城市遥感课程建设与思考

徐景中

（1.武汉大学 遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079）

目前，武汉大学、同济大学、中国地质大学、南京信息工程大学等高校均开设了遥感课程[1,2]，并为国家培养了一批批服务于城市国土、电力、规划、水利等方面的毕业生。为了适应社会主义现代化建设需要，武汉大学遥感信息工程学院于2013年发布了《城市遥感》课程的培养方案（2013版），作为遥感信息工程方向本科生的专业选修课[3]，并于2017年重新修订，对学院毕业生知识、能力与素质提出新的要求[4]。对此，有必要对目前开设的城市遥感课程进行改造和更新，使其能涵盖最新的遥感技术进展，给学生以更新的专业知识、更全面的专业能力锻炼。

1 课程培养目标

根据课程培养方案修订结果，城市遥感课程培养目标在于，使学生了解城市遥感技术的发展，掌握遥感科学与技术在城市建设各领域中的应用，熟悉城市遥感典型问题的解决方法，进一步学习遥感数据处理的相关理论与方法。通过该课程的学习，学生不仅能深刻理解遥感理论与方法基础，更能掌握过硬的实践技术，能针对城市建设过程中的实际问题，选择合适的手段，具备解决实际问题的能力。

从课程培养目标可以看出，该课程不仅要求对学生专业理论基础知识的培养，而且重视学生对城市建设问题的分析和解决能力的锻炼。当然，这种能力的培养，仅靠课堂教学是无法完成的，课程建设需紧密结合教学实践方能满足解决遥感类复杂工程问题能力的拔尖创新人才和专门人才的培养需求。

2 课程特点

城市遥感是遥感技术在城市建设各领域的具体应用，该课程具有如下特点：

1）理论与实践并重。随着城市化和工业化的加速，城市面貌日新月异，城市规模急剧扩张，但随之而来的是城市人口暴增、交通堵塞、资源短缺、环境恶化、地质灾害频发等问题。遥感作为城市建设与环境监测的主要手段，不可避免需要聚焦城市发展过程中的重点与难点问题，因此城市遥感课程不仅需要在教学内容设置上对此有所兼顾，而且需要安排技术方法的实践环节。

2）深度及广度兼顾。由于城市遥感应用涉及多个领域，因此，城市遥感课程的教学内容知识点多而杂，教学内容除包括城市基础地理信息数据采集、景观管理与三维展示外，还包括城市人口、能源、水资源、污染控制和土地利用等城市生态环境调查、城市发展演变分析等方面，应用领域涉及交通、林业、地质等多个行业[5,6]。考虑到课堂教学课时限制，不可能在各个领域过多深入，因此，课程内容的设置必须兼顾专业深度与应用广度。

3）与专业课程衔接紧密。城市遥感技术不仅涉及多种遥感平台（如航天、航空、低空以及地面等平台），而且包含各种传感器类型（如可见光相机、红外相机、SAR、LiDAR、微波辐射计、散射计、地面移动测量车等），数据种类繁多、机理复杂，且针对城市不同应用，处理方式也有差异。因此，该课程要求的先修课程较多，不仅是遥感原理与应用、遥感图像解译、遥感应用模型等的直接运用，同时也是摄影测量技术、数字图像处理技术、微波遥感、激光遥感等课程的综合运用，因此在课程内容设置上需紧密结合各专业基础课，合理安排教学内容。

3 城市遥感教学现状及思考

3.1 教学现状

目前在城市遥感教学过程中，主要存在如下几点问题：

1）知识脉络不清晰。城市遥感课程知识涉及面广，不仅需要学生掌握遥感专业基础理论知识，还要了解城市规划、环境、林业、地质等专业背景，知识脉络涵盖从遥感数据到城市空间信息到城市管理的一体化处理与应用整个范畴。因此，学生在学习过程中反映课程知识点分散，部分知识点难以理解。其原因一方面是由于学生在学习过程中忽略了知识体系的完整性，只是单纯学习某个知识点，致使学到的知识分散、孤立，同时也反映该课程知识脉络不够清晰，有待进一步梳理。

2）教材内容陈旧。高质量的教材是课程建设的关键，也是教学活动的基础[7]。由于城市遥感发展迅速， 知识更新快，教材内容已经跟不上城市遥感快速发展的要求。目前，国内的城市遥感方面的参考教材较少，武汉大学出版的《城市遥感》一书，内容接近教学大纲要求，但知识点不够深入，且有些内容已经发生了改变，对红外遥感、微波遥感、激光遥感等几乎没有介绍，已经跟不上快速发展的城市遥感技术的脚步和学生学习的需求。

3）专业教师缺乏。教师的专业素养通常决定教学的成败[8]，对于城市遥感课程尤其如此。承担该课程的教师，不仅需要理解教学大纲和教材，把握城市遥感知识体系，更需要具备一定的行业实践经验，不断了解学科的最新发展。此外，教师还应该积极从事城市建设相关的科研工作，具有解决城市建设实践问题的能力，并能将最新的科研成果引入到具体教学中。这对于城市遥感课程教师而言是个挑战，目前仍需培养一批专业从事该项工作的教师，以快速承担起城市遥感课程的教学工作。

3.2 城市遥感教学内容及方法改进

1）教学内容优化。优化教学内容，是避免学生对课程知识脉络把握不清、对所学专业知识难以灵活运用的重要工作。考虑到城市遥感课程内容涉及面广、实践性强，其教学内容的优化需要结合课程特点，紧扣遥感科学与技术学科知识体系脉络，对现有教材相关内容进行优化和整合，压缩提炼其他课程已有的知识点，增加城市遥感新的技术方法，梳理城市遥感典型应用案例，最终形成一个完整的知识体系。图1是《城市遥感》课程的知识体系框架，课程主要以遥感影像判读、城市目标提取及重建以及城市目标变化检测为主，介绍遥感在城市规划、交通、园林、环境等领域的典型应用，在此基础上补充新型遥感传感器、物联网、大数据等最新技术在城市发展中的应用内容，进一步优化和完善城市遥感知识体系。

图1 城市遥感知识体系框架

此外，注重与现有专业课程的衔接也是教学内容优化需要考虑的重要因素之一。由于城市遥感包含不同专题的遥感影像处理技术，比如城市线状目标提取方法、城市人工目标三维重建方法、城市变化检测、数字园林建设等，抛开特有的行业知识背景，单就遥感影像处理方法而言，其所涉及的知识点，既包含了二维道路检测与追踪方法，又包括基于影像的三维信息提取方法；既涵盖二维、三维城市变化检测方法，又涉及城市园林数据采集、建库等知识。因此，教学内容设置必须注意与相关课程的衔接。既要避免重复讲解，又需要对必要知识点有所提及，根据学生知识结构合理安排教学内容。

2）教材建设。在教材建设方面，需要围绕教学内容优化方案，在现有参考教材《城市遥感》的基础上对该课程的教学内容进行补充和更新，建设反映当前城市遥感最新发展，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，并利用互联网和外文文献资料， 对城市遥感发展最快、最热的部分章节进行补充修订，弥补现有教材部分内容陈旧和深度不足的弊端。通过引入城市遥感的最新技术以及城市典型问题的解决方案，提高学生的综合实践能力和创新能力。教材建设是课程建设下一步工作的重点内容之一。

3）教学方法转变。课堂教学仍是系统学习城市遥感课程理论的主要途径，因此，教学方法与教学内容同样重要。为了更好地提升课堂教学效果，任课教师除了需要精心制作高质量的多媒体课件、多利用实际案例进行知识点讲解外，还需要转变教学模式，由老师讲转变成增加部分讨论课，让学生参与课堂。要把传统的教师“教”为主， 转变为学生“学”为主[9]。对于一些章节内容，如城市规划遥感监测、城市遥感未来发展方向等，可以安排学生课下到图书馆或在互联网上查找相关的资料，然后在课堂上讨论，对不足的地方，再由授课教师进行补充或改正。对于学科的最新发展前沿和动态（如夜光遥感、红外遥感等），可由学生组成学习小组通过自学，然后交流自己的研究成果和心得体会。这样，不但能激发学生对城市遥感课程的学习热情，促进其主动学习，更能提高学生动手能力、专业应用能力、人际交往能力和团队合作精神，为其进一步发展奠定良好的基础。

4）加强实践环节。实践教学环节是决定遥感课程教学质量的关键环节，对于学生创新思维的培养、科研能力的提高意义重大[10]。城市遥感作为一门理论与实践并重的学科，必须加强实践环节训练，以改善学生对所学知识点理解不透彻、不能灵活运用的现状，切实提高学生的动手能力。

城市遥感实践环节可以通过课后作业以及课间设计等方式进行。课后作业的设置应与课堂内容紧密结合，在讲授完理论方法后，紧接着进行相关作业训练，这样既能够使学生很好地把理论与实践结合起来，给学生留下深刻的印象，又能提高学生的学习兴趣， 便于扎实掌握知识点。课间设计的设置可以是实际工程问题，也可以是教师科研项目的实际案例。学生可根据自己的兴趣选择实验项目，通过查阅文献资料，借助专业遥感软件或编程工具，自主拟定实验方案，选择实验数据，制定技术路线，对实验结果进行验证与分析，并形成实验研究报告。这样区别于传统实习课程中老师同时给出题目和步骤，让学生重复的模式，能切实激发学生学习的兴趣，更增强了学生的实际动手能力。

5）师资队伍建设。师资队伍是课程建设的重要内容之一，加强教师队伍建设是实施素质教育、培养创新型人才的前提。城市遥感课程小组的教师目前都是由长期从事城市遥感技术研究的博士组成，具有丰富的教学科研实践经验，能够保证教学工作的顺利进行。同时，课程小组注重队伍的能力提高与发展，有计划地安排教师到相关企事业单位参观，参加国内外相关的教学研讨会和科研活动等。此外，课程组正在研究和讨论的是如何采取合适的机制邀请相关行业专家为学生进行讲座和实践培训。

4 结 语

城市遥感是伴随着遥感技术与城市建设发展逐步形成的一门学科，课程建设对于遥感科学与技术专业的学生加强遥感基本理论，拓宽专业知识，提高专业技能具有重要的意义。由于城市建设涉及面广，遥感机理复杂，如何合理安排城市遥感教学内容，保证和提高教学质量是值得认真思考的实际问题。