環(huán)境科學專業(yè)中遙感課程教改研究

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隨著人類活動的加劇，環(huán)境問題日趨嚴峻。衛(wèi)星遙感技術(RemoteSensing)是20世紀60年展起來的一種地球探測手段，其可快速地監(jiān)測與跟蹤地表動態(tài)變化信息，因而在資源普查和環(huán)境監(jiān)測等方面具有廣泛的應用。因此各高校的環(huán)境科學本科專業(yè)多將遙感課程作為一門必修課列入了教學大綱，該課程側重培養(yǎng)學生掌握遙感基礎知識，以及利用遙感技術解決實際環(huán)境問題的能力。多數(shù)院校環(huán)境科學專業(yè)自建設以來就注重遙感課程的講授，但教學模式存在著重理論輕實踐和實踐教學模式呆板等問題，制約了學生遙感應用能力的提高。如何結合環(huán)境科學的專業(yè)特點和人才培養(yǎng)目標，切實提升利用遙感技術解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力，仍是本課程教學中需要深思的問題。本文結合環(huán)境科學專業(yè)遙感課程的授課情況和教學實踐，從現(xiàn)行教學過程存在的問題出發(fā)，將遙感課程教學與環(huán)境科學人才需求有機結合起來，從優(yōu)化教學內容和改革教學方法等方面對該課程教學進行探索和總結，旨在提高學生利用遙感技術解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力。

1教學內容的選取

1.1教材和目標定位

要使教學內容合理，首先要選取一本合適的教材。[3,4]不同的教材各有特色，側重點亦有所差異，有的注重理論方法，有的偏重實際應用。環(huán)境科學專業(yè)的遙感課程注重培養(yǎng)學生利用遙感技術對環(huán)境問題進行監(jiān)測、分析和管理的能力，因此本課程適宜選取側重于應用的教材，如參編教材為陳述彭的《遙感地學分析》和趙英時主編的《遙感應用分析原理與方法》等。同時在專業(yè)軟件選取上考慮到界面易用，開發(fā)靈活性等特點，可選取ENVI遙感圖像處理軟件進行實例教學。遙感課程本身內容較多，針對環(huán)境科學專業(yè)的本科學生，在學時有限的條件下，需縮短遙感基礎理論的講授，同時適當擴大遙感實驗和應用的教學環(huán)節(jié)。在教學過程中側重理論聯(lián)系實際，將教學內容劃分為理論部分和實踐部分：其中理論部分主要包括電磁波、傳感器及成像原理、遙感圖像的存儲等內容，實踐教學內容以“影像獲取-預處理-分類及后處理-應用”為主線，重點講授常用遙感數(shù)據(TM，MODIS，ALOS和SPOT)的獲取方式，預處理方法(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、面向對象分類、決策樹分類和神經網絡分類)以及精度評價和重編碼等后處理過程，最后則以江蘇沿海開發(fā)為背景，圍繞土地利用變化分析、灘涂生態(tài)環(huán)境評價、水環(huán)境和大氣監(jiān)測等主題進行應用實例教學，重在提高學生利用遙感技術解決實際環(huán)境問題的興趣和能力。

1.2教學內容更新

遙感技術的發(fā)展使得知識更新速度很快，新理論、新方法和新的研究領域不斷出現(xiàn)，用人單位對學生的實踐能力的需求也不斷增強。[5,6]因此在整個教學過程中還需不斷對現(xiàn)有教材內容更新，讓學生掌握遙感技術的最新動態(tài)，尤其是遙感技術在環(huán)境科學中的最新應用領域，以彌補現(xiàn)有教材內容的滯后性。在教學過程中可依托現(xiàn)有科研項目對教學內容進行整合和優(yōu)化，將自己從事科研項目過程中了解的國內外研究現(xiàn)狀以及存在的問題進行補充講授，比如筆者曾從事過遙感技術在區(qū)域蒸散發(fā)估算、土地利用覆蓋變化以及水環(huán)境監(jiān)測等應用相關的科研項目，在教學過程中就可以結合該項目進行典型案例分析，同時將本學科的發(fā)展趨勢與學生一起討論，從而激發(fā)學生的學習興趣。教學內容完善上還需整合對本學科技術形成和發(fā)展具有重要意義的期刊資料(如環(huán)境科學、生態(tài)學報、地理學報和"RemoteSensingofEnvironment"等雜志)，滲透到課程建設之中，不斷充實教學內容，使教學內容具有前瞻性。考慮到環(huán)境科學專業(yè)的學生由于缺少地理學、地圖學和程序設計等知識結構，往往會反感復雜的遙感理論知識，缺少主觀能動性，可圍繞遙感技術開展課程群建設，加強本課程與環(huán)境信息系統(tǒng)、環(huán)境影響評價等課程之間的聯(lián)系，從而增強學生利用跨學科技術手段解決實際問題的能力。

2教學手段和方法的創(chuàng)新

2.1專業(yè)軟件輔助多媒體教學

遙感課程包含大量的遙感圖像信息，因此目前普遍使用PPT教學方式。為了增加學生對遙感理論方法的掌握，有必要在課堂上增加以實驗數(shù)據為主的遙感軟件演示教學。通過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)學生學習興趣，提高應用先進的遙感技術的能力。同時在教學過程還需設計一些綜合軟件訓練科目。比如筆者在實際教學過程中設計了類似《灘涂資源與環(huán)境監(jiān)測》的綜合實驗，拓展了遙感技術與地理信息系統(tǒng)(Arcgis)和計算機輔助制圖(AutoCAD)等地學處理軟件之間的數(shù)據共享操作，在增強學生環(huán)境數(shù)據處理方面的綜合實踐能力方面取得了較好的反響。

2.2網絡和啟發(fā)式教學手段

遙感課程理論抽象，應用性比較強，在教學過程中，宜采用啟發(fā)式教學方式，讓學生獨立思考，引導學生去發(fā)現(xiàn)和解決實際的問題。比如在講解植被的光譜特征時，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，形象和直觀呈現(xiàn)不同的植被類型、不同的植被生長階段和狀況在遙感樣片上的差異，增強學生對“同物異譜”和“同譜異物”規(guī)律等遙感知識的理解和掌握，充分發(fā)揮學生在學習過程中的主動性、積極性和創(chuàng)造性。同時還可利用GoogleEarth軟件，USGS和地理空間云數(shù)據等平臺免費瀏覽全球各地分辨率相對較高衛(wèi)星圖片，作為遙感教學影像資料，或用作科研數(shù)據。建立和完善實驗數(shù)據庫，依托現(xiàn)有的科研項目和實驗平臺，購置SPOT，MODIS和TM等多類型遙感數(shù)據和行政矢量地圖。通過Internet網絡，師生共同交流和關注遙感最新事件和日益嚴重環(huán)境問題，如高分衛(wèi)星的發(fā)射、城市霧霾和水污染事件，引導學生利用現(xiàn)有環(huán)境問題解決實際的環(huán)境問題。

3實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

實踐教學環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科研能力具有重要的作用，環(huán)境科學專業(yè)作為非遙感專業(yè)開設遙感課程，其技能要求為應用型，理論聯(lián)系實踐顯得尤為重要。在實踐教學上可以以基礎理論、基本方法和基本操作為基礎，構建分層次的能力訓練模式，初期可以安排一些主流遙感數(shù)據搜集與處理基礎方法的介紹；中期安排一些專業(yè)軟件應用課題；后期通過科研項目培養(yǎng)創(chuàng)新能力。實踐能力培養(yǎng)還需改革傳統(tǒng)以卷面成績?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、討論等考核，以及實踐環(huán)節(jié)的軟件操作和科研能力考核，以考試促教學，切實提高學生實踐創(chuàng)新的主動性。

3.1增強課堂練習和野外實習環(huán)節(jié)

通過課堂練習和野外實習，使學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，增強對不同地物的光譜差異的正確認識。課堂練習環(huán)節(jié)主要以示范性和驗證性為主，學生可通過操作實例增強對理論知識的理解。例如在講授遙感影像的幾何配準過程中，結合試驗指導書和軟件操作，以圖形的方式呈現(xiàn)控制點數(shù)目和位置變化對圖像糾正效果的影響，增強對幾何校正影響因素的理解。野外實習設計主要包括遙感影像數(shù)據的準備和預處理、解譯標志的建立和野外考察路線的設計等環(huán)節(jié)。通過野外實習，加深對圖像目視和計算機自動分類原理和過程等教學內容的認識。野外實習適宜以學校周邊的多光譜影像為例，也可結合區(qū)域特色，如在鹽城工學院的教學實踐過程中，考慮到沿海大開發(fā)形勢下，采用了沿海灘涂資源開發(fā)和保護為實踐背景材料，通過實驗區(qū)的實地考察，使學生掌握假彩色合成圖像和地物的識別特征等遙感基礎理論知識，同時通過野外實習教學也可進一步引導學生利用遙感技術對灘涂生態(tài)環(huán)境問題進行檢測和分析。

3.2專業(yè)軟件開發(fā)能力培養(yǎng)

在遙感教學中，專業(yè)軟件開發(fā)能力也是實踐創(chuàng)新教學的重要內容。ENVI是由遙感領域的科學家采用IDL(InterfaceDescriptionLanguage)開發(fā)的一套功能強大的、完整的遙感圖像處理軟件[7]，因此在利用ENVI軟件進行實驗教學過程中，可以增加利用IDL演示實例豐富教學內容，例如進行遙感影像融合效果評價的過程中，可讓學生掌握IDL的學習方法，并學會編寫IDL命令調用ENVI函數(shù)，進行數(shù)據的讀取，熵值的計算和融合效果的評價。既可以提高學生的編程能力，又可更好的理解操作的本質，提高學生的專業(yè)軟件開發(fā)能力。

3.3鼓勵學生從事科研活動

課堂練習通常是嚴格按照實驗指導操作，相對缺少創(chuàng)新性，因此還需要通過科研項目的鍛煉，進一步強化學生運用專業(yè)知識和遙感技術解決實際問題的能力?？蒲谢顒又饕赃b感興趣小組、大學生創(chuàng)新項目和導師科研項目為主要形式。遙感興趣小組依據應用領域的不同進行組建，如組建灘涂植被組、水體污染檢測組以及大氣污染檢測組等，考核任務下達后，各小組之間共同完成數(shù)據資料的查找、分析和結果輸出等工作，最后以小組為單位進行評分和總結。學生在完成專題任務中不僅增強綜合分析問題和表達能力，同時也熟悉了基本的科研方法和過程，激發(fā)了學生自主探索的熱情。此外，在遙感應用小組的基礎上，鼓勵學生申報大學生創(chuàng)新項目(SRT)和撰寫學術論文，同時吸引學生參與老師的科研活動，鼓勵學生發(fā)表高質量遙感教學論文將學生的畢業(yè)論文盡可能與科研課題相結合，通過畢業(yè)論文團隊建設提高學生畢業(yè)論文的深度和廣度。

4結束語

隨著環(huán)境問題的不斷出現(xiàn)和遙感技術的不斷發(fā)展，環(huán)境科學專業(yè)對遙感教學提出了更高的要求。本文針對環(huán)境科學專業(yè)開設遙感課程的特色需求，將遙感課程教學與環(huán)境科學的人才需求有機結合起來，認為在環(huán)境科學專業(yè)中的遙感課程教學過程中，應側重于遙感應用能力的提高，在教學方法上應綜合專業(yè)軟件示范教學和多媒體教學方法，并通過課堂練習、野外實習和科研項目訓練鞏固遙感課程的理論知識，熟練掌握利用遙感技術解決實際環(huán)境問題從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。雖然本文針對環(huán)境科學專業(yè)的遙感課程教學改革進行了探索與實踐，學生在新獲省級以上創(chuàng)新項目和優(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、專業(yè)實踐教材以及教改成效的量化評價等方面仍需要進一步的探討，以期滿足環(huán)境遙感應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。

作者：周峰 呂慧華 單位：鹽城工學院環(huán)境科學與工程學院