王利花，路 鹏

(1. 成都信息工程大学资源环境学院，四川 成都 610225； 2. 吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130026)

微波遥感是工作波长在1 mm～1 m的遥感技术，即用非接触的手段获取目标信息的电磁技术，探测、接收被测物体在微波波段的电磁辐射和散射特性，以识别远距离目标。微波遥感技术始于20世纪60年代，与光学遥感(可见光、红外、热红外)相比，具有全天候昼夜工作能力，可穿云透雾，不受气象条件和太阳辐射影响，能够提供不同于光学遥感的信息。随着众多搭载微波传感器的卫星发射和运行，微波遥感凭借自身独特的优势在海洋、大气、陆地、冰雪和军事等方面已有广泛应用[1-3]。

微波遥感技术的发展在一定程度上也得益于遥感教育的进步，目前国内已建成相对完善的本、硕、博学位遥感人才培养体系。众多高校在遥感科学与技术专业和地理信息科学专业开设了“微波遥感”课程(以下简称“微波遥感”)，但在教学过程中还存在一些问题：①灌输式教育。在教学设计中，根据固定教材和教学大纲进行教学目标设计，然后才考虑学生的需求。反映在课堂教学上，是在研究教而非学。因此，学生不免处于一种茫然被动的状态。②教学内容与微波遥感新技术的发展脱节。尤其是近10年，微波遥感发展迅猛，大量搭载微波传感器的卫星发射升空(Sentinel-1、HJ-1C、GF-3等)，新技术层出不穷。而教学内容更新速度过慢，跟不上新技术的发展。③缺乏针对性的实践训练，理论与实践脱节，学生思考能力和动手能力较差。综上，微波遥感涉及复杂的理论基础，难度较大的信号传输、接收和处理，但在对地观测领域具有独特的优势和广泛的应用。如何让教师和学生互动，实现学生自主学习、自我探索，在传道授业解惑中最大限度地减少误解和冗余，提高双方的积极性和主动性，实现教学相长，是一个值得不断探讨和研究的课题。

据此，在分析“微波遥感”教学过程存在问题的基础上，试图从以下3个方面探索“微波遥感”教学方法改革和实验教学体系：①以教学大纲为主线，结合国内外教材、专业期刊和学术会议等材料作为教学内容；②多种教学方式并行，重点开展启发式教学、研究性教学和实践教学；③借助课堂和课外作业巩固微波遥感知识点。在教学的过程中，力求以学生为主体，将教师灌输式学习或教师简单提问改为引导学生发现问题、提出问题、解决问题，加强学生对知识的理解、吸收和运用，实现传道授业解惑和教学互长。

1 基础理论教学

依据遥感科学与技术专业的培养方案，结合国内外多种教材[4-7]的内容编写教学大纲。以教学大纲为主，精选对本学科基础理论和技术形成发展具有重要意义的中文期刊(《遥感学报》《地理学报》《红外与毫米波学报》《武汉大学学报(信息科学版)》等)、英文期刊(《Remote Sensing of Environment》《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》等)、国际会议文献(IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium、Dragon Symposium等)和当今热点研究项目(http:∥www.esa.int、http:∥www.gsfc.nasa/gov/NASA_omepage.html、http:∥www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/homepge.html)等参考资料，构建循序渐进、环环相扣的基本概论-核心理论-技术方法-实践应用教学内容和教学体系。学生要掌握相关知识内容，不仅要在课堂上认真聆听，搭建知识体系，也必须在课堂外通过多种途径查阅参考资料，深入学习，加深理解。

1.1 多种教学方式并行

教师运用多媒体方法进行“微波遥感”教学时，需对教学内容烂熟于心，逻辑严密，条理清晰，将知识点划分为一般内容、重点和难点，进行有针对性的教学方案设计，主要采用教师导航型教学模式[8]，辅以慕课、微助教和教学平台等多种方式加强基础理论教学，如图1所示。

图1 教师导航型教学模式

举例如下：针对卫星运行轨道、姿态和扫描方式等，采用动画技术展示ENVISAT ASAR右侧视的升、降轨扫描方式，Radarsat SAR左侧视和右侧视对地观测技术，启发学生思考采用不同侧视方向对雷达影像成像的影响；图文并茂地展示SAR基本散射机制(如图2所示)和地物表面粗糙度的影响因素。针对微波遥感在海洋领域的探测，首先采用三维立体动画展示海水从底层到表层的运动状态，结合(准)同步SAR影像，揭示水下地形、海表动态是如何被SAR影像捕捉到，进而分析海洋参数在SAR影像上的成像机理和理论，探讨不同海洋现象的SAR影像特征，为微波遥感的应用提供理论基础。针对微波遥感图像处理部分，结合学生熟悉的光学遥感影像，对比讲解SAR影像、微波辐射计影像的探测能力及特点，图文并茂地展示微波遥感的独特优势和典型应用。

图2 SAR基本散射机制

1.2 启发式教学

在“微波遥感”教学中，笔者以问题为驱动，设计讨论课，使每位学生都能参与其中，在参与中主动消化知识，深化理解并形成新的认知结构，如图3所示。例如在讲述典型地物或现象在不同微波波段、不同极化方式、不同入射角的遥感影像上展现不同的后向散射特性时，以不同类型地物或现象的SAR影像作为导入，如图4所示，根据SAR影像的不同参数设置情境，引发学生思考SAR影像上地物或现象特征的原因，深化学生对SAR后向散射机制及理论的理解，引导学生学习新的理论知识。

图3 教师启发式教学模式

图4 杭州湾ENVISAT ASAR影像

1.3 研究性教学

(1) 科研和教学相结合：教师的科研工作通常都是当今国内外研究的热点和难点，要将教师的科研服务于教学，发挥科研对教学的促进作用[9-11]。笔者在教学过程中将SAR反演海表流场、SAR监测水下地形及INSAR应用于大城市地表沉降等科研成果转化为教学内容，学生参与度高，课堂气氛活跃，对理论知识的理解更深入，对理论应用于实践有更清晰的认识。

(2) 课堂分享：每2学时利用5 min时间让学生分享和微波遥感研究相关的当今研究热点，课堂上5 min的分享时间需要学生课下查阅一定量的文献资料，并进一步消化吸收转化为自己的知识，制作PPT并在课堂上讲解才能完成。该分享活动既锻炼了学生自我学习、自我理解和自我总结的能力，同时又锻炼了演讲能力，实现了良好的互动，能够产生知识的发散和传递效应，使得其他同学在旁听、参与中主动学习微波遥感理论和应用，扩大了知识面。

(3) 定期开展学术报告，组织“微波遥感”课题组的老师在“微波遥感”课程进行过程中每月开展1次学术报告，主要涉及新发射的卫星，搭载的新型传感器，数据处理的新技术和方法，数据共享政策等最新微波遥感技术的发展，通过开展学术报告使学生能够了解和跟踪热点问题、最新事件及微波遥感的应用领域，使教学内容能够跟得上新技术的发展，具有前沿性。

2 实践教学

实验教学是课堂理论效果的加强[12-16]。微波影像的下载、读取、处理及应用是实验教学的目的。实验教学要注重实验数据的使用，选择合适的微波遥感影像，基于微波遥感理论完成图像预处理和具体应用，使学生能够学为所用。

2.1 实验项目设计

根据“微波遥感”课程体系，结合微波遥感数据源信息和现有软件及开发环境，构建了8个专题实验项目，同时考虑基础性和创新性。基础性项目主要涉及微波遥感数据的下载、读取、图像预处理及目视解译，创新性项目突出微波遥感的新技术及应用，主要包括基于SAR的水边线信息提取，光学影像和SAR影像融合，极化SAR地物分类，INSAR干涉测量及SAR立体三维重建技术。实验项目完成方式包括个人完成和分组通力合作完成。

2.2 实验数据集和实验指导书

根据上述8个实验项目，利用科研项目及遥感数据源开放平台收集相关实验数据集，建立了一批实验数据，主要是星载SAR影像，包括欧洲空间局的ERS-1/2、ENVISAT ASAR和Sentinel-1 SAR，加拿大的Radarsat-1/2 SAR，德国的TerraSAR，我国的HJ-1C SAR和GF-3 SAR等，涉及不同波段(C、L波段)、不同空间分辨率(百米级到米级)、不同极化方式(HH、VV、HV和VH)、不同入射角的遥感数据。

依据遥感科学与技术专业本科培养方案编写了“微波遥感”实验教学大纲及实验指导书，每个项目均详细介绍实验目的、要求、数据、平台和模块，有详细的实验步骤、结果和分析。

2.3 实验课堂及实验项目分发

实验课堂的教学改传统的教师演示，学生练习为启发式的教学方式。围绕实验项目，采用教师、学生和小组相结合，贯穿到整个实验环节中，主要通过教师引导、学生思考进而实际动手操作解决问题的教学方法，引导学生思考、分析和解决问题，通过实验报告、小组讨论和专题报告等形式检验实验课堂的教学效果。

借助学校的网络存储和教学平台，将构建的实验教学材料进行共享，方便学生下载学习，进而实现自主学习，完成实验任务。对于数据量较大的实验内容，借助云盘等专用网络共享软件进行实验数据的分发。

3 教学评价

3.1 布置大作业，撰写小论文

课堂作业主要通过微信公众号-微助教完成，教师上传习题，学生同步打开手机在线做题，迅速生成结果判断对错，方便教师快速查询，决定是否再次讲解对应知识点。课后作业主要结合微波遥感。

教学实际中以基本教学模块为单元，布置综合性作业，比如阐述微波遥感在海表动力参数反演方面的研究进展，要求学生在所学知识的基础上，大量查阅相关文献，以论文的形式完成作业。为了达到让学生了解当今国际研究前沿和英文专业词汇，挑选有代表性的英文论文，要求学生翻译，使得学生可以一方面了解研究进展，另一方面学习专业词汇的英文表达。

课堂和课外作业的实施，尤其是课外作业，既能培养学生对知识的理解，也能启发学生的学习兴趣和积极性，使学生较早地掌握查阅文献、撰写论文、阅读英文文献的能力，可为未来毕业论文的撰写提供基础。

3.2 考核方式

考试不是目的，教学的最终目的是学生能够对教学内容主动消化、反思，在独立解析中解构打散，搭出自己的思维框架，进而更好地掌握教学内容。

改变传统课程结束后闭卷考核的单一形式。将最终成绩划分为课堂作业成绩、课后作业论文成绩、课后作业文献翻译成绩、课堂内容分享成绩，实验成绩和闭卷成绩，多角度考察学生的学习效果和能力。闭卷考试重点考查学生对基本理论的理解程度，避免死记硬背的考查方式；加大主观分析题内容，提高学生思考、分析能力，达到解决问题的实际效果。同时，辅以各种遥感、GIS技能大赛，比如ESRI开发大赛、全国高校GIS技能大赛、“挑战杯”和创新创业大赛，以加分数作为鼓励，引导学生参赛。

4 结 语

近几年来，通过实行“微波遥感”课程教学改革，结合考核方式的转变，在微波遥感应用过程中提高了学生思考、分析和解决问题的能力，获得了良好的教学效果，尤其体现在毕业论文的选题上，更多学生想从事微波遥感领域的探索和学习，并较好地完成了毕业论文，实现了微波遥感应用于实际的对地观测。

让教师的科研服务于教学工作，定期开展学术报告，同时安排学生分享微波遥感的相关研究，通过4年的教学实践运行，发现此种教学方式能够激发学生的学习主动性，调动学生的学习热情，使学生了解当今国际研究前沿内容，让“微波遥感”课程和课堂更加具有生命力。