環(huán)境科學(xué)專業(yè)中遙感課程教改研究

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隨著人類活動(dòng)的加劇，環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。衛(wèi)星遙感技術(shù)(RemoteSensing)是20世紀(jì)60年展起來(lái)的一種地球探測(cè)手段，其可快速地監(jiān)測(cè)與跟蹤地表動(dòng)態(tài)變化信息，因而在資源普查和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用。因此各高校的環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)多將遙感課程作為一門必修課列入了教學(xué)大綱，該課程側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握遙感基礎(chǔ)知識(shí)，以及利用遙感技術(shù)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的能力。多數(shù)院校環(huán)境科學(xué)專業(yè)自建設(shè)以來(lái)就注重遙感課程的講授，但教學(xué)模式存在著重理論輕實(shí)踐和實(shí)踐教學(xué)模式呆板等問(wèn)題，制約了學(xué)生遙感應(yīng)用能力的提高。如何結(jié)合環(huán)境科學(xué)的專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，切實(shí)提升利用遙感技術(shù)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的創(chuàng)新能力，仍是本課程教學(xué)中需要深思的問(wèn)題。本文結(jié)合環(huán)境科學(xué)專業(yè)遙感課程的授課情況和教學(xué)實(shí)踐，從現(xiàn)行教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題出發(fā)，將遙感課程教學(xué)與環(huán)境科學(xué)人才需求有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改革教學(xué)方法等方面對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行探索和總結(jié)，旨在提高學(xué)生利用遙感技術(shù)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的創(chuàng)新能力。

1教學(xué)內(nèi)容的選取

1.1教材和目標(biāo)定位

要使教學(xué)內(nèi)容合理，首先要選取一本合適的教材。[3,4]不同的教材各有特色，側(cè)重點(diǎn)亦有所差異，有的注重理論方法，有的偏重實(shí)際應(yīng)用。環(huán)境科學(xué)專業(yè)的遙感課程注重培養(yǎng)學(xué)生利用遙感技術(shù)對(duì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和管理的能力，因此本課程適宜選取側(cè)重于應(yīng)用的教材，如參編教材為陳述彭的《遙感地學(xué)分析》和趙英時(shí)主編的《遙感應(yīng)用分析原理與方法》等。同時(shí)在專業(yè)軟件選取上考慮到界面易用，開(kāi)發(fā)靈活性等特點(diǎn)，可選取ENVI遙感圖像處理軟件進(jìn)行實(shí)例教學(xué)。遙感課程本身內(nèi)容較多，針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生，在學(xué)時(shí)有限的條件下，需縮短遙感基礎(chǔ)理論的講授，同時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大遙感實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的教學(xué)環(huán)節(jié)。在教學(xué)過(guò)程中側(cè)重理論聯(lián)系實(shí)際，將教學(xué)內(nèi)容劃分為理論部分和實(shí)踐部分：其中理論部分主要包括電磁波、傳感器及成像原理、遙感圖像的存儲(chǔ)等內(nèi)容，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以“影像獲取-預(yù)處理-分類及后處理-應(yīng)用”為主線，重點(diǎn)講授常用遙感數(shù)據(jù)(TM，MODIS，ALOS和SPOT)的獲取方式，預(yù)處理方法(輻射校正、地形校正和幾何校正)、分類方法(監(jiān)督和非監(jiān)督分類、面向?qū)ο蠓诸?、決策樹(shù)分類和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類)以及精度評(píng)價(jià)和重編碼等后處理過(guò)程，最后則以江蘇沿海開(kāi)發(fā)為背景，圍繞土地利用變化分析、灘涂生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、水環(huán)境和大氣監(jiān)測(cè)等主題進(jìn)行應(yīng)用實(shí)例教學(xué)，重在提高學(xué)生利用遙感技術(shù)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的興趣和能力。

1.2教學(xué)內(nèi)容更新

遙感技術(shù)的發(fā)展使得知識(shí)更新速度很快，新理論、新方法和新的研究領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，用人單位對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力的需求也不斷增強(qiáng)。[5,6]因此在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中還需不斷對(duì)現(xiàn)有教材內(nèi)容更新，讓學(xué)生掌握遙感技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)，尤其是遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的最新應(yīng)用領(lǐng)域，以彌補(bǔ)現(xiàn)有教材內(nèi)容的滯后性。在教學(xué)過(guò)程中可依托現(xiàn)有科研項(xiàng)目對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，將自己從事科研項(xiàng)目過(guò)程中了解的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充講授，比如筆者曾從事過(guò)遙感技術(shù)在區(qū)域蒸散發(fā)估算、土地利用覆蓋變化以及水環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用相關(guān)的科研項(xiàng)目，在教學(xué)過(guò)程中就可以結(jié)合該項(xiàng)目進(jìn)行典型案例分析，同時(shí)將本學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)與學(xué)生一起討論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)內(nèi)容完善上還需整合對(duì)本學(xué)科技術(shù)形成和發(fā)展具有重要意義的期刊資料(如環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)報(bào)、地理學(xué)報(bào)和"RemoteSensingofEnvironment"等雜志)，滲透到課程建設(shè)之中，不斷充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容具有前瞻性。考慮到環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生由于缺少地理學(xué)、地圖學(xué)和程序設(shè)計(jì)等知識(shí)結(jié)構(gòu)，往往會(huì)反感復(fù)雜的遙感理論知識(shí)，缺少主觀能動(dòng)性，可圍繞遙感技術(shù)開(kāi)展課程群建設(shè)，加強(qiáng)本課程與環(huán)境信息系統(tǒng)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等課程之間的聯(lián)系，從而增強(qiáng)學(xué)生利用跨學(xué)科技術(shù)手段解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2教學(xué)手段和方法的創(chuàng)新

2.1專業(yè)軟件輔助多媒體教學(xué)

遙感課程包含大量的遙感圖像信息，因此目前普遍使用PPT教學(xué)方式。為了增加學(xué)生對(duì)遙感理論方法的掌握，有必要在課堂上增加以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為主的遙感軟件演示教學(xué)。通過(guò)遙感軟件可以將理論及方法用圖形和圖像的形式直觀再現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高應(yīng)用先進(jìn)的遙感技術(shù)的能力。同時(shí)在教學(xué)過(guò)程還需設(shè)計(jì)一些綜合軟件訓(xùn)練科目。比如筆者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)了類似《灘涂資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)》的綜合實(shí)驗(yàn)，拓展了遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)(Arcgis)和計(jì)算機(jī)輔助制圖(AutoCAD)等地學(xué)處理軟件之間的數(shù)據(jù)共享操作，在增強(qiáng)學(xué)生環(huán)境數(shù)據(jù)處理方面的綜合實(shí)踐能力方面取得了較好的反響。

2.2網(wǎng)絡(luò)和啟發(fā)式教學(xué)手段

遙感課程理論抽象，應(yīng)用性比較強(qiáng)，在教學(xué)過(guò)程中，宜采用啟發(fā)式教學(xué)方式，讓學(xué)生獨(dú)立思考，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際的問(wèn)題。比如在講解植被的光譜特征時(shí)，可以基于全色圖像、多光譜等各種常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，形象和直觀呈現(xiàn)不同的植被類型、不同的植被生長(zhǎng)階段和狀況在遙感樣片上的差異，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)“同物異譜”和“同譜異物”規(guī)律等遙感知識(shí)的理解和掌握，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。同時(shí)還可利用GoogleEarth軟件，USGS和地理空間云數(shù)據(jù)等平臺(tái)免費(fèi)瀏覽全球各地分辨率相對(duì)較高衛(wèi)星圖片，作為遙感教學(xué)影像資料，或用作科研數(shù)據(jù)。建立和完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，依托現(xiàn)有的科研項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，購(gòu)置SPOT，MODIS和TM等多類型遙感數(shù)據(jù)和行政矢量地圖。通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)，師生共同交流和關(guān)注遙感最新事件和日益嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題，如高分衛(wèi)星的發(fā)射、城市霧霾和水污染事件，引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有環(huán)境問(wèn)題解決實(shí)際的環(huán)境問(wèn)題。

3實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力具有重要的作用，環(huán)境科學(xué)專業(yè)作為非遙感專業(yè)開(kāi)設(shè)遙感課程，其技能要求為應(yīng)用型，理論聯(lián)系實(shí)踐顯得尤為重要。在實(shí)踐教學(xué)上可以以基礎(chǔ)理論、基本方法和基本操作為基礎(chǔ)，構(gòu)建分層次的能力訓(xùn)練模式，初期可以安排一些主流遙感數(shù)據(jù)搜集與處理基礎(chǔ)方法的介紹；中期安排一些專業(yè)軟件應(yīng)用課題；后期通過(guò)科研項(xiàng)目培養(yǎng)創(chuàng)新能力。實(shí)踐能力培養(yǎng)還需改革傳統(tǒng)以卷面成績(jī)?yōu)橹鞯目荚囍贫?，注重多元化的考核方法，增加理論環(huán)節(jié)課堂提問(wèn)、討論等考核，以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的軟件操作和科研能力考核，以考試促教學(xué)，切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的主動(dòng)性。

3.1增強(qiáng)課堂練習(xí)和野外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)

通過(guò)課堂練習(xí)和野外實(shí)習(xí)，使學(xué)生更好地理解和掌握遙感的基本概念，基本原理和基本方法，熟悉遙感專業(yè)軟件的基本操作，增強(qiáng)對(duì)不同地物的光譜差異的正確認(rèn)識(shí)。課堂練習(xí)環(huán)節(jié)主要以示范性和驗(yàn)證性為主，學(xué)生可通過(guò)操作實(shí)例增強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解。例如在講授遙感影像的幾何配準(zhǔn)過(guò)程中，結(jié)合試驗(yàn)指導(dǎo)書和軟件操作，以圖形的方式呈現(xiàn)控制點(diǎn)數(shù)目和位置變化對(duì)圖像糾正效果的影響，增強(qiáng)對(duì)幾何校正影響因素的理解。野外實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)主要包括遙感影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和預(yù)處理、解譯標(biāo)志的建立和野外考察路線的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。通過(guò)野外實(shí)習(xí)，加深對(duì)圖像目視和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類原理和過(guò)程等教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)。野外實(shí)習(xí)適宜以學(xué)校周邊的多光譜影像為例，也可結(jié)合區(qū)域特色，如在鹽城工學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，考慮到沿海大開(kāi)發(fā)形勢(shì)下，采用了沿海灘涂資源開(kāi)發(fā)和保護(hù)為實(shí)踐背景材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)的實(shí)地考察，使學(xué)生掌握假彩色合成圖像和地物的識(shí)別特征等遙感基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)通過(guò)野外實(shí)習(xí)教學(xué)也可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生利用遙感技術(shù)對(duì)灘涂生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)和分析。

3.2專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)能力培養(yǎng)

在遙感教學(xué)中，專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)能力也是實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)的重要內(nèi)容。ENVI是由遙感領(lǐng)域的科學(xué)家采用IDL(InterfaceDescriptionLanguage)開(kāi)發(fā)的一套功能強(qiáng)大的、完整的遙感圖像處理軟件[7]，因此在利用ENVI軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以增加利用IDL演示實(shí)例豐富教學(xué)內(nèi)容，例如進(jìn)行遙感影像融合效果評(píng)價(jià)的過(guò)程中，可讓學(xué)生掌握IDL的學(xué)習(xí)方法，并學(xué)會(huì)編寫IDL命令調(diào)用ENVI函數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，熵值的計(jì)算和融合效果的評(píng)價(jià)。既可以提高學(xué)生的編程能力，又可更好的理解操作的本質(zhì)，提高學(xué)生的專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)能力。

3.3鼓勵(lì)學(xué)生從事科研活動(dòng)

課堂練習(xí)通常是嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)操作，相對(duì)缺少創(chuàng)新性，因此還需要通過(guò)科研項(xiàng)目的鍛煉，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和遙感技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力?？蒲谢顒?dòng)主要以遙感興趣小組、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和導(dǎo)師科研項(xiàng)目為主要形式。遙感興趣小組依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同進(jìn)行組建，如組建灘涂植被組、水體污染檢測(cè)組以及大氣污染檢測(cè)組等，考核任務(wù)下達(dá)后，各小組之間共同完成數(shù)據(jù)資料的查找、分析和結(jié)果輸出等工作，最后以小組為單位進(jìn)行評(píng)分和總結(jié)。學(xué)生在完成專題任務(wù)中不僅增強(qiáng)綜合分析問(wèn)題和表達(dá)能力，同時(shí)也熟悉了基本的科研方法和過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生自主探索的熱情。此外，在遙感應(yīng)用小組的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目(SRT)和撰寫學(xué)術(shù)論文，同時(shí)吸引學(xué)生參與老師的科研活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表高質(zhì)量遙感教學(xué)論文將學(xué)生的畢業(yè)論文盡可能與科研課題相結(jié)合，通過(guò)畢業(yè)論文團(tuán)隊(duì)建設(shè)提高學(xué)生畢業(yè)論文的深度和廣度。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著環(huán)境問(wèn)題的不斷出現(xiàn)和遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境科學(xué)專業(yè)對(duì)遙感教學(xué)提出了更高的要求。本文針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)遙感課程的特色需求，將遙感課程教學(xué)與環(huán)境科學(xué)的人才需求有機(jī)結(jié)合起來(lái)，認(rèn)為在環(huán)境科學(xué)專業(yè)中的遙感課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)側(cè)重于遙感應(yīng)用能力的提高，在教學(xué)方法上應(yīng)綜合專業(yè)軟件示范教學(xué)和多媒體教學(xué)方法，并通過(guò)課堂練習(xí)、野外實(shí)習(xí)和科研項(xiàng)目訓(xùn)練鞏固遙感課程的理論知識(shí)，熟練掌握利用遙感技術(shù)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。雖然本文針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的遙感課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實(shí)踐，學(xué)生在新獲省級(jí)以上創(chuàng)新項(xiàng)目和優(yōu)秀畢業(yè)論文等方面均得到了提升，但諸如圍繞以遙感課程的課程群建設(shè)、專業(yè)實(shí)踐教材以及教改成效的量化評(píng)價(jià)等方面仍需要進(jìn)一步的探討，以期滿足環(huán)境遙感應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。

作者：周峰 呂慧華 單位：鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院