項(xiàng)目驅(qū)動式《遙感地質(zhì)學(xué)》案例教學(xué)法研究

孔春芳+翁正平+張志庭+汪校鋒

摘 要：遙感地質(zhì)學(xué)作為空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的主干核心課程之一，采用項(xiàng)目驅(qū)動式案例教學(xué)法，通過設(shè)置“遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用”案例，給學(xué)生營造一種近似真實(shí)的項(xiàng)目環(huán)境，開展項(xiàng)目驅(qū)動式案例教學(xué)改革。通過設(shè)置項(xiàng)目的需求分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)流程、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親歷項(xiàng)目的構(gòu)思、資料收集與信息源的選擇、遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、遙感影像判讀與解譯、野外驗(yàn)證等完整的項(xiàng)目過程。提高學(xué)生運(yùn)用遙感科學(xué)與技術(shù)的知識解決地質(zhì)問題的動手能力與創(chuàng)新能力，為社會培養(yǎng)既精通遙感科學(xué)與技術(shù)，又具有深厚地學(xué)知識的復(fù)合創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目驅(qū)動 案例教學(xué) 遙感地質(zhì)學(xué) 復(fù)合創(chuàng)新人才

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0193-03

遙感科學(xué)與技術(shù)作為對地觀測的綜合性技術(shù)，是構(gòu)筑“數(shù)字地球”與“大數(shù)據(jù)”不可或缺的強(qiáng)大核心技術(shù)，已經(jīng)形成從地面到空間、從信息獲取處理到分析應(yīng)用、從地表資源調(diào)查到全球探測的多層次、多視角、多領(lǐng)域的立體觀測體系[1]。遙感地質(zhì)學(xué)作為中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計(jì)算機(jī)學(xué)院空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的重要核心課程之一，其目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握遙感科學(xué)與地質(zhì)科學(xué)的基本知識、基本理論、基本方法和基本技能，提高學(xué)生運(yùn)用遙感科學(xué)與技術(shù)解決地質(zhì)問題的實(shí)際工程能力，培養(yǎng)能從事遙感科學(xué)與技術(shù)及地質(zhì)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)、教學(xué)與生產(chǎn)管理等方面的工作，并具有較強(qiáng)科學(xué)研究能力與實(shí)際工程能力的復(fù)合創(chuàng)新人才。

1 項(xiàng)目驅(qū)動式案例教學(xué)法

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法是以學(xué)生為中心，教師組織與指導(dǎo)學(xué)生利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素，積極主動地完成一個完整的項(xiàng)目工作，從而使學(xué)生有效地掌握當(dāng)前所學(xué)知識的教學(xué)活動。在這種模式中，教師的主要任務(wù)是根據(jù)已有的知識、經(jīng)驗(yàn)、水平和興趣來選取適合學(xué)生的項(xiàng)目，使學(xué)生置身于探索知識的情景之中，即在真實(shí)世界中運(yùn)用知識解決問題。從根本上將傳統(tǒng)課堂中老師滿堂灌轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式[2]。

案例教學(xué)則是以案例為基本教學(xué)素材，將學(xué)生引入教育實(shí)踐的案例場景，通過師生之間、生生之間的討論或者研討來進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法[3]。教學(xué)過程中可以通過分析研究各種成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)，從中抽象出一般性的科學(xué)原理和結(jié)論，也可以讓學(xué)生通過思考拓寬視野，學(xué)習(xí)掌握相關(guān)知識，目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的動手能力與創(chuàng)新能力。

該文提出項(xiàng)目驅(qū)動式案例教學(xué)法集中以上兩種方法的優(yōu)勢，是以“項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)相長的一種教學(xué)方法，教學(xué)過程中以項(xiàng)目為主線，構(gòu)建一個能覆蓋課程主干知識體系內(nèi)容的項(xiàng)目，并把這個項(xiàng)目分解為包含若干個知識點(diǎn)的案例，通過引導(dǎo)學(xué)生完成案例與項(xiàng)目任務(wù)的形式來完成知識體系的學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生能夠主動提出問題，分析問題，解決問題，利用探究式的學(xué)習(xí)方式來主動獲得知識[4]。

2 項(xiàng)目驅(qū)動式《遙感地質(zhì)學(xué)》案例教學(xué)的設(shè)置

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）“空間信息與數(shù)字技術(shù)”專業(yè)是是國家特色專業(yè)、重點(diǎn)學(xué)科，其辦學(xué)宗旨與國家地礦行業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)略銜接，為國家和區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)需求提供技術(shù)支撐、人才服務(wù)，為國土資源大調(diào)查輸送遙感地質(zhì)創(chuàng)新復(fù)合人才[5]。遙感地質(zhì)學(xué)作為空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的主干核心課程之一，將項(xiàng)目需求與案例教學(xué)結(jié)合，采用“遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用”案例進(jìn)行課程教學(xué)改革。按照“項(xiàng)目研究”模式，完成項(xiàng)目需求分析、資料收集與信息源的選擇、技術(shù)路線設(shè)計(jì)、遙感影像處理與信息提取、結(jié)果分析、野外驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，將系統(tǒng)性和理論性較強(qiáng)的遙感科學(xué)的基礎(chǔ)理論融入到案例中，讓學(xué)生通過完成實(shí)際項(xiàng)目案例，掌握系統(tǒng)的遙感科學(xué)與技術(shù)的理論知識與關(guān)鍵技術(shù)，提高學(xué)生應(yīng)用遙感科學(xué)與技術(shù)解決地質(zhì)問題的動手能力與創(chuàng)新能力。

2.1 遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目案例的引入

遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用工作是地礦部門的一項(xiàng)綜合性工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目充分利用遙感技術(shù)宏觀、綜合、快速以及多層次的技術(shù)優(yōu)勢，摸清研究區(qū)地質(zhì)體的分布特征與規(guī)律、礦化蝕變帶的分布范圍，查明礦產(chǎn)資源的種類、數(shù)量、質(zhì)量與分布，為編制成礦規(guī)律圖提供基礎(chǔ)信息與資料，也為制定礦產(chǎn)資源規(guī)劃提供重要依據(jù)[6]。同時(shí)，將遙感科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中，涉及到測量學(xué)、數(shù)據(jù)庫原理、圖像處理與分析、地理信息系統(tǒng)、普通地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦物巖石學(xué)等空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的大部分基礎(chǔ)學(xué)科和專業(yè)學(xué)科的課程內(nèi)容。因此，根據(jù)多年教學(xué)與實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，選擇地質(zhì)工程項(xiàng)目“遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用”作為遙感在地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用中的核心案例，以遙感數(shù)據(jù)收集、遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理與處理、影像判讀與目視解譯、地質(zhì)特征提取、蝕變信息初步提取、光譜匹配、蝕變礦物提取、遙感蝕變異常提取、結(jié)果分析、地質(zhì)專題圖的制作10個實(shí)驗(yàn)案例為主線，案例內(nèi)容覆蓋《遙感地質(zhì)學(xué)》課程各章節(jié)知識點(diǎn)。學(xué)生通過完成“遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用”這個項(xiàng)目，以及和項(xiàng)目相關(guān)的10個案例，完成遙感地質(zhì)學(xué)課程的學(xué)習(xí)，從實(shí)踐中提高自己的各項(xiàng)技能。項(xiàng)目、案例與課本知識點(diǎn)的關(guān)系如下表。

2.2 遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目案例的討論

在遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目案例討論階段的教學(xué)過程中，教師的主要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)，以及合作學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)方式參與項(xiàng)目案例的實(shí)踐。運(yùn)用事先設(shè)計(jì)好的教學(xué)方案，把遙感地質(zhì)學(xué)課程中的主要內(nèi)容融入遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目中，通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)與分解，將整個課程體系與項(xiàng)目案例有機(jī)地結(jié)合起來的，同時(shí)能夠?qū)⑶捌谝呀?jīng)學(xué)過的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與分析、以及普通地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦物巖石學(xué)等地學(xué)專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合起來，形成從遙感地質(zhì)信息采集、遙感數(shù)據(jù)存儲與管理、影像數(shù)據(jù)分析到影像數(shù)據(jù)應(yīng)用為的一體的技術(shù)體系，讓學(xué)生從理論到實(shí)踐形成一個整體的概念體系。學(xué)生在這階段完成的主要工作包括：首先，對收集的資料和遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行總體評價(jià)，確定關(guān)鍵的信息；其次，討論遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目的疑難問題，如項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)方法、技術(shù)流程、數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法、遙感信息解譯標(biāo)志的建立、蝕變信息提取方法等；第三，對提出的每一種方案，都要充分論證，同時(shí)提出備選方案；最后，討論具體實(shí)施的步驟，并對項(xiàng)目的預(yù)期成果進(jìn)行整體評價(jià)。其中，關(guān)鍵的科學(xué)問題是設(shè)計(jì)遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目的技術(shù)流程圖，具體如下所示：

各小組同學(xué)按照設(shè)計(jì)好的遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目的具體技術(shù)流程，有計(jì)劃、有步驟地實(shí)施項(xiàng)目的各項(xiàng)工作。具體實(shí)施路線如下：首先，根據(jù)項(xiàng)目的要求，對下載的研究區(qū)的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，包括遙感影像輻射校正、幾何校正、影像增強(qiáng)、影像分割分類等。其次，進(jìn)行研究區(qū)蝕變信息的初步提取，主要包括主成分分析、研究區(qū)地質(zhì)體特征分析、地貌巖石地層解譯、構(gòu)造礦產(chǎn)信息分析、異常信息提取等。第三，利用提取出的礦物蝕變信息與礦物波譜庫中的光譜進(jìn)行匹配，從而得到蝕變礦物的光譜特征。最后，對得到的結(jié)果圖進(jìn)行野外驗(yàn)證及結(jié)果分析。除此之外，學(xué)生還需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫。

2.3 遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目案例的概括總結(jié)

案例總結(jié)階段主要是以小組為單位，進(jìn)行答辯，演示自己的作品，交流心得體會。每個同學(xué)可以從項(xiàng)目準(zhǔn)備、技術(shù)路線設(shè)計(jì)、項(xiàng)目中的關(guān)鍵點(diǎn)、項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的難點(diǎn)、項(xiàng)目完成后不足與改進(jìn)的措施、以及報(bào)告撰寫等方面來準(zhǔn)備自己的匯報(bào)內(nèi)容，教師可根據(jù)匯報(bào)內(nèi)容給每個小組和每個同學(xué)打分，作為該門課程的綜合考評成績。這種多元化的考核方法更突顯出學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新能力。同時(shí)，教師需要就每個小組的完成情況給予點(diǎn)評與總結(jié)，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)一步完善案例，以便在下一輪的教學(xué)中取得更好的效果。

3 結(jié)語

將項(xiàng)目驅(qū)動式案例教學(xué)法引入到遙感地質(zhì)學(xué)的教學(xué)中，通過設(shè)置遙感在區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用項(xiàng)目案例，讓學(xué)生通過參與項(xiàng)目的準(zhǔn)備、項(xiàng)目的討論與設(shè)計(jì)、以及項(xiàng)目的實(shí)施與匯報(bào)，真正實(shí)現(xiàn)以“項(xiàng)目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極思考、勇于探索、分析問題、解決問題，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作。從教學(xué)效果看，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)遙感地質(zhì)學(xué)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性與創(chuàng)造性，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析問題與解決問題能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。為培養(yǎng)掌握遙感技術(shù)與地質(zhì)科學(xué)技術(shù)復(fù)合的地質(zhì)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用人才提供了切實(shí)可行的操作。

致謝：該文的研究收到湖北省教學(xué)研究項(xiàng)目（2016141），中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）校級教學(xué)項(xiàng)目（2014A37），中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）2016年本科教學(xué)工程項(xiàng)目（2016-38）的支助，在此一并致謝！

參考文獻(xiàn)

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