水利类专业遥感与地理信息系统课程教学改革探索与实践

摘  要：遥感与地理信息系统是一门新兴且实践性较强的学科，为加强水利类专业学生对遥感与地理信息系统知识的掌握与运用，中山大学空间信息技术教学团队开展针对该课程的教学改革探索研究与实践。一方面，在课程教学工作中注重将理论和实践相结合，重视学生对此课程理论知识的掌握和实践动手能力的培养，以兴趣培养为引导，提升学生的创新能力；另一方面，探讨科学可行的教学模式，强化户外的实践教学环节，实行教学效果的动态反馈，并丰富考核方式，旨在激发学生的学习能动性，拓宽学生的视野。进而提升遥感与地理信息系统课程的教学质量与效果，为水利行业的建设和发展提供人才保障。

关键词：遥感；地理信息系统；教学改革；水利专业；教学模式

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）24-0057-05

Abstract： The remote sensing and geographic information system is an emerging and highly practice-based subject. In order to strengthen the mastery and application of remote sensing and geographic information system knowledge for students majoring in hydraulic engineering， the spatial information technology teaching team of Sun Yat-sen University has led a teaching reform for this course. On the one hand， in the course teaching section， the team focuses on the combination of theory and practice， to strengthen the students' understanding on the theoretical knowledge of this course and the cultivation of practical ability. By using the learning interest as the guide to cultivate students' innovative ability; on the other hand， the team explores the feasible teaching mode， strengthens the outdoor practice teaching， implements dynamic feedback on teaching， and enriches the assessment methods， which aims to stimulate students' learning initiative and broaden their horizons. These efforts are beneficial for improving the teaching quality of remote sensing and geographic information system courses， and providing talents for the construction and development of hydraulic engineering industry.

Keywords： remote sensing; geographic information system; teaching reform; hydraulic engineering major; teaching model

全球工业、经济发展，水短缺、水污染等问题日益突出；同时，我国2016年国务院政府工作报告中指出：坚持在发展中保护、在保护中发展，持续推进生态文明建设[1]。所以在未来水资源发展中更需注重水安全问题的管理。在水文水资源环境生态保护中，以往传统方法中的水文水资源信息采集、处理和分析等过程繁琐且需投入大量人力、物力[2]。近年来，遥感（Remote Sensing，RS）已成为主要的水信息收集手段之一，而新兴的地理信息系统（Geographic Information System，GIS）有着强大的空间数据管理和分析功能，这两种技术在水利类专业中的应用对解决水文水资源环境中许多问题起着重要作用[3-7]。

近年来，城市内涝治理和海绵城市建设越来越受到国家和社会关注，同时也促进了水利与土木工程学科融合发展。为了培养符合国家和社会需求的高水平水利、土木交叉学科人才，在保障宽口径专业教育与本科素质教育的基础上，还亟需开设水利专业类的遥感与地理信息系统课程，进一步促进水利、土木学科与地球科学、遥感空间信息科学的交叉渗透，为培养新时代创新型水利人才奠定基础[8-12]。

一  遥感与地理信息系统课程教学改革背景

（一）  课程特点

面向水文水资源工程专业而开设的遥感与地理信息系统作为一门新兴的应用技术学科课程，能够让学生较好地掌握遥感与地理信息系统的基本知识，牢固掌握空间信息数字化的原理与方法、GIS空间分析原理与方法、遥感技术基本原理，以及熟练使用GIS相关软件等，为今后在土木水利海洋、卫星定位观测技术、水利信息化和遥感水文等方向的课程学习打下基础。并注重打开同学们的全球视野，从立足于中国，放眼于世界的视角看待和学习遥感与地理信息技术。

中山大学土木工程学院自开设遥感与地理信息系统课程以来，十分重视学生对此课程的理论知识掌握和实践动手能力的培养。

课程的内容丰富，通过理论课程、上机软件实验课和户外遥感实验课的授课方式，让学生在实践中牢固掌握遥感技术基本原理，掌握遥感与GIS的基本概念、地理空间数学基础、空间数据模型、空间数据结构、基本空间分析、空间地统计分析、DEM与数字地形分析和遥感数据处理与解译方法，了解GIS和遥感的应用领域。

（二）  教学现状

遥感与地理信息系统课程属于交叉学科，课程内容多而繁杂，大部分高校的教学大纲容易出现教学重点不突出，理论实践课无法紧密结合，无法将水利专业与RS/GIS教学紧密结合等问题。

总体而言，现今高校的教学模式很难满足水利改革背景下高水平人才培养的需求。此外，高校学生虽然已经具备初步的自主学习和动手能力，但是缺少规范操作和训练，创新能力较弱，对理论知识不感兴趣，也缺少实际工程经验。设置科学可行的教学大纲，有助于学生了解遥感与地理信息系统中理论课程和实践课程的教学难点。

（三）  理论课程的教学难点

理论课程是本课程教学中的基石，让学生们掌握好理论课知识，培养好学生们的基础能力，能为后续实践课程教学添砖加瓦。遥感与地理信息系统理论课程教学主要存在以下难点。

1）课程知识点内容多而复杂。所以如何在有限的教学时间内高效地将内容传递给学生是理论课程中的重点难点。

2）教学内容抽象，不易被学生理解。由于GIS理论和知识，如空间数据结构、空间数据库等内容比较抽象，教材中的应用实例较少且陈旧，导致学生难以理解理论课的知识点，在某种程度上影响了教学效果。所以如何用先进的教学模式让学生更好地理解GIS理论是一大难点。

3）培养学生独立和创新思维。水利和土木专业的学生通常课程任务繁重，不利于学生独立思考和创新能力的培养。在教学过程中，应注重向学生们提问题，并鼓励其回答问题，参与讨论问题，提高学生积极性和活跃性。尤其是对于大班教学，课堂气氛非常重要，要注重提高坐后排的学生的积极性，课后多到学生中跟学生交流。

（四）  实践课程的教学难点

实践课程教学是培养技术应用型人才的重要环节。遥感与地理信息系统实践课教学主要存在以下难点。

1）注重提高学生解决实际科学与工程问题的能力。学生工程应用能力的培养，绝不能只停留于“教师演示、学生重复”的阶段，所以为了启发学生自主学习创新能力，教师不再先演示，而是让学生有秩序地在实验课了解遥感测量的基本原理、测量方法和数据处理的基本流程，并严格按照操作流程来进行测量。教师跟课过程中随时纠正学生不规范操作，并在每一节课结束的时候，对每组学生的测量结果进行评价。

2）培养学生熟练掌握实验课软件操作方法。对于实验教学环境，注重讲课和软件操作演示同时进行，由于该课程动手操作性比较强，需要学生加强对软件的操作能力。课后作业包括课程中的相关讲课内容的扩展以及软件的应用操作（如制图、空间分析等），通过课程作业加强学生对遥感和GIS软件的操作能力。在实验课中通过让学生分组或独立完成具体任务，让学生逐步熟悉GIS软件的各种操作技能，完成实验课的作业要求，课程结束前安排适当课时进行答疑。

二  遥感与地理信息系统课程教学模式

1）以多媒体教学为主。多媒体课件要尽量避免大量的文字展示，要将图片、动画、视频贯穿于理论教学中来描述问题，不断提高学生对前沿知识的接触和了解，将枯燥无味的知识进行多样化的表征。要尽量多穿插在师生间的互动环节，这样可以帮助学生站在教师的位置理清重点知识点、知识树，更清楚地理解知识内容。

2）紧扣学科热点，紧跟国家与国际前沿知识。通过介绍我国在遥感、航天、航空和空间信息技术等领域发展和取得的成绩以及在水利行业的广泛应用、国际领先的遥感科技进展等，使得学生对我国遥感和地理信息技术发展有充分的了解，提高学生对我国科技自主创新能力的信心。同时通过介绍遥感技术在我国防灾减灾救援、国土安全保障等领域的作用，引导学生理解科技服务于国家重大需求和人民生命财产安全的重要意义。

3）以专题案例分类。水利类遥感与地理信息系统课程内容多，学时有限，在教学中更需要针对专业特点并结合教材对授课内容进行必要的取舍。为了让教师教学思路更加清晰，建议以专题案例进行分类，这样既避免教学重点不突出、教学内容不全面的问题。具体就是按专题内容分配学时，学时分配要落实到“章”或“节”，并对各章节的重点、难点内容进行标注。

4）以兴趣培养为引导，培养学生创新能力。例如，为了让同学们更好地记忆克里金空间插值方法，通过讲解克里金插值方法和克里金本人的事迹，来引导学生熟练掌握空间插值的算法和原理。鼓励学生们发散思维，结合工程实践，尝试提出新的理论和方法，推动我国空间信息技术在水利行业的发展，并在国际上具有较强的影响力。

5）开展双语教学。比如在多媒体教学的时候，配上英文标注，选择与课程相关的外文数据或者文献作为教学教材，鼓励学生用英文版的专业软件来强化专业英语学习能力，在教学过程中重点要求学生需要掌握英文专业术语，鼓励学生提交英文版的课程作业。

6）加强实践教学环节，提高学生主动学习意识。重视实习和实验教学环节的设计，增加遥感与地理信息系统实习实验内容的衔接；围绕具体问题设定实习实验任务，并在实践教学中尽量采用最先进的实验测量设备，促进野外实习、室内实验和课程作业等教学内容和环节的贯穿，培养学生主动学习的意识、积极参与的热情和团结协作的精神，提高学生解决实际科学与工程问题的能力。

7）教学过程动态监测，丰富的考核方式。针对多数高校以期末笔试为主的考核方式存在的问题，比如说采用名词填空、选择、问答、论述等传统题型，学生重理论轻实践、死记硬背不理解知识点等，应考虑适当减少笔试成绩占总成绩中的比重，丰富考核方式，将作业情况、实习报告、上机实践情况和出勤情况作为考核内容。从多角度多方位进行考核，可全面地反映学生对理论和实践知识的掌握情况，培养学生综合能力。同时，教学过程对每课时、期中、期末、课程诊断要点和质量监控点的教学成果进行监测，让教师对学生阶段性的知识掌握情况进行评价；在课程结束的时候开展课程满意度测评，监测教学效果，让学生对老师整个学期的教学表现进行总结评价。