颜 钰

[中国地质大学(北京)海洋学院，北京，100083]

党的十九大报告明确提出了“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”的战略布局，习近平总书记高度重视海洋强国建设，强调“建设海洋强国是实现中华民族伟大复兴的重大战略任务”[1]。2021年我国海洋生产总值达9.03万亿元，较2011年(4.55万亿元)增长了近一倍，占地区生产总值的比重达到8%，我国正朝着海洋经济强国迈进。[2]随着海洋强国战略的实施，近年来国内高校海洋类专业建设呈井喷式发展，以培养海洋强国专业人才从而服务海洋强国建设。遥感科学与技术是支撑海洋科学发展的关键技术之一，2022年9月，“遥感科学与技术”成为最新版《研究生教育学科专业目录》交叉学科门类下新的一级学科，凸显了遥感技术的重要性。海洋遥感具有监测范围广、重复周期短、时空分辨率高等特点。[3]近年来，海洋遥感技术在海洋资源与环境、海洋灾害监测预警、海岸带生态环境保护、海洋气候变化、极地冰冻圈变化等方面发挥着越来越重要的作用。[4]海洋遥感类课程的开设对培养海洋科学和遥感科学与技术学科交叉的复合型人才具有重要意义。然而，将遥感科学与技术简单地引入海洋科学，缺乏海洋科学和遥感科学与技术两个一级学科的系统性融合，难以高质量、有针对性地培养具有海洋学科特色的专业人才，急需对海洋遥感课程教学进行创新实践探索。

中国地质大学(北京)(以下简称我校)是教育部与国家海洋局首批联合共建的17所涉海院校之一，海洋学院构建了海洋科学专业“本科—硕士—博士—博士后”完整的人才培养体系，海洋科学专业于2020年入选国家级一流本科专业。依托学校“地质学”与“地质资源与地质工程”双一流学科，海洋学院近年来形成了以海洋地质与资源为主要特色、以海洋科学研究和海洋专门人才培养为中心任务的课程培养体系。[5]海洋遥感技术与应用课程(以下简称海洋遥感课程)是我校海洋科学、海洋资源与环境本科三年级的专业必修课。近年来，笔者一直从事海洋遥感一线教学科研工作，对海洋遥感课程教学改革进行了创新实践探索。本文将从海洋遥感课程教学现状与问题、教学内容的优化、教学方法创新实践、教学评价革新四个方面进行探讨。

一、海洋遥感课程教学现状与问题

目前，国内诸多涉海院校已开设海洋遥感本科生课程，属于学位基础课或学位专业课，讲授海洋遥感原理及应用等内容。[6-7]传统的海洋遥感课程教学更注重遥感原理等基础知识的讲授，而海洋遥感应用部分则以教师进行多媒体展示为主。与此同时，传统的教学过程以课堂和教师为中心，海洋遥感课程教学的经典模式为“引出概念—公式推导—习题巩固”。传统的教学方式虽在一定程度上引导学生掌握了海洋遥感原理，但存在一些突出问题，主要包括以下几方面。第一，海洋遥感是海洋科学和遥感技术与应用结合的交叉学科，涉及知识点多，包括遥感原理、算法、传感器参数、地物特征、海洋遥感应用等诸多内容。受课时限制，课堂教学如果未进行系统梳理，易造成每部分内容教学都只是“蜻蜓点水”，学生很难对关键知识点理解透彻，学生也很难把握到课程重点。第二，课程开始部分就应该进行大量的公式推导，学生对此具有畏难情绪，掩盖了海洋遥感课程本身的魅力，使学生对该课程丧失兴趣，造成学生后期学习积极性低，以致讲授到海洋遥感应用等实践性较强的内容时效果不佳。第三，传统的海洋遥感应用以教师使用演示文稿讲解为主，结合相应软件操作截图，学生课后参照操作手册完成教师所提供的海洋遥感影像处理，填鸭式的教学方式可使学生初步掌握遥感软件的操作，但忽略了每一步操作的实际意义，使得实践性内容难以内化，难以有效调动学生的学习积极性和提升自主探索能力。第四，海洋遥感实践过程长、模块多、知识点多、方法多，学生难以参与整个实践过程，教学效果不理想，学生未来也难以独立完成海洋遥感类课题任务。

二、教学内容的优化

海洋遥感课程具有知识、能力、素质三个教学目标。第一，知识目标。学生需掌握遥感的基础理论知识，了解遥感经典算法原理，系统构建遥感原理知识体系；理解并掌握遥感技术的海洋学应用方法，为利用遥感技术解决海洋科学问题奠定方法学基础；掌握海洋遥感图像处理基本方法，能借助常用软件进行遥感数据的常规处理。第二，能力目标。通过系统构建遥感原理知识体系，比较不同遥感数据处理方法的优缺点，培养逻辑思维能力；通过海洋遥感图像处理上机操作实践，培养学生的动手能力；通过遥感应用自主选题进行文献阅读，开展团队小课题应用研究，培养学生的知识迁移能力。第三，素质目标。海洋遥感主要基于遥感技术解决海洋学问题，通过遥感基础理论知识体系构建、丰富的海洋学应用引入、学生主导的课题研究，使学生能在我校“大地学”背景下结合所学所想，树立应用专业知识服务“海洋强国”国家战略的意识。

围绕知识、能力、素质三大目标，笔者在海洋遥感课程中针对教学内容进行了系列的实践探索，主要包括以下几部分内容。第一，考虑到海洋科学、海洋资源与环境专业学生的遥感原理知识较为匮乏，使用4学时系统介绍遥感基本概念及理论，主要包括电磁波及地物波谱特征、电磁波—海水作用机制、典型地物类型(植被、水体、土壤等)的波谱特性差异，重点讲解电磁波基础知识和海水波谱特征等内容。第二，使用2学时系统介绍遥感平台，讲解世界上主要的陆地卫星、气象卫星和海洋卫星，尤其着重讲解世界上主要的海洋卫星及其所搭载传感器波段数、星下地面像元分辨率、像元素、幅宽等重要参数，其中利用1学时重点介绍我国海洋卫星的发展历程，包括海洋水色卫星系列、海洋动力环境卫星系列、海洋环境综合监测卫星系列建设“三部曲”。第三，为便于学生从理论公式迁移到遥感图像，增加2学时介绍遥感传感器成像原理及图像特征，系统介绍遥感传感器的类型、工作方式、信息记录方式，重点讲解摄影成像、扫描成像和微波遥感成像等原理，讲授遥感图像的几何特征、物理特征和时间特征。第四，考虑到本门课程具有很强的应用性，在以往仅2学时的遥感图像处理基础上，增加2学时的遥感图像质量改善内容，结合海洋遥感实际应用过程中的需求，系统讲解遥感图像辐射校正、几何校正、去噪声、影像增强等原理与方法，着重讲解不同方法间的差异。第五，为提升学生的遥感专业技能，增加4学时的海洋遥感图像信息解译及制图内容，重点介绍图像分割、二值图像处理和对象提取、特征提取、特征选择与特征组合等遥感图像信息提取方法，讲解训练样本选取和评价、遥感图像分类、分类后处理及分类精度评价，结合案例讲授海洋遥感制图基本要求及流程。

通过对海洋遥感课程教学内容的优化，注重海洋科学和遥感科学与技术两个学科的交叉融合，学生可以更好地进行该课程的系统性知识架构，同时重点提升学生基于遥感技术解决海洋学问题的应用能力。通过教学内容的优化和课时的合理安排，可将“填鸭式”的教学模式转换为“知识—能力—素质”三位一体的人才培养模式。

三、教学方法创新实践

为调动学生学习海洋遥感课程的积极性，培养学生的创新能力与发散思维，结合应用性强的教学内容激发学生的主观能动性，在对海洋遥感课程教学内容进行优化的基础上，笔者近年来对教学方法进行了创新实践，具体包括以下四类方案。

(一)引入课题式教学模式

课题式教学可将“教—学—做”三者有机联系在一起，与“知识—能力—素质”三位一体的人才培养模式相匹配，相比填鸭式教学可大大提高教学效果。[8]该模式需要教师较深入地认识相关知识点，把握该领域的相关前沿进展。海洋遥感课程中引入一系列的课题式教学案例，极大地发挥了学生的主体作用，可培养学生的文献搜集整理能力、发现问题能力、科研创新能力、团队协作能力等。

以海洋遥感应用之海冰监测为例，为了让学生参与基于遥感数据反演海冰冰情信息的全流程，笔者在“海冰监测”主题限定下，设置若干开放式实践内容，例如渤海海冰变化、波罗的海海冰变化、鄂霍次克海海冰变化、日本海海冰变化、北极海冰变化(白令海、楚科奇海、波弗特海、喀拉海等任选)、南极海冰变化(罗斯海、威德尔海、阿蒙森海等任选)。学生以5人为一组，每组完成一个实践内容。在该课题任务中，学生首先依据感兴趣的研究区确定选题，其次查阅相关文献，选择适用于目标海域的典型遥感数据产品(如MODIS、GOCI、AVHRR、AMSR-E等)，确定后学会下载至少一种遥感数据，并进行海冰信息提取实验方案设计，进一步选取适宜的冰情信息提取方法进行海冰遥感反演，通过所提取的冰情时空数据，比较分析目标海区海冰时空变化。小组间还可进一步比较空间差异，进行小组间互动讨论，探讨海冰时空异质性。

上述课题式教学可以促使学生主动思考，发现问题、解决问题，让学生全程参与海洋遥感数据处理，掌握数据流情况。学生可以将前期所学理论知识和上机操作实验转化为自身技能，极大地激发了学习兴趣。

(二)提高学生的实践动手能力

为培养学生成为具备现代海洋科学与技术的专业知识与专业技能的高级专门人才，海洋遥感课程改革的一个重点就是提高学生的实践动手能力。实践性教学是海洋遥感课程的重点，以往的教学中仅有4—6学时的实践课程，结合前期教学内容的优化，应提高实践课程在整个海洋遥感课程中所占的比例，实践课程学时应占到总学时的30%—40%。在掌握遥感基础理论知识的基础上，增加实践性教学内容，借助常用遥感处理软件(如ENVI、IDL)进行遥感图像上机处理，加强学生处理海洋遥感图像、分析处理实验数据的能力。

实践性教学内容主要包括以下五部分内容。第一，典型地物光谱测量野外实验。教师对主要实验步骤进行演示后，组织学生进行不同的物光谱特征实验，学生分小组进行野外实验设计，使用便携式光谱仪、水体剖面光谱仪等仪器进行数据采集，并结合学生自采的第一手数据进行数据分析，撰写实验报告。第二，常用遥感影像下载及基础信息读取。教师引导学生通过小组学习、自学方式了解常用遥感数据类型、下载方式，熟悉影像存储读取方式，读取影像基本信息。第三，遥感图像质量改善实践操作。教师引导学生根据前期所下载的不同传感器遥感影像，提出拟采用的图像辐射校正、几何校正，遥感图像去噪声及图像增强等图像质量改善方案，独立完成图像质量改善上机操作并撰写分析报告，以所选用实验方案能有效改善图像质量作为评价标准。第四，海洋遥感图像信息解译及制图实践操作。在传统的遥感影像提取方法(监督或非监督分类)基础上，教师鼓励学生采用近年来流行的机器学习等新方法，通过设定相关研究主题，引导学生组织团队自主选择研究课题，设计研究方案并开展实验，培养学生在海洋遥感图像信息提取过程中发现问题和解决问题的能力。第五，国产海洋遥感卫星数据专题应用。基于海洋卫星数据的典型应用(如海岸线、赤潮、海冰监测等)，教师采用专题形式，分小组提取一定时序的典型海洋要素，学习探讨目标信息提取方法，初步分析数据处理结果。

(三)提高学生的科技论文写作能力

海洋科学专业本科生需具备利用各种方法和技术解决各类海洋学问题、开展海洋科学研究、撰写本科生科技论文的能力。按照教学安排，学生需在第三学年完成生产实习，即需要跟随本科生导师完成课题任务并撰写生产实习科研报告，在第四学年需完成本科毕业论文内容。笔者在评阅本科生毕业论文时发现，学生的论文写作能力普遍较弱，在完整性、规范性、逻辑结构存在着较大问题，这表明现阶段本科生需进行系统的科技论文写作训练。海洋遥感课程在第三学年开设，课程教学过程中有诸多开放式的选题供学生选择，并要求完成相应课题的论文撰写工作，这一过程中可以较好地训练学生的科技论文写作能力。海洋遥感课程要求学生结合所选课题完成课程论文，通过教师评阅和学生互评，对内容完整性、格式规范性、选题合理性、结果科学性等几方面进行评价，培养学生的文献综述、科学问题凝炼、科学语言表达、实验结果分析总结等能力，促使学生通过本课程学习能对科技论文写作有一定认识与提高。

(四)加强与涉海单位实践合作，增强“海味”

我校位于首都北京，近海却不靠海，受地域限制易造成海洋专业学生“海味”较淡的现象。海洋遥感课程现有的教学环节也全部在北京校区内，也缺乏一定的“海味”。因此，我校积极与相关涉海单位共建实习实践基地，加强学生野外调查实践能力，增强海洋遥感课程的“海味”。2020年，我校与自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所签署了战略合作协议；2021年，双方成为自然资源部和教育部10个跨部委“科教融合”平台之一。[9]海洋遥感课程可作为“科教融合”的切入点之一，借助青岛海洋地质研究所科考船、海洋观测站，让学生到海边“真听、真看、真感受”，利用海洋观测仪器开展典型海洋要素采样工作，调查分析区域海洋要素特征，处理实验数据并撰写野外实验报告。与此同时，我校与国家卫星海洋应用中心签署了战略合作协议，海洋遥感课程中的“中国海洋卫星发展历程”“中国海洋卫星应用”等内容均可到卫星中心进行实地学习，或邀请卫星中心专家来校讲学。

四、教学评价革新

传统的本科生课程成绩由期末考试(70%—80%)和平时成绩(20%—30%)组成。在“知识—能力—素质”三位一体的人才培养模式下，教学评价体系也应相应进行革新。鉴于海洋遥感课程既包含

大量的遥感原理知识，又包含诸多实践性教学内容，目前的教学评价体系无法全方位、全过程地对学生进行考核，因此，未来本课程的教学评价拟从以下两方面进行革新。

一方面，按照本科生学位专业课程考核要求，期末考试占据教学评价主导，因此，期末考试成绩设置占总成绩的60%，考核方式以闭卷考试的形式进行。在此基础上，可对期末闭卷考试试题进行适当的改革。如以往的试题突出对遥感原理知识把握的考核，改革后新增海洋遥感应用类题目；同时，缩减遥感原理基础知识部分分值，控制在50—60分(总分100分)，重点考核对海洋遥感关键要点的掌握情况，一定程度避免学生平时不认真上课、依赖期末突击硬背的情况。此外，海洋遥感应用类题目源于上机实践、野外实验、校外见习等学生参与过的内容，知识点覆盖面广，具有一定普适性，重点考查学生对参与过的实践课题的熟悉度与思考深度以及对其他组课题内容的关注程度，从而避免小组学习只是组长在“负重前行”及其他组汇报“事不关己”的现象。

另一方面，突出基于遥感技术解决海洋学问题的过程中学生发现、分析、解决问题的能力。除了上述期末考试成绩占60%，课程实践和平时表现则分别占比30%和10%。课程实践部分占到30%，可很大程度提高学生对海洋遥感课程实践的参与度，有助于学生发挥主观能动性，参与自主学习和团队学习。课程实践采取论文撰写及口头报告两种模式：论文撰写主要考查学生的问题梳理、方案设计、分析数据、文字表述能力，口头报告中则着重考查学生的知识理解、口头交流、团队合作能力。论文撰写和口头报告综合考虑了学生的自主学习与团队学习情况，使评价体系更全面。

五、结语

围绕“加快建设海洋强国”的国家战略目标，努力提升海洋科学专业教学科研水平，高质量、有针对性地培养具有学科特色的专门人才，海洋科学专业教师对此责无旁贷。本研究结合海洋遥感课程的特点，开展了教学创新实践探索，包括从教学内容优化、教学方法创新、教学评价革新等方面提出改革措施，加深了学生对遥感技术解决海洋学问题的理解，调动了学生参与海洋遥感应用的主动性与积极性，这对达到培养“知识—能力—素质”三位一体的海洋科学专门人才具有推动作用。