大数据智能时代“遥感原理与方法”创新教学探

“遥感原理与方法”是测绘、遥感和地理信息科学等专业的核心课程之一，在学生综合素质和专业技能培养中占有重要的地位。当前这门课程讲授的内容已严重滞后于遥感技术的发展，这不仅会造成学生知识结构的陈旧，也非常不利于学生创新能力的培养。以目前各高校广泛使用的武汉大学编著的“遥感原理与应用”这门教材为例[1]，其最新版出版时间为2013年6月，从其出版到现在的五年时间里，世界的对地观测技术已发生了重大变化，数据处理方法也发生了深刻变革。比如，中国的“高分辨率对地观测系统”得到落实，高分系列卫星成功发射，影像的分辨率已达到亚米级；这几年，以大数据、人工智能为代表的数据处理与智能解译技术开始被广泛用于遥感数据，使得影像处理能力得到重大突破[2-3]。遥感技术的这些进步与“遥感原理与方法”课程体系的落后极不相应，传统的教学模式也已不适应新时期遥感技术的发展以及社会对创新人才的需求。因此，在遥感大数据和人工智能快速发展的今天，改革“遥感原理与方法”的教学内容和教学方法，建立与之相匹配的课程教学体系与教学模式，培养学生的创新能力，已成为迫切需求[4]。下面以作者所在的南京邮电大学为例，介绍近三年我们对该课程的具体教学改革措施。

一 紧跟遥感科技前沿，动态更新教学内容

“遥感原理与方法”这门课程涉及的教学内容主要包括遥感的物理基础、遥感平台与传感器、遥感图像处理（包括几何处理和辐射处理）、遥感图像解译（包括目视判读和自动识别分类）以及遥感技术应用等。随着遥感技术的快速发展，遥感的基本原理和主体结构虽未改变，但新的遥感平台和传感器却不断出现，遥感数据处理的理论方法在不断更新，遥感技术应用的领域在不断拓展。及时将这些新鲜内容补充到课程教学中，不仅能够扩大学生的视野、激发学习热情，还能够使他们优化知识结构、跟上技术发展的步伐。

为此，我们课程组结合课程实际，每年都会对相关内容进行调整和更新。例如，在遥感平台和传感器这一节，我们补充了中国的“高分辨率对地观测系统”，重点介绍了近几年发射的高分系列卫星。在遥感图像处理这一节，我们更新了遥感图像融合的最新内容，除了传统的空-谱融合，我们还补充了时-空融合、时-空-谱融合以及光学影像与雷达影像的融合，并展示了这些融合的具体应用案例。在遥感图像解译这一节，对于遥感影像的自动分类识别，目前大多数教材介绍的大都是比较传统的分类方法，已经与遥感影像处理的最新理论和方法严重脱节，为此我们补充了机器学习、大数据和人工智能等最新理论方法，重点介绍了遥感大数据、深度学习[5]等内容。

为实现教学内容的动态更新，需要有源源不断的素材。为获得这些素材，授课教师要紧跟科技前沿[6]，加强科学研究，有效汲取科研的最新精华补充到教学中，实现科研与教学的互动。同时，对于学生的科研项目、竞赛活动、开放实验以及毕业设计等相关成果，我们也进行了有效取舍，补充到他们下一级的教学中。例如，学生毕业设计“南京市土地利用分类与城镇扩张监测”的有关内容被补充到“遥感图像自动识别分类”的课内实验中。

二 引导学生自主学习和探索，构建创新教学模式

“遥感原理与方法”是一门综合性较强的学科，不仅需要基础的物理、数学和数字图像处理的理论和方法，它还不断从航空航天、机器学习、计算机视觉和人工智能等相关学科吸收精华，推动自身快速发展，并且在具体的应用领域（比如环境、灾害、资源调查等），它又需要这些领域的知识才能更好地解决实际问题。该课程的这些特点以及学时的有限性，决定了课堂教学不可能面面俱到，我们只能把基本原理、方法和典型应用介绍给学生，而要想让学生更好地学习该课程，就需要引导学生进行课外的自主学习和探索。为此，在教学模式上我们进行了以下探索和创新。

（一）兴趣和目标引导的个性化学习模式

在教学方式方法上，改变过去单一的填鸭式讲授学习模式，实施以学生为主体、以问题为导向、以任务为驱动的教学模式[7]。针对课程的特点以及学生兴趣爱好、知识能力和学习目标的不同，我们让学习内容和方式更加多样化，以满足不同学生的需要，达到殊途同归的目的。对于理论性比较强的章节（如几何纠正），会由老师来重点讲授，学生课后复习和实验；而对于知识性应用性比较强的章节，则以学生为主题进行自主学习和探索，而老师只起指导作用。比如遥感技术应用这一章，我们会提前几周给学生安排任务，把他们进行分组，每组3-4人，自由组合，然后每组自由选择一个应用主题（可以选择老师提供的，也可以选其他的），课后自己查资料自主学习并作ppt，最后在课堂上进行汇报展示。实践表明，该方式能充分发挥学生自主学习和探索的主动性，他们课堂汇报的内容真的是丰富多彩，有些同学还进行了实验，展示了小组的实验成果。最后，通过学生的提问和老师的点评，进一步加深了对相关问题的认识。

文章来源：《遥感学报》 网址: http://www.ygxbzz.cn/qikandaodu/2020/1120/447.html