什么樣的效果一頭霧水

實驗課程中很多學生都是按照實驗指導書的步驟，照著做出結(jié)果并完成實驗報告，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，某些選項選擇與否對結(jié)果會產(chǎn)生怎樣的影響。這樣造成的結(jié)果是，學生對軟件操作和運算原理一知半解，貌似能做出一個結(jié)果，但卻無法保證自己做出結(jié)果的精確性和準確度。

3 改進的教學方法

3.1 理論課程與實驗課程交替安排，內(nèi)容同步進行

在講授理論課的同時就要引入軟件示范，以典型地物光譜曲線為例，例如在講到植被的光譜特征時，同時在ERDAS中或者ENVI中，聯(lián)動顯示健康植被的影像特征和光譜曲線。又如在講述投影時，可在軟件中同步演示坐標系統(tǒng)和投影的設置，及坐標系統(tǒng)的自定義方法，這樣將有助于將抽象概念具象化，幫助學生對抽象概念進一步深入了解。又如，在講述各種圖像增強算法的原理時，可在軟件上對一具體實例數(shù)據(jù)進行同步演示操作，可讓學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 驗證型實驗與提高綜合型實驗及研究設計型實驗相結(jié)合

遙感實驗的設置基本上是按照對圖像處理的流程，每個實驗都是解決一個單獨環(huán)節(jié)問題的驗證性實驗，如幾何校正、圖像增強、監(jiān)督/非監(jiān)督分類等；綜合合性實驗是幾個單獨環(huán)節(jié)的綜合應用，如圖像預處理綜合實驗，它包含了大氣校正、幾何精校正、拼接裁剪；而研究性實驗，是針對一個具體的實例，引導學生從數(shù)據(jù)源的選擇、數(shù)據(jù)的導入、到輻射校正、幾何校正/配準、再到研究區(qū)域的裁剪或拼接、分類提取、最后統(tǒng)計相關(guān)信息并出圖。例如我設置的一個研究性實驗“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學生自己思考，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、軌道號及研究區(qū)涉及到幾景影像，查詢并下載符合時間跨度、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)導入，分別進行大氣校正、幾何精校正、不同時相間的嚴格配準、及兩景數(shù)據(jù)間的無縫拼接和研究區(qū)范圍裁剪；然后分別提取兩個時相的植被覆蓋度（指數(shù)運算）、水體和土地利用分類；再作遙感變化檢測并進行變化情況統(tǒng)計；最后制作圖件。在整個過程中鼓勵同學之間相互討論和對老師提問，經(jīng)過這個過程的訓練，當學生面臨一個實際課題或問題時才知道該如何下手。故在實驗設置時中應將驗證型實驗與提高綜合型實驗及研究設計型實驗相搭配、相結(jié)合對提高教學效果有很大幫助。

3.3 引導學生邊做實驗邊對比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號，制作屬于自己的軟件操作手冊

在實驗課中講述每種參數(shù)的不同用途，并鼓勵學生嘗試用每種不同參數(shù)做出不同結(jié)果，引導學生自己進行比較，通過反復實踐和查閱文獻，總結(jié)出不同算法的適用范圍和適用情況，并在實驗報告中予以體現(xiàn)。在反復的操作實踐中引導學生邊做實驗邊對比和總結(jié)，且用自己能看懂和理解的形式、符號，制作屬于自己的軟件操作手冊。在這個比較和總結(jié)的過程中，首先加深了對遙感圖像處理軟件操作和計算原理的理解；其次，學生們通過反復實踐和比較，總結(jié)了各實驗中不同參數(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 遙感實驗還應與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作為強大的存儲、管理和空間分析平臺，成為遙感的合理延伸，實際應用中他們無時不刻的緊密結(jié)合在一起。例如，做流域尺度的研究，首先就要確定準確的流域邊界，GIS中通過DEM和水文分析可較為準確的提取到流域邊界。在遙感實驗中可以設置一些綜合性實驗，引導學生體會遙感類軟件和GIS類軟件的不同側(cè)重點，并在解決實際問題的不同階段將他們組合應用起來。

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充，其操作簡便、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，已被廣泛應用；另外，對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。故在遙感實驗當中，有必要設計與Photoshop軟件結(jié)合的綜合實驗。

4 結(jié)語

遙感原理與應用實驗課程定位在學生的專業(yè)技能培養(yǎng)和實際操作訓練上。教學內(nèi)容和方法上應該強調(diào)概念與實踐并重，實現(xiàn)理論與應用相結(jié)合，達到學以致用的教學效果。本文對多年在該課程教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行總結(jié)，并具體針對該課程的實驗課，就如何提高學習效果，培養(yǎng)具有較強動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有效的教學改進方法。

【參考文獻】

[1]梅安新，等.遙感導論[M].高等教育出版社，2001.

[2]孫家柄.遙感原理與應用（附彩圖）[M].武漢大學出版社，2003.

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

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

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

[責任編輯：楊玉潔]