郝衛(wèi)峰 程青 李斐

[摘 要]武漢大學(xué)的極地測(cè)繪遙感信息學(xué)課程以該校的大地測(cè)量學(xué)、遙感學(xué)、地理信息學(xué)和地球物理學(xué)等優(yōu)勢(shì)學(xué)科為依托，側(cè)重服務(wù)于極地人才培養(yǎng)，使學(xué)生能夠瞄準(zhǔn)極地國際科學(xué)前沿，全面掌握極地測(cè)繪遙感信息化的理論方法和技術(shù)體系。文章從課程的設(shè)置背景、教學(xué)內(nèi)容、講授方式、實(shí)習(xí)實(shí)踐等方面，探討極地測(cè)繪遙感信息學(xué)的課程設(shè)置及教學(xué)方法，探索使學(xué)生有效掌握極地測(cè)繪遙感信息學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的有效途徑，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)的能力培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生在極地領(lǐng)域的創(chuàng)新性研究，提高極地測(cè)繪遙感信息學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]極地；測(cè)繪；遙感信息學(xué)；課程設(shè)置；教學(xué)方法；能力培養(yǎng)

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）11-0098-03

一、課程設(shè)置的背景

地球的南北兩極，分別位于地球的最南端和最北端。作為全球氣候變化的冷源，南北極是全球變化的驅(qū)動(dòng)器和響應(yīng)器，在全球變化特別是全球氣候變化研究中，南北極地區(qū)的研究起著不可替代的關(guān)鍵作用[1]。截至目前，已有40多個(gè)國家在南極和北極建立了100多個(gè)科學(xué)考察站，對(duì)南極和北極開展了多學(xué)科考察研究，有很多科學(xué)研究取得了卓越的成果。

南北極是地球上至今未被開發(fā)、未被污染的清潔大陸，蘊(yùn)藏著大量的自然資源，成為關(guān)系國家利益的“戰(zhàn)略新疆域”，存在著現(xiàn)實(shí)和潛在的重大國家權(quán)益[2]。十九大報(bào)告指出，要“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”，建設(shè)極地強(qiáng)國正是建設(shè)海洋強(qiáng)國的重要組成部分。而建設(shè)極地強(qiáng)國，占領(lǐng)世界極地戰(zhàn)略和科學(xué)研究的制高點(diǎn)，首先就要培養(yǎng)高智力和高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

國際上，當(dāng)前極地的研究方向和科學(xué)問題主要是圍繞極區(qū)環(huán)境變化對(duì)全球氣候變化影響的大主題開展海、冰、氣相互作用的研究，旨在綜合評(píng)估南極和北極現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)極地對(duì)全球變化的影響，并為國家規(guī)模甚至國際規(guī)模的資源管理、環(huán)境戰(zhàn)略以及人類可持續(xù)發(fā)展提供可靠的科學(xué)依據(jù)。測(cè)繪、遙感和信息技術(shù)是南北極科學(xué)考察的重要技術(shù)保障和科學(xué)研究的重要手段。依托武漢大學(xué)測(cè)繪、遙感和信息技術(shù)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在培養(yǎng)面向南北極領(lǐng)域的專業(yè)人才時(shí)，需要在本科生和研究生中開設(shè)極地測(cè)繪遙感信息學(xué)課程，讓學(xué)生能盡早了解南北極，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生瞄準(zhǔn)極地國際科學(xué)研究前沿，充分利用當(dāng)代測(cè)繪和遙感信息工程的科學(xué)手段及最新研究方法，并借力武漢大學(xué)連續(xù)34年參加中國南極科學(xué)考察經(jīng)歷，學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)解決南北極的科學(xué)問題。

二、課程教學(xué)內(nèi)容的探討

極地測(cè)繪遙感信息學(xué)是面向南北極，研究其實(shí)體與空間分布有關(guān)的信息采集、測(cè)量、分析、顯示、管理和利用的綜合學(xué)科[3]，是測(cè)繪、遙感信息學(xué)科在極地領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。作為本科生選修課和研究生相關(guān)專業(yè)必修課，課程的講授內(nèi)容主要涉及大地測(cè)量、遙感、地理信息、地球物理等相關(guān)學(xué)科，既是學(xué)科介紹，又是引領(lǐng)學(xué)生通過學(xué)科交叉開展科學(xué)研究。

課程開設(shè)主要有兩個(gè)目標(biāo)[3]：一是介紹各學(xué)科的最新技術(shù)手段和研究方法在極地領(lǐng)域的應(yīng)用，且在邊緣學(xué)科和跨學(xué)科應(yīng)用中能不斷創(chuàng)新；二是綜合各學(xué)科知識(shí)，了解數(shù)字極地的基礎(chǔ)地理信息框架和全球范圍內(nèi)的天—空—地一體化的觀測(cè)體系，為我國的極地科學(xué)考察提供更有力的支撐。課程具體教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

三、課程教學(xué)方式和考核方式的探討

該課程樹立以學(xué)生為本，以知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高為核心，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的教學(xué)理念。課程設(shè)置的目標(biāo)是通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性而讓學(xué)生充分掌握該課程的核心知識(shí)點(diǎn)，其中，課程教學(xué)方法和考核方式的選取是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

（一）教學(xué)方式

課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是相互聯(lián)系、相互依存、相互支撐的兩個(gè)方面，課堂教學(xué)授予學(xué)生基礎(chǔ)理論和原理方法，而實(shí)踐教學(xué)則在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神方面具有不可替代的作用，是培養(yǎng)“面向極地服務(wù)的應(yīng)用型高級(jí)人才”的必要手段，屬于極地測(cè)繪遙感信息學(xué)體系頂層設(shè)計(jì)不可或缺的重要范疇。本課程為引導(dǎo)性課程，采用課堂教學(xué)、課堂討論、課后參觀、分組實(shí)踐等多種教學(xué)形式為一體的教學(xué)方法。

1.多媒體課堂教學(xué)

南北極地理位置遙遠(yuǎn)，學(xué)生都未有親臨的經(jīng)歷，如果以傳統(tǒng)的原理型講授為驅(qū)動(dòng)的話，會(huì)非常的枯燥乏味。教學(xué)過程中要充分發(fā)揮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)，利用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過展示我校34次南極科學(xué)考察和多次北極考察收集的珍貴圖片和視頻，使學(xué)生對(duì)南北極有充分的視覺感知，教學(xué)也更加生動(dòng)形象。但是，這部分的專業(yè)教學(xué)，更側(cè)重于結(jié)合專業(yè)背景和專業(yè)知識(shí)的現(xiàn)場(chǎng)資料展示。例如，介紹我國的南極航空地球物理考察時(shí)，主要通過圖片介紹“雪鷹601”固定翼飛機(jī)上航空重力儀、GPS、冰雷達(dá)等設(shè)備的布設(shè)、操作和數(shù)據(jù)情況及其應(yīng)用，而不介紹飛機(jī)的歷史、南極地區(qū)飛機(jī)的起降等科普知識(shí)。

由于該課程屬于多個(gè)學(xué)科背景交叉，每次課的講授都要安排符合專業(yè)背景的教師承擔(dān)。不同專業(yè)背景的教師其教學(xué)側(cè)重點(diǎn)不同，將會(huì)給學(xué)生傳授不同的知識(shí)和研究理念[4]。同時(shí)，在課外時(shí)間，在教師引導(dǎo)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生多系統(tǒng)閱讀相關(guān)學(xué)科的教材，全面細(xì)致掌握各知識(shí)點(diǎn)。

2.自主式學(xué)習(xí)與討論

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是單向的“傳送—接受”填鴨灌輸式模式，是傳授知識(shí)和答疑解惑的主要途徑，但這種方式并不利于學(xué)生積極參與，學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮受到了很大的限制。在本科生高年級(jí)和研究生課程中，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過一些概論性介紹，學(xué)生已經(jīng)在老師的指導(dǎo)下對(duì)南北極有了一定的感性認(rèn)識(shí)，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)背景，引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)，每次課程安排1-2名學(xué)生交流自己的學(xué)習(xí)體會(huì)，其余學(xué)生提交專題報(bào)告。基于此的自主式學(xué)習(xí)與討論，教師的主體作用由完全講授變?yōu)椴糠种v授和部分引導(dǎo)，學(xué)生由聽課為主變?yōu)槁犝n同時(shí)輔以動(dòng)手能力和自主思考能力的培養(yǎng)，這樣既能夠提高學(xué)生的自學(xué)能力，又能夠通過教師的點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，拓展學(xué)習(xí)的廣度和深度。

3.課后參觀與實(shí)踐

武漢大學(xué)建有極地科普展覽館，里面陳設(shè)了極地科普展板、動(dòng)植物標(biāo)本、實(shí)物及模型、武漢大學(xué)歷次參加科學(xué)考察的所見所聞及科學(xué)研究成果等。此外，武漢大學(xué)有100余人次參加過南北極科學(xué)考察，參觀展覽時(shí)將聘請(qǐng)最近參加過南北極科學(xué)考察的教師參與講解和互動(dòng)，從而通過授課后的參觀，使學(xué)生能夠加深對(duì)南北極的印象，深刻理解極地的特殊之美和科學(xué)研究的重點(diǎn)。

極地測(cè)繪遙感學(xué)是典型的交叉學(xué)科與應(yīng)用型學(xué)科，課堂教學(xué)只是學(xué)生被動(dòng)地掌握教師教授的內(nèi)容，如果平時(shí)不重視實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練的話，學(xué)生對(duì)知識(shí)中涵蓋的內(nèi)涵就不能深刻理解，也無從談起多學(xué)科協(xié)同研究。在這些實(shí)踐環(huán)節(jié)中，重要的是計(jì)算機(jī)實(shí)踐，要求學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程達(dá)到解決實(shí)際問題的能力。

4.注重因材施教[5]

該課程要在較短的時(shí)間內(nèi)使每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)獲得成功的機(jī)會(huì)，就需要教師在課程教學(xué)時(shí)注重考慮學(xué)生的個(gè)體差異，善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，因材施教。教師要幫助學(xué)生結(jié)合自己的興趣點(diǎn)和個(gè)人所長，制定好每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)于那些數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技能較好的學(xué)生要鼓勵(lì)多學(xué)習(xí)和實(shí)踐一些算法理論，對(duì)于專業(yè)技能突出的學(xué)生則需多鼓勵(lì)研讀科技前沿論文，開展模型建立、多源數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)等工作。

（二）考核方式

傳統(tǒng)的期末考核主要采取開卷答題或提交研究報(bào)告的形式[6-7]，形式古板，弊端很多，很難發(fā)揮考查學(xué)生綜合能力的作用。本課程主要采取“過程考核與期末考核”相結(jié)合的考核方式[8]，即完善“過程考核與結(jié)果評(píng)價(jià)結(jié)合、定性評(píng)價(jià)與定量考核互補(bǔ)、個(gè)人評(píng)價(jià)與團(tuán)隊(duì)考核融合”的評(píng)價(jià)考核機(jī)制。

本課程共12塊內(nèi)容，將每次課小組討論或書面報(bào)告完成情況和個(gè)人平時(shí)參與討論的表現(xiàn)作為平時(shí)考核成績，占總成績的30%。同時(shí)，將班上學(xué)生按四人分為一組，每組各成員之間要求來自不同的專業(yè)，自由組合。課程結(jié)束前布置綜合性較強(qiáng)的研究課題，最后完成的計(jì)算結(jié)果和報(bào)告占總成績的70%。例如，通過文獻(xiàn)的閱讀和動(dòng)手實(shí)踐，在給定南極斯維茨冰川區(qū)域，利用衛(wèi)星測(cè)高、機(jī)載測(cè)高、InSAR、時(shí)變衛(wèi)星重力等數(shù)據(jù)研究該區(qū)域的數(shù)字高程模型、冰雪質(zhì)量變化及其冰下湖預(yù)測(cè)，要求有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理策略和多源數(shù)據(jù)融合方法，給出該區(qū)域表面高程模型、變化并進(jìn)行冰下湖預(yù)測(cè)。分組實(shí)踐完成后，小組的成員間合作完成英文科研海報(bào)（類似于科研短文），授課教師組集體打分后取平均分作為該實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績。通過學(xué)生的協(xié)同合作，培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，切實(shí)提高了學(xué)生的判斷能力、分析問題和解決問題的能力，也是對(duì)實(shí)踐教學(xué)方法和手段創(chuàng)新的深化。

在對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核的同時(shí)，課程結(jié)束后也引入學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)機(jī)制[9]，包括教師授課是否全面準(zhǔn)確，教師的責(zé)任心和職業(yè)道德，實(shí)踐環(huán)節(jié)的完備性等，通過問卷調(diào)查和綜合評(píng)價(jià)的形式，逐步促使授課教師改進(jìn)課程設(shè)置的內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)?！皼]有教不好的學(xué)生，只有不會(huì)教的老師”，各個(gè)方向的授課教師要提高教育教學(xué)水平，不斷地了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的需求，及時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整[10]，以面向極地和服務(wù)極地為導(dǎo)向，以學(xué)生最喜歡、最能接受的方式指導(dǎo)構(gòu)建極地測(cè)繪遙感信息學(xué)課程體系，就能夠培養(yǎng)出更多適應(yīng)極地發(fā)展的優(yōu)秀人才。

四、結(jié)語

極地科學(xué)正在向綜合性、深層次分析評(píng)價(jià)的方向發(fā)展，極地測(cè)繪遙感信息學(xué)正是順應(yīng)此需求開設(shè)的一門專業(yè)課程。本文在介紹南北極基本概況的基礎(chǔ)上，探討了極地測(cè)繪遙感信息學(xué)課程的開設(shè)目的、教學(xué)內(nèi)容、講授方式和考核方式等。南北極研究是一個(gè)長期的過程，新技術(shù)的產(chǎn)生和交叉學(xué)科的發(fā)展將促進(jìn)該課程不斷向新的方向發(fā)展。不同背景的教師在授課時(shí)充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)造性，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，較好地反映出學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力，不斷激發(fā)學(xué)生從事極地研究的潛能。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]