_微波遥感_课程教学改革与思考

王志勇 , ,

( 中国测绘科学研究院,北京100830; 科技大学测绘科学与工程学院,青岛266510;

海岛(礁)测绘技术国家测绘局重点实验室,青岛266510)

收稿日期:2010-04-29

修订日期:2010-06-25

基金项目:山东省 泰山学者 建设工程专项经费资助。

作者简介:王志勇(1978~),男,博士,副教授,硕士生导师,现从事微波遥感、雷达干涉测量、数字摄影测量等方面的研究。E m ail:wzywlp@163.com

摘要:从教材、学生、教师素质等方面对 微波遥感 教学过程中存在的问题进行了深入的思考和分析,给出了相应的对策,分析了 微波遥感 的课程特点以及理论体系框架,对教学内容进行了整合和优化。重点对多媒体课件制作、教学模式转变、双语教学、实践教学等几个方面进行了教学方法的改革,提出了建设性的意见,并在实际教学中进行应用,取得了很好的效果。

关键词:微波遥感;教学改革;多媒体;双语教学;教学方法

doi:10.3969/j.issn.1000-3177.2011.03.017

中图分类号:T P79 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2011)115-0094-04

Teaching Innovations and Ideas for Microwave Remote Sensing Course

W AN G Zhi yo ng ,

,

( Chinese A cademy of S ur v ey ing and M ap p ing,Beij ing 100830; Geomatics College ,Univ er si ty of Science and T echnology ,Qingdao 266510; K ey L abor ator y of S ur vey ing and M ap p ing T echnolog y o n I sl and and Reed ,

S tate Bureau of Sur vey ing and M ap p ing ,Qingdao 266510)

Abstract:Some teaching innov ations wer e car ried out in this paper.F ir stly ,according t o so me ex isting pr oblems in teaching and studying in micr owav e remo te sensing co ur se,so me thoug hts and ideas wer e intr oduced.And it g ave co rr esponding solu t ions.T he char acteristics and theor et ical system frame of micr ow ave remot e sensing course were summed up.T he t eaching con tents were integ rated and o ptimized.T hen w e car ried out the innovat ions o f teaching methods especially,such as mult imedia co ur sewar e,teaching mode tr ansit ion,bilingual teaching,pr actical teaching.T hese hav e been used in the t eaching practice.And it gets go od effect in t eaching and studying.

Key words:microw ave r emote sensing ;teaching innov ation;multimedia;bilingual teaching ;teaching method

1 引 言

微波遥感技术是20世纪初发展起来的一项对地观测新技术,由于其独特的优势,已经在测绘、农业、土地利用、林业、大气、水文、地质、冰川、海洋等许多领域得到了迅猛的发展和广泛的应用[1~2]。

为了适应社会发展的需求,近年来许多高校相继开设了 微波遥感 课程,主要是面向遥感科学与技术专业本科生、相关专业的研究生等开设的一门专业主

干课程,主要讲解微波遥感系统、微波遥感图像的特点、几何处理、微波遥感的最新发展及应用等,通过

该课程的学习使学生了解、理解并掌握微波遥感的基本原理、微波遥感图像的基础知识和图像处理的基本技能,为今后应用或者进一步深造奠定基础。进入21世纪,微波遥感传感器(如合成孔径雷达、微波辐射计、微波散射计、微波高度计)得到了迅猛的发展,特别是雷达干涉测量技术

[4]

和雷达极化

测量技术[7]这两项较新的技术,微波遥感数据处理

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相对于微波遥感技术的快速发展,国内在微波遥感方面的教学工作相对滞后。目前国内对本科专业开设 微波遥感 课的学校还很少,只有武汉大学等很少的几所高校,可以借鉴的经验还很少,对于 微波遥感 的教和学还存在着许多问题,再加之微波遥感独特的成像机理(侧视成像、斜距投影),学生不能很好地掌握微波遥感的精髓,对基本概念、基本原理、基本方法等理解不深,动手能力差,学生走向工作岗位不能顺利开展相关的工作。

如何使微波遥感教学顺应学科发展的要求,积极的改善我们的教育、教学方式,培养学生的动手能力和创新能力,是我们高校教师所必须面对和亟待解决的问题。

下面结合本人的教学实践,谈几点粗浅的认识和看法。

2 目前教学中存在的问题及对策

目前在微波遥感的教学过程中,主要存在如下一些问题:

2.1 教材滞后

由于微波遥感发展迅速,知识更新快,教材内容已经跟不上微波遥感快速发展的要求。目前,国内的微波遥感方面的教材或参考书大部分都是20世纪90年代末期编写的,教材主要是采用舒宁编著的 微波遥感原理 一书,里面的许多内容已经发生了改变,对高度计、散射计等微波传感器几乎没有介绍,在教材建设方面已经跟不上快速发展的微波遥感技术的脚步和学生学习的需求,如果再采用旧教材就不能体现微波遥感技术的优势,学生掌握不了微波遥感技术的最新发展和最新技术。

另外,微波遥感的知识体系还有待完善,目前,对于微波遥感的讲授,多是围绕雷达来展开,而对于其他微波遥感传感器,如辐射计、高度计、散射计等涉及的还很少。

由于现有教材已经不能很好满足教学的需求,有必要对微波遥感的教学内容进行补充和更新,建设反映当前微波遥感最新发展、适合现代化创新人才培养的高质量教材,剔除陈旧过时的内容,利用互联网和外文文献资料,对微波遥感发展最快、最热的部分章节进行补充修订,弥补现有教材知识点陈旧的弊端,介绍微波遥感的最新发展,培养学生的综合素质和创新能力。

下一步将开展教材方面建设的工作,将编写高质量的适合于当前微波遥感发展需求的专业教材。

2.2 把握知识脉络能力欠缺

很多学生反映微波遥感不易理解,不如光学遥感直观,这主要是因为学生在学习过程中忽略了知识体系的完整性,只是单纯的学习某个知识点,缺乏完整的知识体系,致使学到的知识分散、孤立,难以融会贯通,不知所学何用。

对于这点,授课教师一定要给学生灌输 先把握树干、然后再学习枝叶 的学习方法,让其先了解完整的知识体系,在此基础上再掌握每一个知识点,做到相互联系,形成一个有机的整体。

虽然学生已经学习过遥感以及摄影测量的相关原理与方法,但不会灵活运用,不能将所学知识运用到微波遥感中。对于微波遥感的学习,最重要的一点就是要与光学遥感、摄影测量的相关内容进行对比,找出微波遥感与光学遥感在图像特点、构像方程、几何变形、几何校正、数据处理、影像解译与信息提取等方面的不同,这样会理解的更透彻、更深入,这也是学习微波遥感的有效方法之一。

另外,学生普遍反映部分章节内容(如雷达构像方程、雷达干涉测量、雷达极化测量等)难以理解,对于这部分的内容,主要原因是涉及到很多物理、数学、摄影测量等众多学科的内容,学生还不能灵活运用所学知识。教师在讲课过程中,需对相关内容做简单介绍。

另外,对于本科生的教学主要以基本概念、基本原理及基本方法等为主;而对于研究生,应尽量补充微波遥感的最新发展及学术前沿。

2.3 微波遥感专业教师缺乏

这也是微波遥感教学中的一个关键,教师的素质和专业水平决定着教学的成败,直接导致了授课水平有高有低。

因此,需要培养一批专门从事微波遥感的高校教师,使他们能迅速承担起国内微波遥感的教学工作。教师应该首先把握相关知识体系,要吃透教学大纲、吃透教材,精心备课,不断了解学科的最新发展,形成一个完整的教学理论体系。教师应该积极从事相关的科研工作,解决微波遥感中的众多难题和问题,将最新的科研成果应用到具体的教学中,并时刻关注微波遥感的最新发展。

另外,积极参加讲课比赛是青年教师迅速站稳讲台的有效途径之一。

3 教学内容的优化

针对微波遥感目前教学内容方面存在的问题,在分析课程特点的基础上,重点对教学内容进行了

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整合和优化,形成一个完整的知识结构体系。

3.1 微波遥感课程特点 基本概念多

微波遥感中涉及了很多的新概念,如极化、天线方向图、天线增益、雷达干涉测量、雷达极化测量等,部分概念抽象性较强,不易理解。

知识面广,知识点散而杂

微波遥感涉及到众多知识,给人的感觉是比较散,逻辑性不强,并且内容比较杂,知识点特别多,涉及到光学、物理学、地学、数学、摄影测量学、模式识别与人工智能、数字图像处理等众多学科的知识。

空间几何关系复杂,公式推导多微波遥感中,涉及雷达图像的几何变形、构像方程、几何校正、几何定位、雷达干涉测量、雷达极化测量等,这些内容有很多的公式推导,空间几何关系极为复杂。

3.2 教学内容优化

这是微波遥感教学优化的最重要的一部分内容。其核心的工作是优化教学内容,形成一个完整的教学体系,建设高质量的教材,缓解一门课程使用多本教材的困境。教学内容的改革应突出基础性、

启发性、前瞻性和实用性。

根据微波遥感课程的特点以及整体理论框架,进行教学内容的整合和优化,对教材[1]存在的相关内容进行优化,对教材[1]没有的内容进行整合(如散射计、高度计、辐射计等相关内容),最终形成一个完整的知识体系。课程内容主要以雷达遥感为主,介绍微波遥感的基础知识、微波遥感传感器(包括成像雷达、散射计、高度计、辐射计等)、雷达图像的几何特点及目视解译特点、雷达图像的定标、校正、模拟、几何变形分析、构像方程、几何校正、几何定位、雷达干涉测量、雷达极化测量、雷达在相关领域的具体应用等内容。在补充微波遥感最新发展技术的同时,还需要进一步优化和完善微波遥感的知识体系。

图1是 微波遥感 课程的一个整体理论框架,是 微波遥感 的主线。教师要围绕教学主线和理论框架,突出重点内容,加强对基本概念、基本原理、基本技能的讲解,着重对课程基本原理和内在结构的传授,应注重思路、方法、重点以及难点的讲解。只有这样,才能让学生更全面地学习微波遥感,理解微

波遥感的精髓。

图1 微波遥感知识体系框架结构

4 教学方法的改革

4.1 精心制作高质量的多媒体课件

由于微波遥感独特的成像机理和影像信息特点,授课过程中会涉及大量的图片和遥感影像,要让学生学习雷达图像的几何特点、影像信息特点以及微波遥感在某些领域中的具体应用,采用传统的 黑板+粉笔 的教学手段,已经不能满足微波遥感授课的需求。多媒体教学具有动态、立体、全方位变化的视屏效果,弥补了传统的教具、学具、模型、幻灯等呆板、单调、枯燥的不足。多媒体教学特别适合微波遥感的授课特点,因此,对于微波遥感的授课全程采用多媒体教学。

在实际的教学过程中,开发并研制了高质量的

多媒体教学课件,将整合、优化的教学内容以多媒体课件的形式展示出来,全程采用多媒体技术授课,并注重现代多媒体与传统板书相结合。实践证明多媒体教学手段符合微波遥感实际教学情况。对于多媒体教学要遵循六要素及四大忌[5]。

4.2 转变创新教学模式

为了培养学生的创新能力,需要变革传统的教学模式,要把传统的教师 教 为主,转变为学生 学 为主。建立起一套激发学生学习兴趣的机制和措施,如介绍一些学科的最新发展前沿和动态(如雷达干涉测量、雷达极化测量)、交流自己的研究成果和心得体会、适当地布置一些增强其兴趣的课外作业。对于一些章节内容,如雷达的具体应用、雷达的最新发展等,可以安排学生课下到图书馆或在互联网上

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这样的改革不但使教学更能适应创新教育的要求,而且能激发学生自主学习的热情和求知欲望,充分发挥学生的主观能动性,使他们学会学习,主动学习,让学生充分体验学习的快乐。

4.3 开展双语教学

双语教学的根本目的是提高外语教学质量,加速高校国际化进程[6]。采用双语教学是社会发展的需要,更是微波遥感这门学科发展的需要。

在现有的教材条件下,探索适合微波遥感技术教学的方法和途径是十分必要的,双语教学可以说是一条最佳之路。采用的外文教材主要是Iain H.Wood house编著 Introduction to microw ave remote sensing 一书[3],同时辅以相关的外文专业文献。

考虑到学生的英语水平现状以及微波遥感课程的特点,一方面我们可以采用现有的教材讲授微波遥感的一般原理,该部分内容主要采用中文讲解。另一方面我们可以紧跟国际上微波遥感技术的最新发展,将微波遥感的前沿性知识传授给学生,该部分内容采用英文讲解;这样可以增加学生在微波遥感原理与技术方面更加全面的知识。

通过双语教学,一方面,可以拓宽学生的知识面,使学生在微波遥感方面的知识更加全面和新颖,可以了解国外在微波遥感领域的最新发展、动态和研究成果、研究方向等。另一方面,也可以使学生逐步学习专业外语词汇,提高专业外语水平,使学生具备专业文献的阅读和写作能力,为今后的工作和继续深造打下坚实的基础。

4.4 加强实践环节教学

由于微波遥感是一门实践性和应用性都很强的学科,为了适应社会的需要,必须加强实践环节的教学,使实习环节与课堂教学紧密联系起来,切实提高学生的动手能力。

由于微波遥感现在正处于发展起步阶段,还没有形成实用化的数据处理流程和方法,因此,目前还不好安排集中实习,但在我们的教学过程中需要加强实践教学环节。主要的做法是在平时教学过程中布置一些相关的编程操作题,如SAR斑点噪声的滤除、雷达图像的几何纠正等,要求学生画出流程框图,并编制相应的程序代码,给出相关数据,能调试程序、得到实验结果。学生在编制程序过程中,可以加深对内容的理解。另外,还安排专门的实习课,让学生使用相关遥感图像处理软件(如ER DAS、ENVI、PCI)进行微波遥感数据的处理。还可以在课堂上给学生演示一些专门的微波遥感数据处理软件,如Doris、Earthv iew InSAR、POLSARPro、RA T、BRAT等,让学生了解微波遥感数据的处理,加深对课程相关理论的认识。

在毕业实习环节,专门设置一个 微波遥感数据综合处理与信息提取 专题,安排部分学生从事2周左右的集中实习,实习内容包括:雷达影像的目视解译、雷达的几何校正、雷达干涉测量、雷达极化测量、高度计数据的处理、微波遥感的应用等,通过集中实习来进一步提高学生的实践能力。

5 结束语

微波遥感是近几年发展起来的一门新兴学科,由于其独特的优势,已经在测绘、农业、土地利用、林业、大气、水文、地质、冰川、海洋等许多领域得到了迅猛的发展和广泛的应用,在高等学校中开设微波遥感课程,可以培养专门从事微波遥感应用和研究的高素质人才。

对于微波遥感的教学,现成可以借鉴的经验很少,需要我们高校教师不断探索和改革,研究并探讨一套为培养创新型人才行之有效的教学方法。

本文对微波遥感课程教学改革的探索与实践,都在实际教学过程中得到了有效的实施,在教学中取得了良好的教学效果,对于微波遥感的教学有一定的推广价值。

参考文献

[1] 舒宁.微波遥感原理[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,2000.

[2] 郭华东.雷达对地观测理论与应用[M].北京:科学出版社,2000.

[3] Iain H.W oodhouse.Intro duction to microw ave r emote sensing[M].Crc P ress,2006.

[4] 王超,张红,刘智.星载合成孔径雷达干涉测量[M].北京:科学出版社,2002.

[5] 冯博琴.多媒体上课六要素和四大忌[J].中国大学教学,2008(2).

[6] 叶勤,程效军,陈鹰,等.关于摄影测量与遥感双语教学的实践与思考[J].测绘通报,2006(2):70-73.

[7] 王超,张红,刘智.全极化合成孔径雷达图像处理[M].北京:科学出版社,2008.

[8] 奥勇. 遥感图像处理 课程教学探究[J].测绘科学,2007,32(5):195-196.

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