面向海洋技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)的海洋遙感課程教改初探

孫德勇　王勝強(qiáng)　丘仲鋒

摘 要 針對海洋技術(shù)專業(yè)本科生的海洋遙感課程教學(xué)，本文提出了該課程的合理安排和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，同時對教學(xué)方法的改進(jìn)提出了思路，強(qiáng)調(diào)了項(xiàng)目教學(xué)法的使用和加大實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)的力度，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)海洋遙感課程的興趣，顯著提高該課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目教學(xué)法 實(shí)習(xí)實(shí)踐 教學(xué)方法 海洋遙感

Abstract For remote sensing of ocean marine technology professional undergraduate course teaching， this paper put forward the reasonable arrangements for the optimization of the curriculum and teaching content， and puts forward some ideas to improve teaching methods， emphasizes the use of the project teaching method and strengthening practice teaching to stimulate the students' interest in the course of marine remote sensing， significantly improved the teaching effect of the course.

Keywords project teaching method； learning practice； teaching methods； marine remote

十八大報告首次明確提出“提高海洋資源開發(fā)能力，堅決維護(hù)國家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署，海洋強(qiáng)國目標(biāo)的確定對于我國今后的發(fā)展具有重大積極的意義。同時，海洋能源資源的開發(fā)與利用、海洋與全球變化研究、海洋環(huán)境與生態(tài)研究等是人類維持自身的生存與發(fā)展，拓展生存空間的最為切實(shí)可行的途徑。海洋開發(fā)需要獲取大范圍、精確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行海底勘探、取樣、水下施工等，需要一系列的海洋開發(fā)支撐技術(shù)，如海水淡化、深海探測、深潛、海洋導(dǎo)航、海洋遙感等。其中，海洋遙感以其全天時、全天候、大面積、同步、連續(xù)觀測等工作優(yōu)勢，已成為海洋技術(shù)中不可或缺的重要組成部分。①②③④因此，為培養(yǎng)適應(yīng)國家海洋戰(zhàn)略需求的海洋技術(shù)專業(yè)本科人才，海洋遙感是不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。

國內(nèi)多所高校開設(shè)海洋技術(shù)本科專業(yè)，并設(shè)置海洋遙感課程，為本科生講解海洋遙感方面的知識。傳統(tǒng)的海洋遙感教學(xué)多以課堂教學(xué)為主，通過老師的課堂講解，對海洋遙感的基本理論、技術(shù)體系、應(yīng)用領(lǐng)域等內(nèi)容進(jìn)行逐一梳理，傳授給學(xué)生相關(guān)知識。雖然傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式可以從整體對海洋遙感知識體系進(jìn)行把握和講解，對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)框架的搭建具有一定效果，但仍然存在著一定的不足和缺陷。例如，對深奧費(fèi)解的相關(guān)理論等內(nèi)容進(jìn)行直接的講解，很難讓學(xué)生真正有所理解，即使當(dāng)時理解，印象不深刻，也很容易遺忘，達(dá)不到較好的教學(xué)效果。因此，需要對海洋遙感課程教學(xué)進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和改革，以實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果和目標(biāo)。近些年來，筆者一直從事海洋遙感課程的教學(xué)和相關(guān)科研工作，對于該課程教學(xué)改革進(jìn)行過一些探索和實(shí)踐，總結(jié)出一些看法和心得體會。

1 海洋遙感課程教學(xué)內(nèi)容的改革

海洋遙感教學(xué)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)和提高學(xué)生利用遙感技術(shù)在海洋領(lǐng)域中的應(yīng)用水平，而課程教學(xué)內(nèi)容是直接影響教學(xué)質(zhì)量和達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的重要依托和載體，所以通過合理安排和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容至關(guān)重要。同時，海洋遙感教學(xué)需適應(yīng)國家戰(zhàn)略社會需求，將專業(yè)教育和實(shí)踐相結(jié)合，重視素質(zhì)教育，擯棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)法，實(shí)行知識、能力、素質(zhì)并重的人才培養(yǎng)模式。

此外，需注意到海洋遙感學(xué)科自身的特點(diǎn)。由于其是涉及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、地理學(xué)、海洋學(xué)、遙感科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的綜合性極強(qiáng)的學(xué)科，而往往受課時安排限制，很難進(jìn)行較為全面的授課，所以需要格外重視突出重點(diǎn)、主次分明、取舍有序，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)置。

根據(jù)這些目標(biāo)和需求，筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，總結(jié)了針對該門課程教學(xué)內(nèi)容的改革主要如下：

（1）考慮到海洋技術(shù)專業(yè)的學(xué)生對遙感背景知識的缺乏，增加2個課時介紹遙感基本概念、理論、技術(shù)系統(tǒng)等方面的內(nèi)容，特別重點(diǎn)介紹電磁波基礎(chǔ)理論知識；

（2）系統(tǒng)介紹海洋衛(wèi)星傳感器遙感平臺特點(diǎn)、類別、技術(shù)參數(shù)和主要用途，重點(diǎn)選擇代表性海洋衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行講解，著重介紹衛(wèi)星數(shù)據(jù)的光譜分辨率、空間分辨率、輻射分辨率、時間分辨率等特征；

（3）介紹反射波段和發(fā)射波段的電磁波與海水相互作用機(jī)制，重點(diǎn)講解水-氣輻射傳輸模型、海洋水體波譜特征、水體固有和表觀光學(xué)特性等教學(xué)內(nèi)容；

（4）重點(diǎn)講解海洋水色遙感機(jī)理、大氣校正算法、水體固有光學(xué)量遙感反演算法、水體組分濃度遙感反演算法；結(jié)合具體實(shí)例，重點(diǎn)講解水色衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理基本流程、講解水色遙感數(shù)據(jù)處理軟件的相關(guān)操作步驟，并對水色遙感系列產(chǎn)品進(jìn)行介紹；

（5）重點(diǎn)講解海洋溫度遙感機(jī)理、海水溫度遙感反演算法、講解不同探測方式獲取的海溫產(chǎn)品之間的差異性；結(jié)合具體實(shí)例，重點(diǎn)講解海水溫度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理基本流程；

（6）重點(diǎn)講解海面風(fēng)場和海洋表面動力地形遙感機(jī)理，介紹微波散射計和SAR反演海表風(fēng)場的遙感原理和算法步驟，講解衛(wèi)星高度計測高原理，介紹衛(wèi)星測量有效波高的原理方法；結(jié)合具體實(shí)例，講解衛(wèi)星遙感在海洋風(fēng)場和動力環(huán)境觀測中的應(yīng)用。

通過對課程教學(xué)內(nèi)容的改革，會使學(xué)生對這門課程的知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在整體上有所了解和掌握，同時使學(xué)生對重點(diǎn)知識有更為深刻的理解。通過海洋遙感原理、反演算法、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、實(shí)例等一系列教學(xué)內(nèi)容環(huán)節(jié)的設(shè)計，將原本零散的知識內(nèi)容串聯(lián)在一起，使學(xué)生更加有效加深對所學(xué)知識的理解，獲得較好的教學(xué)效果。

2 海洋遙感課程教學(xué)方法的改革

除對教學(xué)內(nèi)容改革之外，在海洋遙感課程教學(xué)方法層面也需要進(jìn)行相應(yīng)的改革，筆者在平時的教學(xué)實(shí)踐中，開展一些探索，主要包括以下方面：

2.1加強(qiáng)項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用

項(xiàng)目教學(xué)法是一種以項(xiàng)目為核心的切實(shí)有效的教學(xué)方法，是將教學(xué)過程與具體的項(xiàng)目任務(wù)充分融為一體，圍繞具體項(xiàng)目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，組織實(shí)施教學(xué)。該方法追求的目標(biāo)不再是把教師掌握的現(xiàn)成知識技能傳遞給學(xué)生，而是在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生自己主動尋找完成項(xiàng)目任務(wù)的方法途徑，在這個過程中，學(xué)生鍛煉并提高了各種能力，自然而然地就學(xué)習(xí)到了相關(guān)知識。

在項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程中，學(xué)生所進(jìn)行的研究專題必須是項(xiàng)目主題明確，任務(wù)結(jié)構(gòu)思路清晰，并與實(shí)際生產(chǎn)過程密切相關(guān)，能解決實(shí)際生產(chǎn)中的具體問題。為學(xué)生所設(shè)定的項(xiàng)目任務(wù)要以教學(xué)內(nèi)容為依托，選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)實(shí)踐內(nèi)容為主題，在充分包含基本教學(xué)知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)對各知識點(diǎn)之間聯(lián)系的展示，使得學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中，加深對理論知識的理解，牢固把握各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系。

對于選擇的項(xiàng)目任務(wù)，其能把理論知識和實(shí)踐技能緊密結(jié)合在一起。一方面，這可以將單調(diào)枯燥的理論知識變得鮮活有趣；另一方面，又可以使得略顯機(jī)械的技能操作得到了理論支撐，夯實(shí)了學(xué)生的理論知識。在項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程中，教師通常會要求學(xué)生在一定的時間內(nèi)完成某一項(xiàng)目任務(wù)。在規(guī)定的時間內(nèi)，學(xué)生成為任務(wù)解決的主導(dǎo)者，這會給學(xué)生提供更大的獨(dú)立思考空間，自主學(xué)習(xí)、積極探索就成為學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力。在這種反復(fù)訓(xùn)練的過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性就得到了很大程度的強(qiáng)化。

項(xiàng)目教學(xué)法更注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的體驗(yàn)、感受和啟發(fā)。學(xué)生通過查找資料、野外調(diào)查、實(shí)驗(yàn)操作、分析整理、結(jié)果驗(yàn)證及評價等工作，可以獲得直接體驗(yàn)和感受，了解生產(chǎn)實(shí)踐過程的一般流程及方法。

項(xiàng)目教學(xué)法主要包括以下幾個步驟：（1）合理將教學(xué)的內(nèi)容設(shè)置成項(xiàng)目任務(wù)；（2）將項(xiàng)目任務(wù)分解成多個子任務(wù)，每項(xiàng)子任務(wù)中蘊(yùn)含教學(xué)內(nèi)容中的各知識點(diǎn)；（3）制定并實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)計劃；（4）對項(xiàng)目教學(xué)成果進(jìn)行評價。這里以海洋遙感中水體組分濃度地面遙感建模教學(xué)內(nèi)容為例，介紹項(xiàng)目教學(xué)法的使用。根據(jù)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，先設(shè)定好教學(xué)項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目內(nèi)容、項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目實(shí)施過程，并制定實(shí)施計劃表格，具體如表1所示：

表1 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施計劃表

各子項(xiàng)目內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，在預(yù)先規(guī)定好時間節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照實(shí)施計劃執(zhí)行項(xiàng)目教學(xué)過程，每完成一個子項(xiàng)目，需讓學(xué)生保存?zhèn)浞菹鄳?yīng)的結(jié)果資料，以便用于后續(xù)的成果評估過程。

在完成一個教學(xué)項(xiàng)目之后，要求每位學(xué)生提交項(xiàng)目的所有成果。教師在批閱每位學(xué)生的成果之后給出成績，并做必要的成績展示。對于成績優(yōu)秀的學(xué)生，需給予表揚(yáng)，但要注意引入競爭機(jī)制，盡量避免只表揚(yáng)一位或一組同學(xué)，應(yīng)選出至少兩位或兩組同學(xué)加以表揚(yáng)，以免學(xué)生產(chǎn)生自我滿足感而影響后續(xù)學(xué)習(xí)。對于成績落后的學(xué)生，應(yīng)在提出問題和不足的同時，以鼓勵為主，增強(qiáng)其后續(xù)學(xué)習(xí)的信心。

除教師單方面的成果評價之外，需開展學(xué)生自評和學(xué)生互評。教師可以根據(jù)時間安排，組織一個項(xiàng)目成果討論交流會。一方面，給學(xué)生介紹自己成果的機(jī)會，要求其不但將自己的方法、技巧、收獲、心得體會說出來，又要將遇到的問題困惑說出來。其他同學(xué)可以隨機(jī)發(fā)言，提出解決方法，這樣可以發(fā)揮集體的智慧，幫助大家共同進(jìn)步。另一方面，增加學(xué)生相互學(xué)習(xí)的機(jī)會，使得學(xué)生在分析他人項(xiàng)目成果的過程中做到取長補(bǔ)短，在給他人提出有益建議的同時，自己也能取其精華，去其糟粕。

2.2增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)

針對海洋遙感課程而言，其實(shí)驗(yàn)性與理論性并重，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對海洋遙感課程教學(xué)，特別是針對海洋技術(shù)專業(yè)的學(xué)生而言，具有積極重要的意義，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力。⑤實(shí)驗(yàn)教學(xué)需有針對性，在結(jié)合相應(yīng)理論基礎(chǔ)知識講授的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生參加各種科研實(shí)踐活動。在這些活動中，使學(xué)生更能深入理解基本概念、原理方法、測量步驟和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。為更好地提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，需從以下方面開展工作：

（1）加強(qiáng)海洋遙感相關(guān)儀器設(shè)備的購置和實(shí)驗(yàn)室的改造。例如，便攜式野外光譜儀、水體剖面光譜儀、水體吸收衰減測量儀、水體后向散射測量儀、水體顆粒物粒徑分析儀、紫外-可見分光光度計、水體熒光測量儀、波浪騎士浮標(biāo)、地波雷達(dá)等儀器設(shè)備的準(zhǔn)備，并購置相應(yīng)的海洋遙感軟件系統(tǒng)，如HYDROLIGHT、SeaDAS、ENVI等，還有用于處理海量遙感數(shù)據(jù)的大型服務(wù)器系統(tǒng)等。

（2）增加一定學(xué)時的實(shí)習(xí)課，提高其在總學(xué)時中的比重，建議實(shí)習(xí)課時的占比以2/5為宜。一方面注重加強(qiáng)對基本的儀器操作實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)，另一方面注意增強(qiáng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。例如，在講解到水體光譜反射觀測時，教師設(shè)計好實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案等，在對主要步驟進(jìn)行教學(xué)演示之后，需留更多的時間給學(xué)生，讓學(xué)生完成儀器的安裝和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的光譜數(shù)據(jù)的搜集。最后，通過總結(jié)交流，對實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)課的結(jié)果進(jìn)行分析，提升學(xué)生對該教學(xué)內(nèi)容的掌握和理解程度。

（3）加強(qiáng)野外調(diào)查實(shí)訓(xùn)，積極與涉海相關(guān)部門開展聯(lián)系（如江蘇省海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心等），設(shè)立實(shí)習(xí)實(shí)踐基地。借助于海洋觀測平臺站，開展現(xiàn)場實(shí)踐調(diào)查，利用現(xiàn)有海洋觀測儀器設(shè)備，進(jìn)行實(shí)地觀測，了解調(diào)查區(qū)域的海洋要素特征，分析數(shù)據(jù)撰寫相關(guān)實(shí)踐報告。

2.3 對已講授的課程內(nèi)容設(shè)置定期回溯測驗(yàn)機(jī)制

鑒于海洋遙感知識內(nèi)容的龐雜性，對于已講授過的知識內(nèi)容，學(xué)生會容易遺忘。因此為了增強(qiáng)學(xué)生對知識的掌握程度，設(shè)置定期回溯測驗(yàn)機(jī)制。教師需制定詳細(xì)的回溯測驗(yàn)時間進(jìn)度表，如一個學(xué)期之中可采取“三輪”回溯測驗(yàn)。具體實(shí)施過程可以學(xué)生為主導(dǎo)，教師起監(jiān)督作用即可。例如，可以將學(xué)生分成幾個學(xué)習(xí)小組，每個小組5人左右，進(jìn)行角色互換。針對以往講授的內(nèi)容，一部分小組的同學(xué)以“教師”的身份出測驗(yàn)題目，另一份小組的同學(xué)口頭回答，并提交紙質(zhì)答案，最后由出題小組進(jìn)行打分、解答和點(diǎn)評。通過豐富多樣的教學(xué)活動，可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在參與這些活動的過程中，潛移默化地對所學(xué)內(nèi)容有了更加深入的掌握和理解，會取得理想的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

針對海洋遙感課程的特點(diǎn)，筆者結(jié)合多年實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了課程教學(xué)改革，包括教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上的改革。實(shí)踐證明，所采用的海洋遙感課程教學(xué)改革方法是成功的，不僅取得了較好的教學(xué)效果，提升了教學(xué)質(zhì)量，同時還增強(qiáng)了學(xué)生對海洋遙感的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對知識的理解程度，拓寬了視野。

注釋

① 蔣興偉.海洋遙感導(dǎo)論[M].海洋出版社，2008.

② 劉玉光.衛(wèi)星海洋學(xué)[M].高等教育出版社，2009.

③ 孫家柄. 遙感原理與應(yīng)用 [M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.

④ 趙英時. 遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

⑤ 丘仲鋒. 海洋遙感課程啟發(fā)式教學(xué)初探[J].高教學(xué)刊，2015.21：108-109.