极地测绘遥感信息学课程设置及教学研讨
时间：2020-05-12 07:57:57 来源：达达文档网 本文已影响 人 
[摘 要]武汉大学的极地测绘遥感信息学课程以该校的大地测量学、遥感学、地理信息学和地球物理学等优势学科为依托，侧重服务于极地人才培养，使学生能够瞄准极地国际科学前沿，全面掌握极地测绘遥感信息化的理论方法和技术体系。文章从课程的设置背景、教学内容、讲授方式、实习实践等方面，探讨极地测绘遥感信息学的课程设置及教学方法，探索使学生有效掌握极地测绘遥感信息学基础理论知识的有效途径，促进学生创新思维和综合应用多学科知识的能力培养，激发学生在极地领域的创新性研究，提高极地测绘遥感信息学课程的教学质量。
[关键词]极地；测绘；遥感信息学；课程设置；教学方法；能力培养
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）11-0098-03
一、课程设置的背景
地球的南北两极，分别位于地球的最南端和最北端。作为全球气候变化的冷源，南北极是全球变化的驱动器和响应器，在全球变化特别是全球气候变化研究中，南北极地区的研究起着不可替代的关键作用[1]。截至目前，已有40多个国家在南极和北极建立了100多个科学考察站，对南极和北极开展了多学科考察研究，有很多科学研究取得了卓越的成果。
南北极是地球上至今未被开发、未被污染的清洁大陆，蕴藏着大量的自然资源，成为关系国家利益的“战略新疆域”，存在着现实和潜在的重大国家权益[2]。十九大报告指出，要“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”，建设极地强国正是建设海洋强国的重要组成部分。而建设极地强国，占领世界极地战略和科学研究的制高点，首先就要培养高智力和高素质的复合型人才。
国际上，当前极地的研究方向和科学问题主要是围绕极区环境变化对全球气候变化影响的大主题开展海、冰、气相互作用的研究，旨在综合评估南极和北极现状，预测极地对全球变化的影响，并为国家规模甚至国际规模的资源管理、环境战略以及人类可持续发展提供可靠的科学依据。测绘、遥感和信息技术是南北极科学考察的重要技术保障和科学研究的重要手段。依托武汉大学测绘、遥感和信息技术的学科优势，在培养面向南北极领域的专业人才时，需要在本科生和研究生中开设极地测绘遥感信息学课程，让学生能尽早了解南北极，在此基础上，引导学生瞄准极地国际科学研究前沿，充分利用当代测绘和遥感信息工程的科学手段及最新研究方法，并借力武汉大学连续34年参加中国南极科学考察经历，学会利用所学知识解决南北极的科学问题。
二、课程教学内容的探讨
极地测绘遥感信息学是面向南北极，研究其实体与空间分布有关的信息采集、测量、分析、显示、管理和利用的综合学科[3]，是测绘、遥感信息学科在极地领域的综合应用。作为本科生选修课和研究生相关专业必修课，课程的讲授内容主要涉及大地测量、遥感、地理信息、地球物理等相关学科，既是学科介绍，又是引领学生通过学科交叉开展科学研究。
课程开设主要有两个目标[3]：一是介绍各学科的最新技术手段和研究方法在极地领域的应用，且在边缘学科和跨学科应用中能不断创新；二是综合各学科知识，了解数字极地的基础地理信息框架和全球范围内的天—空—地一体化的观测体系，为我国的极地科学考察提供更有力的支撑。课程具体教学内容如表1所示。
三、课程教学方式和考核方式的探讨
该课程树立以学生为本，以知识传授、能力培养和素质提高为核心，理论教学和实践教学统筹协调的教学理念。课程设置的目标是通过调动学生的积极性而让学生充分掌握该课程的核心知识点，其中，课程教学方法和考核方式的选取是实现这一目标的关键所在。
（一）教学方式
课堂教学与实践教学是相互联系、相互依存、相互支撑的两个方面，课堂教学授予学生基础理论和原理方法，而实践教学则在培养学生的动手能力、创新能力和创新精神方面具有不可替代的作用，是培养“面向极地服务的应用型高级人才”的必要手段，属于极地测绘遥感信息学体系顶层设计不可或缺的重要范畴。本课程为引导性课程，采用课堂教学、课堂讨论、课后参观、分组实践等多种教学形式为一体的教学方法。
1.多媒体课堂教学
南北极地理位置遥远，学生都未有亲临的经历，如果以传统的原理型讲授为驱动的话，会非常的枯燥乏味。教学过程中要充分发挥现代计算机优势，利用多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术，通过展示我校34次南极科学考察和多次北极考察收集的珍贵图片和视频，使学生对南北极有充分的视觉感知，教学也更加生动形象。但是，这部分的专业教学，更侧重于结合专业背景和专业知识的现场资料展示。例如，介绍我国的南极航空地球物理考察时，主要通过图片介绍“雪鹰601”固定翼飞机上航空重力仪、GPS、冰雷达等设备的布设、操作和数据情况及其应用，而不介绍飞机的历史、南极地区飞机的起降等科普知识。
由于该课程属于多个学科背景交叉，每次课的讲授都要安排符合专业背景的教师承担。不同专业背景的教师其教学側重点不同，将会给学生传授不同的知识和研究理念[4]。同时，在课外时间，在教师引导的基础上，鼓励学生多系统阅读相关学科的教材，全面细致掌握各知识点。
2.自主式学习与讨论
传统的课堂教学是单向的“传送—接受”填鸭灌输式模式，是传授知识和答疑解惑的主要途径，但这种方式并不利于学生积极参与，学生主观能动性的发挥受到了很大的限制。在本科生高年级和研究生课程中，更重要的是培养学生的创造性思维。通过一些概论性介绍，学生已经在老师的指导下对南北极有了一定的感性认识，结合学生的专业背景，引导学生阅读相关专业文献，每次课程安排1-2名学生交流自己的学习体会，其余学生提交专题报告。基于此的自主式学习与讨论，教师的主体作用由完全讲授变为部分讲授和部分引导，学生由听课为主变为听课同时辅以动手能力和自主思考能力的培养，这样既能够提高学生的自学能力，又能够通过教师的点评，使学生加深对学习内容的理解，拓展学习的广度和深度。
3.课后参观与实践
武汉大学建有极地科普展览馆，里面陈设了极地科普展板、动植物标本、实物及模型、武汉大学历次参加科学考察的所见所闻及科学研究成果等。此外，武汉大学有100余人次参加过南北极科学考察，参观展览时将聘请最近参加过南北极科学考察的教师参与讲解和互动，从而通过授课后的参观，使学生能够加深对南北极的印象，深刻理解极地的特殊之美和科学研究的重点。
极地测绘遥感学是典型的交叉学科与应用型学科，课堂教学只是学生被动地掌握教师教授的内容，如果平时不重视实践环节训练的话，学生对知识中涵盖的内涵就不能深刻理解，也无从谈起多学科协同研究。在这些实践环节中，重要的是计算机实践，要求学生利用所学的理论知识，结合计算机编程达到解决实际问题的能力。
4.注重因材施教[5]
该课程要在较短的时间内使每个学生都有机会获得成功的机会，就需要教师在课程教学时注重考虑学生的个体差异，善于发现学生的优势，因材施教。教师要帮助学生结合自己的兴趣点和个人所长，制定好每个学生的学习目标，对于那些数学和计算机技能较好的学生要鼓励多学习和实践一些算法理论，对于专业技能突出的学生则需多鼓励研读科技前沿论文，开展模型建立、多源数据分析与评价等工作。
（二）考核方式
传统的期末考核主要采取开卷答题或提交研究报告的形式[6-7]，形式古板，弊端很多，很难发挥考查学生综合能力的作用。本课程主要采取“过程考核与期末考核”相结合的考核方式[8]，即完善“过程考核与结果评价结合、定性评价与定量考核互补、个人评价与团队考核融合”的评价考核机制。
本课程共12块内容，将每次课小组讨论或书面报告完成情况和个人平时参与讨论的表现作为平时考核成绩，占总成绩的30%。同时，将班上学生按四人分为一组，每组各成员之间要求来自不同的专业，自由组合。课程结束前布置综合性较强的研究课题，最后完成的计算结果和报告占总成绩的70%。例如，通过文献的阅读和动手实践，在给定南极斯维茨冰川区域，利用卫星测高、机载测高、InSAR、时变卫星重力等数据研究该区域的数字高程模型、冰雪质量变化及其冰下湖预测，要求有准确的数据处理策略和多源数据融合方法，给出该区域表面高程模型、变化并进行冰下湖预测。分组实践完成后，小组的成员间合作完成英文科研海报（类似于科研短文），授课教师组集体打分后取平均分作为该实践环节的成绩。通过学生的协同合作，培养了学生的合作意识和团队精神，切实提高了学生的判断能力、分析问题和解决问题的能力，也是对实践教学方法和手段創新的深化。
在对学生进行考核的同时，课程结束后也引入学生对教师的评价机制[9]，包括教师授课是否全面准确，教师的责任心和职业道德，实践环节的完备性等，通过问卷调查和综合评价的形式，逐步促使授课教师改进课程设置的内容和教学实践环节。“没有教不好的学生，只有不会教的老师”，各个方向的授课教师要提高教育教学水平，不断地了解学科发展动态，掌握学生对专业知识的需求，及时对教学内容和教学方式进行补充和调整[10]，以面向极地和服务极地为导向，以学生最喜欢、最能接受的方式指导构建极地测绘遥感信息学课程体系，就能够培养出更多适应极地发展的优秀人才。
四、结语
极地科学正在向综合性、深层次分析评价的方向发展，极地测绘遥感信息学正是顺应此需求开设的一门专业课程。本文在介绍南北极基本概况的基础上，探讨了极地测绘遥感信息学课程的开设目的、教学内容、讲授方式和考核方式等。南北极研究是一个长期的过程，新技术的产生和交叉学科的发展将促进该课程不断向新的方向发展。不同背景的教师在授课时充分发挥自身的优势和创造性，不断总结经验，提高学生学习的主观能动性，较好地反映出学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，不断激发学生从事极地研究的潜能。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 孙立广.地球与极地科学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2003.
[2] 杨剑，郑英琴.“人类命运共同体”思想与新疆域的国际治理[J].国际问题研究，2017（4）：1-16+136.
[3] 鄂栋臣.极地测绘与遥感信息工程中长期研究规划[J].测绘与空间地理信息，2005（2）：1-3.
[4] 周春霞.《微波遥感原理》教学方法探讨[J].湖北成人教育学院学报，2014（6）：72-73+80.
[5] 冯德山，王菁.《地球物理数据处理与反演》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2014（10）：29-30.
[6] 丁凤，范鹏宇.《遥感与GIS综合》课堂教学改革与实践[J].测绘科学，2011（5）：240-242.
[7] 刘婷婷，张洪艳.遥感专业“计算机图形学”教学改革探讨[J].大学教育，2014（11）：138-139.
[8] 孔祥生，钱永刚，张安定，等.《遥感概论实验》课程教学改革与实践[J].测绘科学，2013（1）：183-186.
[9] 李丽华，李淑慧，彭军还.测绘工程专业之实践教学改革浅谈[J].教育现代化，2017（49）：137-139.
[10] 郭斌，文雯.地理信息系统课程教学改革与实践[J].信息系统工程，2013（10）：155-157.
[责任编辑：庞丹丹]
