姜海玲，张舒涵，田新宇，罗钮

体验式教学在遥感数字图像处理课程中的实践

姜海玲，张舒涵，田新宇，罗钮

（吉林师范大学 旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000）

体验式教学基于构建主义思想，通过模拟情境或体验真实情境，引导学生真感受、真感悟，突出学生主体性，丰富学生体验模式，健全学生知识架构，从而极大地提升教学效果．遥感数字图像处理是地理信息科学、遥感科学与技术本科专业的主干课程．针对遥感专业的发展现状及当前课程教学中存在的问题，以课程中部分教学内容为例，从课程特点、教学策略、教学评价等多个角度，探讨体验式教学在遥感数字图像处理课程中的实践应用，为教学内容优化及遥感类课程建设提供参考．

体验式教学；遥感数字图像处理；地理信息科学专业；教学改革

近年来，随着大数据、云计算等信息技术的发展，遥感技术逐渐成熟，成为国家安全和经济建设不可或缺的重要手段[1]，被广泛应用到城市规划、气象预报、灾害评估等领域．数字中国、智慧社会的建设、新型数字基础设施建设等国家重大战略发展离不开遥感技术的支撑[2]，社会对遥感处理和分析人才的需求日益增加．遥感专业课程尤其是实践类课程的改革与建设面临着新的机遇与挑战，如何针对高等教育教学改革和遥感技术发展现状对遥感专业实践类课程进行变革，培养社会需要的高层次应用型人才，使其满足学科发展和人才培养的双重需求[3-5]，是值得关注和探索的．

为提升学生的科学思维，创设良好的课堂氛围，提出基于情境积极探索、问题导向的体验式课堂教学，让学生亲历知识的再创造过程，从中获得感知体验，锻炼逻辑思维能力．对于高等教育而言，体验式教学是未来的发展方向．本文以遥感数字图像处理课程为例，从课程体系与特点、体验式教学设计、体验式教学评价3个方面展开，探究体验式教学在遥感数字图像处理课程中的应用实践．

1　课程体系与特点

1.1　课程体系

遥感数字图像处理是测绘工程、地理信息科学、自然地理与资源环境和地理空间信息工程等专业的核心课程[6]，其先导课程是遥感导论、遥感物理基础、数字图像处理、大学计算机基础，其中前两门课程旨在让学生了解什么是遥感，遥感可以解决什么问题；后两门课程则在说明遥感如何应用于各个领域提供技术背景支持[7]．先导课程详细介绍了遥感数据的获取与处理，为后续学习打下坚实基础．因此，遥感数字图像处理课程的教学内容侧重于如何利用遥感图像来获取信息，构建多阶段一体贯通的课程体系．结合吉林师范大学地理信息科学专业的实际情况，设计课程内容（见图1）．

图1　遥感图像数字处理课程内容

1.2　体验式课程特点

由于遥感技术具有信息更新快、内容丰富、实践性与前沿性强等特点，理论教学中，书本不足以涵盖更新的前沿知识理论，实践教学模式相对保守，故体验式教学下的遥感数字图像处理课程应遵循的特点为：

1.2.1侧重教学的实践性相比于其他遥感专业课程，遥感数字图像处理应用广泛，实用性、综合性强．体验式教学应引入与当下教学内容相匹配的情景，引起学生的情感共鸣，让学生亲自动手实践操作，帮助学生迅速准确地理解教学内容．从而全面掌握遥感数字图像处理的技能与方法、发展动态及应用，增强学生利用遥感技术解决实际问题的能力．

1.2.2侧重教学的创新性传统遥感数字图像处理的教学模式以教师演示为主，学生“机械式”地接受学习，课堂互动氛围不活跃，在一定程度上束缚了学生的思维．体验式教学应侧重教学创新性，创设良好的课堂氛围，引导鼓励学生在吸收知识的同时，跳出固有思维，开展发现性学习，久而形成“体验——探究——感悟”的三维复合教学模式，以锻炼学生的创新能力[8]．

2　体验式课程教学设计

2.1　体验式教学策略

2.1.1创设情境，引发兴趣，激活气氛在开展体验式教学的过程中，教师关注的首要问题就是“如何激发学生的学习兴趣”．传统的学习模式下，学生逐渐养成了极强的依赖性、被动性，缺乏好奇心与求知欲．体验式教学更注重学生自主学习，充分发挥学生闪光点，选择适合每个学生的学习方式．同时教师根据不同学生的生理和心理的差异化，巧创趣味性的问题情境[9]，唤醒学生探索的兴趣，使其产生自行探究的欲望和主动解决问题的热情，从而高效完成学习任务．

在实际教学“辐射校正”一节中，教师融合教材知识点，创设与本节内容紧密相连的故事式问题情境：利用多媒体展示辐射校正前和辐射校正后的2幅遥感影像（见图2）．在进行遥感图像处理时，搜集到的影像都有阴影（见图2a），这显然对研究不利．但经过处理后得到图2b，并完成了相应研究——这是怎样处理影像的．创设的情境氛围宽松自由，学生自然而然地被带动到课堂上，发散思维，学习过程更加主动，在掌握知识的同时，训练和提高了思维能力．

图2　辐射校正前后遥感影像对比

2.1.2注重实践体验，引导学生亲历探究，进行“再创造”以往遥感数字图像处理课程的实践教学通常是机械的模仿，不利于学生发挥想象力、创造力．为解决这一问题，教师逐步从“传授者”转变为“引导者”，注重学生的实践体验，带领学生紧紧围绕遥感数字图像处理的教学内容展开探究．理论内容不作过多的算法推导，集中介绍知识点原理和用途，促使学生在“体验——感悟——再体验”的过程中主动完成知识建构．在掌握基础技能的基础上，扩展知识面，提高科研水平．如在“图像分割”一节中，教师设计实验任务“提取影像上的植被信息”，引导学生回顾植被指数概念、植被提取流程，利用已学知识构建解决方案，调动学生学习的主观能动性．学生通过波段计算，选用合适的波段提取植被，对植被信息进行平滑度处理，最终得出植被信息提取图．在此过程中，师生共同探讨如何为植被区域赋常量值，如何保留非植被区域的原始图像以及不同线形组合或波段比值在遥感应用中的指示含义．教师点拨学生在实践操作中的重难点，指导学生深入探索，从而加深对“植被信息提取”等相关知识的理解．

2.1.3合作交流，促进知识内化在体验式课堂，教师应把主动权交给学生，引导他们对设置的论题进行讨论或模拟，学生以课堂主体的身份积极参与体验，在交流中发掘新认知，习得知识重难点，对课堂所学知识进行拓展延伸，从而促进知识建构．教师做好课堂引导与梳理总结知识的角色，可设置多种体验模式，激发学生的参与兴趣，打造生动高效的课堂．同时，教师要及时评估学生的学习进程，定期反思学生提出的改进建议，加强课堂师生互动，引导学生在质疑、体验、探究等学习过程中的深度学习；在思维碰撞时深化理解知识，深入交流中解除问题疑惑，形成富有创意的学习结论，学而善用，用而有效，提升综合思维．

2.2　体验式教学的设计思路

体验式教学的设计思路包括2条主线，即学生和教师．教师结合课程标准与学习内容对学习主体（学生）进行分析，确定体验式教学目标，而后依照教学目标、教学内容设计、教学活动及教学情境实施教学．学生在课堂上体验情境，敏锐觉察问题，课上或课下积极反馈给教师，通过多种教学评价得到体验式教学法的教学反馈[10]（见图3）．

图3　体验式教学设计思路

结合体验式教学设计的一般思路[11]以及本课程的实际情况，设计教学思路．（1）基于课程内容确定认知性目标、技能性目标及体验性目标；（2）依据教学目标及教学内容，注重课程实践，结合理论要点，设计体验式教学活动和教学情境；（3）根据课程实际内容，从基础实验、综合实验及研究式实验3个层次实施体验式教学；（4）通过问卷调查、过程性考核、期末考试等方式进行教学效果的评价与反思，落实体验式教学评价，促进体验式教学设计的优化．

2.3　体验式教学的实施过程

遥感数字图像处理作为一门理论结合实际的课程，要求学生不仅掌握基本的遥感专业知识及理论，还应当具备举一反三的实践能力，能够根据实际情况自主设计和选择合理的应用方案，解决实际问题．基于此，体验式教学设计融入遥感数字图像处理课程中的实施过程为：

2.3.1确定体验式教学目标以遥感图像几何精校正及遥感图像分类为例，制定体验式教学目标（见表1）．

表1　体验式教学目标的确定

2.3.2设计体验式教学活动和情境参照教学目标及教学内容，设计体验式教学活动和情境．（1）体验式教学活动的设计．①基础实验学习．基础实验学习是实验课程的基础．为实现教学内容优化，以面向实验案例应用的基本理论与方法为教学重点，通过对遥感专业软件有关功能的介绍，帮助学生深化理解知识要点，熟练掌握操作方法，便于学生后续综合性专题实验的学习，培养学生的探究精神．②专题研究性学习．在课程中增设专题研究性学习环节，建立以应用案例为主的教学框架，锻炼学生的综合素质，提升学生对所学内容的理解及运用能力，有利于学生把握课程知识脉络．（2）体验式教学情境的设计．①根据生活实际设计情境．将课程内容中比较抽象的知识融入到实际生活中，设置实际生活中切实存在的问题情境，便于学生理解抽象、晦涩的概念．如遥感图像变形的原因之一是镜头光学畸变，若给学生直接讲解这一名词含义，学生很难理解．引用生活实例，照相时使用广角镜头，画面左右两侧会有肉眼可见的变形，其原理同遥感图像变形，浅显易懂．②模拟情境的设计．设计模拟情境，将学生带入到教师所模拟的情境中．在情境创设中，调动学生学习主动性，培养学生发散思维能力．通过教师情景模拟、抛出问题、学生思考回答问题、教师再次追问等良性循环，达到“体验式”的效果．如遥感图像监督分类的目的是将不同的地物类型区分开来，若直接介绍这一图像的分类方法，学生会觉得过于泛泛，通过模拟情境，抛出现实中涉及遥感图像监督分类（土地利用变化分析）的实例，学生更能深刻理解操作与应用．

2.3.3实施教学参照课程实际内容，将实施教学环节分为3个层次．（1）基础实验．基础实验便于学生熟悉和掌握课程内容中涉及的各种遥感数字图像处理操作，如几何精校正、图像的监督分类、分辨率融合、图像的拼接裁剪等．（2）综合实验．在整个课程教学过程中，贯穿多个典型案例的讲解和示范，旨在培养学生综合分析问题能力．实验主题与动态监测、生态环境变化等应用遥感数字图像处理课程内容切实相关，包括空间分辨率不同的多景图像的几何配准，土地覆盖遥感分类及其动态变化分析，利用物候特性的农作物高光谱遥感识别与提取，城市热岛效应评估等．具体的案例教学将理论知识完美融合于实际应用中，不仅使学生对其原理与方法有更深层次的理解，系统化地学习掌握处理、解决某类问题的方法，更能激发学生的创新潜能，搭建迈向社会实习、工作的桥梁．（3）研究式实验．为增加学生学习的主动性，在课程的中后期适当安排研究式实验内容，研究主题可为当下的遥感数字图像处理的热点问题，如在军事领域、环保领域的应用等．鼓励学生自主查阅文献、搜集数据、设计解决方案来完成案例，培养学生的开拓思维，锻炼学生独立思考能力，练就更加灵活发散的思维，让学生更早地具备自主研究能力．如“水环境遥感监测”案例，水环境监测是基于水质的光谱特征分析．学生选取合适研究区为操作对象，经过研究区的裁剪与拼接，区分被污染水体与清洁水体的光谱特征，水体指数的应用，基于遥感影像水质状况定性监测，水质参数定量反演等流程，实现完整的遥感数字图像处理．学生在实验中独立思考，独立研判，实验内容与日常息息相关，提升学生学习的积极性与好奇心．

在实验中教师挖掘有能力、有想法的学生，鼓励其积极参加省市级或国家级等多项大学生科研创新项目，如大学生创新创业训练计划项目、挑战者杯、中国“互联网+”大学生创新创业大赛等系列比赛，申报遥感类相关课题，并给予专业指导．通过课题研究的方式，进一步提升学生的科研创新能力．

3　体验式课程教学评价与考核

教学评价是体验式教学的重要组成部分，不仅能对体验式的教学效果做出整体式分析，同时还能够为体验式教学提供即时的信息反馈，确保体验式教学的有效实施．结合遥感数字图像处理课程实际，通过期末考试、调查问卷、案例报告等方式全方位多角度了解教学效果，为教学内容调整做基础．教师通过接收课堂反馈，及时反思教学过程中的不足之处，以提升教学效率．

3.1　问卷调查式评价

为了促进课程建设，改进教学工作，提高课堂研讨深度，在体验式教学中，可以组织学生填写问卷调查，对课程整体水平做出较为公正、客观的评价，作为评判教学质量与教学效果的手段，从而综合评判学生的学习效果．针对课程设计的调查问卷（见表2），对关于遥感数字图像处理课程的课程感知的描述做出选择，并从非常满意、比较满意、一般满意、不太满意、不满意5个评价等级进行评分．

表2　遥感数字图像处理课程调查问卷

3.2　过程性考核

传统教学模式下的课程考核仅凭借单一试卷打分评判学生的知识掌握程度．介于遥感数字图像处理课程技术性、实践性强的特点，制订面向实践教学的多元化过程性考核方式[12]，全面、系统、客观地评价学生．对于理论性课程（如遥感相关软件介绍、几何校正、图像分割、图像分类等）采用课堂表现评分与出勤情况结合的方式考核，一方面考核学生的听课态度；另一方面便于学生回顾所学知识．对于综合型的实验性课程（如土地动态变化分析、水环境遥感监测、植被物候变化遥感分析等）采用学生课堂参与度、讨论度评分和课后实验报告评分相结合的方式．相比于单一理论知识考核，综合型的实践考核从多方面评判学生对知识点的理解程度，考核其独立思考能力、发散思维能力，锻炼学生实践操作能力，提高研判问题线索、分析解决问题能力，能更为有效地反映学生在遥感数字图像处理课程的整体学习状态，从而促进学生进行自我评价与自我反思．课程在教学过程中的考核评分标准见表3．

表3　遥感数字图像处理过程性考核评分标准

3.3　教学效果

相较以往，实施体验式课程教学后，学生整体成绩普遍上升，综合能力显著提高．通过成绩可以看出，（1）学生已基本掌握遥感数字图像处理相关的基本理论与技能，形成完整的遥感知识体系；（2）学生接受良好的科学思维与科学方法的训练，发现问题、分析问题和解决问题的能力有所提高；（3）学生经过综合性实验训练、科研项目的锤炼后，更具创新意识、发散思维以及团队协作的能力．

4　结语

在现阶段本科院校逐步向应用型高校整体转型，遥感技术在国土、军事、农业、气象等多个重要领域发挥作用的大背景下，本文针对遥感数字图像处理课程的教学内容和方法提出探索与思考，结合企业单位对遥感人才培养的要求及教育部高等教育司印发关于开展新工科研究与实践的通知，促进高校面向地方和行业发展需求培养人才，提升学生的技术技能、就业质量、创业能力．通过分析以往教学中的问题，从教学策略、教学设计、教学评价3个方面面向应用型人才培养，设计体验式课程内容，有效解决了当下学生情感体验匮乏、社会实践不足、教学效果不尽如人意等问题，使学生在学习过程中始终保持思维活跃，着力培养学生实践动手能力、创新思维意识，使之具有较强的遥感实践能力，以更好地满足学科发展和人才培养的双重需求．在今后的教学过程中，可推动产学研协同创新，寻求校企合作共赢，构建产教融合人才培养新模式．

[1] 徐永明，祝善友．《遥感数字图像处理》课程实践教学改革与探索[J]．地理空间信息，2022，20（8）：155-157．

[2] 童庆禧．与遥感发展同行：纪念《遥感学报》更名25周年[J]．遥感学报，2021，25（1）：1-14．

[3] 李刚，秦昆，万幼川．新工科背景下遥感实验教学CDIO-OBE模式改革[J]．测绘通报，2019，507（6）：140-145，151．

[4] 刘建国，段炬霞，刘学工．体验式教学在MySQL课程中应用探索[J]．电脑知识与技术，2021，17（9）：121-122．

[5] 王玉．遥感数字图像处理实践教学改革探讨[J]．教育现代化，2020，7（47）：59-61．

[6] 周军其，刘亚文，王树根，等．《遥感图像解译》课程教学设计探讨[J]．测绘地理信息，2019，44（5）：124-126．

[7] 黄昕，李家艺．人工智能：遥感大数据时代的《遥感图像智能解译》课程教学设计与思考[J]．测绘地理信息，2022，47（增刊1）：219-222．

[8] 盛春荣，沈国明，蒋云兵．新课程与体验式教学[M]．杭州：浙江工商大学出版社，2018：10．

[9] 周伟波，潘仕恒．以体验式教学促进物理观念的构建[J]．课程•教材•教法，2021，41（6）：110-115．

[10] 毕蕾．PBL结合体验式教学法的应用探讨：以《管理学》课程为例[J]．科技视界，2019（25）：122-123．

[11] 郑金洲．体验教学[M]．福州：福建教育出版社，2005：4．

[12] 马义娟，苏映丹，李长青，等．基于地理实践力培养的高师地理综合实习探究[J]．教育理论与实践，2022，42（15）：55-59．

Practical of experiential teaching in the course of remote sensing digital image processing

JIANG Hailing，ZHANG Shuhan，TIAN Xinyu，LUO Niu

（School of Tourist and Geoscience，Jilin Normal University，Siping 136000，China）

Experiential teaching is based on constructivist thinking，through simulated situations or experiencing real situations，guiding students to truly feel and feel，highlighting students′ subjectivity，enriching students′ experience modes，and improving students′ knowledge structure，thereby greatly improving teaching effects．Remote sensing digital image processing is the main course of the undergraduate major of geographic information science，remote sensing science and technology．Aiming at the development status of remote sensing major and the existing problems in the current course teaching．Takes part of the teaching content of the course as an example，from the aspects of course characteristics，teaching strategies and teaching evaluation，discusses the practical application of experiential teaching in the course of remote sensing digital image processing，and provides reference for the optimization of teaching content and the construction of remote sensing courses．

experiential teaching；remote sensing digital image processing；geographic information science；teaching reform

1007-9831（2023）09-0105-06

P23∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.09.022

2023-04-25

2021年吉林省高等教育教学改革研究课题（JLJY202118770815）——面向PIE2021首套实践教材的《遥感数字图像处理》体验式课程建设与实践的阶段性成果；教育部产学合作协同育人项目（220802313193622）；国家自然科学基金项目（41701424）

姜海玲（1986-），女，吉林敦化人，副教授，博士，从事农作物种植结构提取、高光谱智能观测研究．E-mail：jianghl1107@163.com