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1教学内容的选取
1.1教材和目标定位
要使教学内容合理,首先要选取一本合适的教材。[3,4]不同的教材各有特色,侧重点亦有所差异,有的注重理论方法,有的偏重实际应用。环境科学专业的遥感课程注重培养学生利用遥感技术对环境问题进行监测、分析和管理的能力,因此本课程适宜选取侧重于应用的教材,如参编教材为陈述彭的《遥感地学分析》和赵英时主编的《遥感应用分析原理与方法》等。同时在专业软件选取上考虑到界面易用,开发灵活性等特点,可选取ENVI遥感图像处理软件进行实例教学。遥感课程本身内容较多,针对环境科学专业的本科学生,在学时有限的条件下,需缩短遥感基础理论的讲授,同时适当扩大遥感实验和应用的教学环节。在教学过程中侧重理论联系实际,将教学内容划分为理论部分和实践部分:其中理论部分主要包括电磁波、传感器及成像原理、遥感图像的存储等内容,实践教学内容以“影像获取-预处理-分类及后处理-应用”为主线,重点讲授常用遥感数据(TM,MODIS,ALOS和SPOT)的获取方式,预处理方法(辐射校正、地形校正和几何校正)、分类方法(监督和非监督分类、面向对象分类、决策树分类和神经网络分类)以及精度评价和重编码等后处理过程,最后则以江苏沿海开发为背景,围绕土地利用变化分析、滩涂生态环境评价、水环境和大气监测等主题进行应用实例教学,重在提高学生利用遥感技术解决实际环境问题的兴趣和能力。
1.2教学内容更新
遥感技术的发展使得知识更新速度很快,新理论、新方法和新的研究领域不断出现,用人单位对学生的实践能力的需求也不断增强。[5,6]因此在整个教学过程中还需不断对现有教材内容更新,让学生掌握遥感技术的最新动态,尤其是遥感技术在环境科学中的最新应用领域,以弥补现有教材内容的滞后性。在教学过程中可依托现有科研项目对教学内容进行整合和优化,将自己从事科研项目过程中了解的国内外研究现状以及存在的问题进行补充讲授,比如笔者曾从事过遥感技术在区域蒸散发估算、土地利用覆盖变化以及水环境监测等应用相关的科研项目,在教学过程中就可以结合该项目进行典型案例分析,同时将本学科的发展趋势与学生一起讨论,从而激发学生的学习兴趣。教学内容完善上还需整合对本学科技术形成和发展具有重要意义的期刊资料(如环境科学、生态学报、地理学报和"RemoteSensingofEnvironment"等杂志),渗透到课程建设之中,不断充实教学内容,使教学内容具有前瞻性。考虑到环境科学专业的学生由于缺少地理学、地图学和程序设计等知识结构,往往会反感复杂的遥感理论知识,缺少主观能动性,可围绕遥感技术开展课程群建设,加强本课程与环境信息系统、环境影响评价等课程之间的联系,从而增强学生利用跨学科技术手段解决实际问题的能力。
2教学手段和方法的创新
2.1专业软件辅助多媒体教学
遥感课程包含大量的遥感图像信息,因此目前普遍使用PPT教学方式。为了增加学生对遥感理论方法的掌握,有必要在课堂上增加以实验数据为主的遥感软件演示教学。通过遥感软件可以将理论及方法用图形和图像的形式直观再现,激发学生学习兴趣,提高应用先进的遥感技术的能力。同时在教学过程还需设计一些综合软件训练科目。比如笔者在实际教学过程中设计了类似《滩涂资源与环境监测》的综合实验,拓展了遥感技术与地理信息系统(Arcgis)和计算机辅助制图(AutoCAD)等地学处理软件之间的数据共享操作,在增强学生环境数据处理方面的综合实践能力方面取得了较好的反响。
2.2网络和启发式教学手段
遥感课程理论抽象,应用性比较强,在教学过程中,宜采用启发式教学方式,让学生独立思考,引导学生去发现和解决实际的问题。比如在讲解植被的光谱特征时,可以基于全色图像、多光谱等各种常用的卫星遥感数据,形象和直观呈现不同的植被类型、不同的植被生长阶段和状况在遥感样片上的差异,增强学生对“同物异谱”和“同谱异物”规律等遥感知识的理解和掌握,充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。同时还可利用GoogleEarth软件,USGS和地理空间云数据等平台免费浏览全球各地分辨率相对较高卫星图片,作为遥感教学影像资料,或用作科研数据。建立和完善实验数据库,依托现有的科研项目和实验平台,购置SPOT,MODIS和TM等多类型遥感数据和行政矢量地图。通过Internet网络,师生共同交流和关注遥感最新事件和日益严重环境问题,如高分卫星的发射、城市雾霾和水污染事件,引导学生利用现有环境问题解决实际的环境问题。
3实践创新能力的培养
实践教学环节对培养学生的创新思维和科研能力具有重要的作用,环境科学专业作为非遥感专业开设遥感课程,其技能要求为应用型,理论联系实践显得尤为重要。在实践教学上可以以基础理论、基本方法和基本操作为基础,构建分层次的能力训练模式,初期可以安排一些主流遥感数据搜集与处理基础方法的介绍;中期安排一些专业软件应用课题;后期通过科研项目培养创新能力。实践能力培养还需改革传统以卷面成绩为主的考试制度,注重多元化的考核方法,增加理论环节课堂提问、讨论等考核,以及实践环节的软件操作和科研能力考核,以考试促教学,切实提高学生实践创新的主动性。
3.1增强课堂练习和野外实习环节
通过课堂练习和野外实习,使学生更好地理解和掌握遥感的基本概念,基本原理和基本方法,熟悉遥感专业软件的基本操作,增强对不同地物的光谱差异的正确认识。课堂练习环节主要以示范性和验证性为主,学生可通过操作实例增强对理论知识的理解。例如在讲授遥感影像的几何配准过程中,结合试验指导书和软件操作,以图形的方式呈现控制点数目和位置变化对图像纠正效果的影响,增强对几何校正影响因素的理解。野外实习设计主要包括遥感影像数据的准备和预处理、解译标志的建立和野外考察路线的设计等环节。通过野外实习,加深对图像目视和计算机自动分类原理和过程等教学内容的认识。野外实习适宜以学校周边的多光谱影像为例,也可结合区域特色,如在盐城工学院的教学实践过程中,考虑到沿海大开发形势下,采用了沿海滩涂资源开发和保护为实践背景材料,通过实验区的实地考察,使学生掌握假彩色合成图像和地物的识别特征等遥感基础理论知识,同时通过野外实习教学也可进一步引导学生利用遥感技术对滩涂生态环境问题进行检测和分析。
3.2专业软件开发能力培养
在遥感教学中,专业软件开发能力也是实践创新教学的重要内容。ENVI是由遥感领域的科学家采用IDL(InterfaceDescriptionLanguage)开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件[7],因此在利用ENVI软件进行实验教学过程中,可以增加利用IDL演示实例丰富教学内容,例如进行遥感影像融合效果评价的过程中,可让学生掌握IDL的学习方法,并学会编写IDL命令调用ENVI函数,进行数据的读取,熵值的计算和融合效果的评价。既可以提高学生的编程能力,又可更好的理解操作的本质,提高学生的专业软件开发能力。
3.3鼓励学生从事科研活动
课堂练习通常是严格按照实验指导操作,相对缺少创新性,因此还需要通过科研项目的锻炼,进一步强化学生运用专业知识和遥感技术解决实际问题的能力。科研活动主要以遥感兴趣小组、大学生创新项目和导师科研项目为主要形式。遥感兴趣小组依据应用领域的不同进行组建,如组建滩涂植被组、水体污染检测组以及大气污染检测组等,考核任务下达后,各小组之间共同完成数据资料的查找、分析和结果输出等工作,最后以小组为单位进行评分和总结。学生在完成专题任务中不仅增强综合分析问题和表达能力,同时也熟悉了基本的科研方法和过程,激发了学生自主探索的热情。此外,在遥感应用小组的基础上,鼓励学生申报大学生创新项目(SRT)和撰写学术论文,同时吸引学生参与老师的科研活动,鼓励学生发表高质量遥感教学论文将学生的毕业论文尽可能与科研课题相结合,通过毕业论文团队建设提高学生毕业论文的深度和广度。
4结束语
关键词:海洋灾害;遥感课程;改革研究
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)46-0067-02
遥感是现代空间信息学的核心技术之一,自20世纪80年代以来,我国各高等院校都相继开设了“遥感”方面的课程[1-2]。但现有的遥感教学存在的一些不足之处,如:(1)遥感技术的快速发展与教材更新缓慢的矛盾;(2)内容过深,与实际的生活接触有所差异;(3)遥感基本技能的培养与实践时间过少的矛盾;(4)专业素质的培养与传统的授课方式和考核方式的矛盾[3-5]。《遥感应用技术》是上海海洋大学空间信息与数字技术专业的专业必修课,其是一门理论与实践相结合且技术性很强的课程。本文结合上海海洋大学培养海洋类人才的目的,对遥感课程的教学改革进行了探讨。
一、“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革的简介
现代海洋产业的发展离不开良好的海洋环境,良好海洋环境的维护离不开迅捷、快速准确的监测,遥感作为新兴的监测技术在海洋中将发挥重要作用[6]。而我国政府十分重视海洋观测技术的发展。在2010年两院院士大会上再次提出:“要大力发展空间和海洋科学技术,提高海洋探测及应用研究能力和海洋资源开发能力,使我国海洋技术水平进入世界前列。”
上海海洋大学的办学宗旨即与国家海洋发展的主战略衔接,为国家和区域海洋经济发展及产业需求提供技术支撑、人才服务等智力支持。设计“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革,在学生掌握遥感技术的同时,提高学生海洋环境保护意识,增强学生的实际动手能力,锤炼学生解决实际海洋问题的能力。
二、“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革的内容
“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革主要是通过设计不同的海洋灾害案例(如风暴潮、海浪、海冰、赤潮、海啸以及溢油),将系统性和理论性较强的遥感基础理论融入到每个案例中,让学生在实际的海洋灾害案例中掌握系统的遥感基础理论知识。
1.“海洋灾害”遥感数据的收集。通过播放新闻报道或模拟的方式,让学生接触一场海洋灾害,以风暴潮为例,并告诉学生他们的任务是:对海洋灾害进行预测预报,做到防灾减灾的目的。在第一阶段,引导学生分析预测预报“海洋灾害”所需的数据。故此,引出遥感的基本概念、遥感系统的组成、遥感的主要类型以及遥感的主要特点等基础知识。
2.“海洋灾害”遥感数据的处理。面临收集到的海洋遥感数据,大多数初学者无从下手,也看不懂,其原因是不懂遥感数据的原理。在此,引入遥感的成像原理、电磁辐射与地物光谱特征,以及遥感图形的特征等概念。
学生们了解了遥感像素的实际意义的同时,主要培养学生的空间意识。因此加入数字图像的校正等实际操作内容,理论与实际操作相结合,边操作边讲解何为辐射校正、几何校正、图像增强以及多源信息复合等知识。
3.“海洋灾害”遥感数据的判读。以风暴潮为例,风暴潮是指由强风或气压骤变等强烈的天气系统影响而引起的海面异常升降现象。通过两景不同时段的遥感影像的判读,提取海面的异常变化,是通过遥感方式监测风暴潮的主要手段,而此时就要熟悉遥感影像的判读。为了很好地判读影像,需要对影像做一系列的处理,包括对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等,同时对遥感图像的解译方法和过程也要熟悉掌握。
4.“海洋灾害”遥感数据的可视化。通过三维绘制引擎、地形的识别技术、场景的显示等技术,实现海洋灾害的再现。在此作为知识的扩充,讲解遥感在与其他数据(如DEM数据)融合,以及后期制图和可视化显示等知识。
三、“海冰”灾害监测案例驱动下的遥感教学示例
以“海冰”灾害监测为例,在结束的遥感教学中,对案例驱动的教学方式进行了实验。
海冰灾害主要发生在渤海和黄海北部和辽东半岛沿岸海域。海冰的主要危害上威胁船舶和海上构筑物的安全,影响渔业和航运等。2001年2月,渤海出现近20年来最严重的海冰,辽东湾最大冰厚60m,辽东湾北部港口基本处于封港状态,秦皇岛海域航标受损,40多艘船舶被困,航运中断,天津港船舶进出困难,渤海海上石油平台受到流冰严重威胁。现以渤海湾海冰预警预报为例,实现遥感的知识讲授,整体流程如图1所示。
在“海冰”监测数据需求分析阶段,通过分析渤海湾的“海冰监测”要求,分析所需数据,主要包括MODIS数据、Landsat数据、SAR数据、微波散射数据等。故此,为学生解惑,不同遥感平台、不同的探测手段等,同时,掌握遥感的基本概念、遥感系统的组成、遥感的主要类型以及遥感的主要特点等基础知识。为了实施后期操作,主要提供了同一地区三个不同时间段的数据(免费数据),如图2所示,由此可以清晰地看出该地区的海冰覆盖。
在数据的预处理阶段,主要是上面三景数据进行预处理。此时结合操作软件ENVI,讲解坐标系的定义、图像的几何纠正、图像的剪裁等。但是为了更好地理解这些操作的目的及原理,需要学生掌握遥感的成像原理、地物光谱特征和大气对辐射的影响等。
在数据的特征提取阶段,为了更好地监测海冰的边界等信息,需要对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等。同样结合ENVI操作,在学习理论知识的同时,熟练其操作工程。最后根据不同的要求,对监测结果以出图或报表的形式数据。
四、结语
“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革,使得遥感教学从以理论教学为主的传统遥感教学模式中摆脱出来,激发学生的学习兴趣,进而激发他们学习的主动性和创造性;通过实际海洋灾害案例的设计,培养学生海洋意识,从根本上提高教学质量,全面培养学生的实际应用能力和解决海洋问题的能力。
参考文献:
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[2]陈述彭,赵英时.遥感地学分析[M].北京:测绘科学出版社,1989.
[3]张飞,买买提・沙吾提,丁建丽.《遥感概论》精品课程的“教学与科研互动模式”探索[J].科技创新导报,2011,(3):174-174.
[4]熊勤学,朱建强,尚正春.遥感与信息技术探究型自主学习网站设计与开发[J].安徽农业科学,2010,38(22):12255-12256.
关键词:精细农业 遥感技术 全球定位系统 地理信息系统
0 引言
“精细农业”的核心指导思想就是要利用现代地球空间信息技术获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异,避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染。具体而言,就是利用卫星定位系统对采集的农田信息进行空间定位;利用遥感技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息;利用地理信息系统建立农田土地管理、自然条件(土壤、地形、地貌、水分条件等)、作物产量的空间分布等的空间数据库,并对作物苗情、病虫害、墒情的发生发展趋势进行分析模拟,为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息;在获取上述信息的基础上,利用作物生产管理辅助决策支持系统对生产过程进行调控,合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施,以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。精细农业技术是运用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、传感器及检测系统、计算机控制器及变量执行设备等信息技术,对大田农作物生产和畜牧生产实施监控,从而提高作物和畜牧产量和质量,最大限度地保护生态环境,保证农业的可持续发展。
1 国内外“精细农业”技术的应用情况
1.1 国外“精细农业”技术的应用情况 在北美、欧洲和澳大利亚等地“精细农业”技术主要用于土地资源的详查及监测,农作物生长状况的监测和产量预测,灾害性天气、旱情、涝情和水情的监测,农作物病虫害的监测与精细防治和大地号农田的优化施肥等方面。
到了八十年代和九十年代,由于遥感技术(RS)、全球定位系统( GPS ) 和地理信息系统(GIS)的应用, 进行农情监测和产量预测已达到更加精确的程度,所用设备的数量和精度都在提高。目前全球已有20000 台“产量监测器”投入了使用,有的就装在收获机械上。
目前,在一些国家“可变比率洒施机”的试用引起了人们的极大兴趣。该机器的设计者试图借助于RS、GIS和GPS等技术获取田间信息(包括土壤参数和病虫害情况等),同时机器自动控制农药、化肥和种子的施入量。由于优化施肥,农场主从中可能获得巨大的经济效益。
另一种“可变比率洒施机”名为“实时闭循环系统”(Real-time closed-loop System),其设计者是想尽可能地摆脱对3S技术的依赖,田间信息直接由安在洒施机上的探测设备获取,并立即对数据进行分析并自动控制农药、化肥和种子的施入量。这种机器保证了所测得信息与所采取措施的地点的一致性。
1.2 国内“精细农业”技术的应用情况 我国是个农业大国,农业生产的自然条件十分复杂,自然灾害频繁,因此“精细农业”技术对我国农业生产来说是非常重要的。
我国利用地球资源技术卫星遥感资料进行土壤和水文调查开始于七十年代末和八十年代初,山西、内蒙等省(区)的土壤调查和农业区划工作就利用了卫星遥感资料。
1984-1986年,我国在京、津、冀地区,进行了大规模的冬小麦卫星遥感试验,取得了一定成果。1985和1986年小麦产量预报准确率分别为92%和95%。
可见,我国“精细农业”基本上还停留在卫星遥感、地理信息系统和产量预测方面
2 “精细农业”的技术思想
精细农业其核心思想是通过对农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素(如土壤结构、地形、土壤含水量、植物营养、病虫害、杂草等)实际存在的空间和时间差异性的分析,确定影响小区产量差异的原因,采取技术上可行、经济上有效的调控措施,区别对待,按需实施定位调控,以充分利用资源,实现最经济、最合理的投入,获得经济上和环境上的最大效益。精细农业之所以引起全世界广泛的关注,首先是因为它能显著提高产量,提高耕地资源利用潜力和保护环境;其次,是因为精细农业研究的意义已远远超出其技术系统应用发展本身的范围,它提供的技术思想和改造客观世界的认识思维方式,其影响更是深远的。
3 精细农业的技术构成
3.1 GPS——全球定位系统 推动精细农业发展的关键技术是在20世纪70年代末开始建立的全球定位系统。它是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统,它可提供连续、定位和原子时钟信息。
3.2 GIS——地理信息系统 地理信息系统以地理空间数据库为基础,在计算机软、硬件的支持下,对有关空间数据按地量坐标或空间位置进行预处理、输入、存储、查询、检索、运算、分析、显示、更新和提供应用、研究,并处理各种空间实体和空间关系。它有如下特征:具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力;具有空间分析、多要素信息分析和预测预报的能力,可为宏观决策管理服务;能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究。将GIS用于精细农业中,可对农田小区的作物产量和各种影响因素进行存储、分析和管理。
3.3 RS——遥感技术 遥感技术可根据对遥感资料的解译,获得所研究区域内有关信息,具有宏观、快速、动态等特点。
不同含水量的土壤具有不同的地表温度,因而具有不同的热红外特性和热辐射特性。农作物不同生长期和不同生长情况均有不同的光谱反射曲线,所以结合研究区域内抽样调查的资料和GIS数据库,并依靠有关的专业基础知识,利用RS可获得土壤含水量、作物长势和产量等重要资料。
关键词:测绘新技术;土地规划;土地管理
中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:
社会正在往城市化逐步发展,对于土地的规划和管理就显得更为重要。土地利用是一项复杂的工程,需要处理的数据量大,工序繁杂,相对于传统的测绘方法来说,RS、GIS、GPS等测绘新技术的开发和应用为土地利用的规划和管理提供了有力的技术支持,使得土地的规划和管理能够与现况相结合,更加具有实用性、科学性和可操作性。虽然新技术在应用领域上才刚起步,有很多应用问题需要解决和完善,它的可利用性还是相当高的,运用3G技术来开展高校准确的土地规划和土地管理是时展的必然要求,对于提高土地规划和管理的工作效率和精度有重要的意义。
1 测绘新技术
1.1 遥感技术(RS)。在距离相隔较远的遥感平台上,用遥感器接受被测绘的地面物体反射或者发射出的电磁波的信号,记录后传送并经过相应的分析处理的过程,并不是指直接接触目标物和现象,通常把这整个接受、传送、分析、处理、应用信息的全部过程成为遥感技术(RS)。利用遥感技术具有全天工作、信息丰富、获取信息周期短、多光谱特性的特点,又因为其具有高分辨率,所以遥感获得的图像能够清晰可见,空间分辨率也较高,所以在现代的土地规划与管理中被大量的应用,能够对土地进行动态监测,实时掌握变化情况,预测发展趋势,为土地的合理利用和规划管理提供第一手的资料,例如气象的预测预报、对环境的动态监测、各类资源的规划及应用方面。
1.2 地理信息系统(GIS)。计算机技术的快读发展,使得地理信息系统得到不断地应用和发展,并在城市规划、环境评估、公共设施管理等方面发挥作用,GIS是由计算机硬件、计算机软件和算法组成的系统,用于对多种地理空间实体数据进行采集、管理、建模、分析、处理的系统,包括定位数据、遥感图像数据、图形数据等,在利用领域取得了良好的经济效益。利用GIS能快速建立数据库,结合空间图形和属性的有关数据,使之一体化,从而实现对土地的规划与管理,SuperMap、Arc-View等是目前GIS技术的常用软件。
1.3 全球定位系统(GPS)。GPS是具有全球性、实时监控、定位能力的三维卫星导航系统,覆盖范围广,运行速度快,效率高,应用功能庞大,能够全天候运行监测,由地面控制系统、空间系统、用户系统等组成,其中地面控制又分为主控站、地面天线、监测站、通讯辅助部分,空间系统由21颗实际使用的卫星和3颗备用卫星构成,用户系统分为GPS接收机和卫星天线。GPS在测绘中的应用越来越广,以实时定位、精度高、效率高、成本低的特点应用于土地规划和管理方面,除外还可以用于地形测绘、测量板块、测量地壳运动等方面。
2 测绘新技术在土地规划与管理中的应用
这些测绘的新技术在土地规划与管理中得到了不断的应用。土地信息包括位置、数量、质量、价值等,利用RS、GIS、GPS能够为土地的调查提供基础数据信息,确定可利用土地和不可利用土地,在土地规划中确定各类用地的未来具体功效,RS能够快速实时的得到土地利用变化信息,GPS能快速准确的找到土地利用变化的具体空间位置,GIS能有效自动的对采集到的数据进行管理,相对于工作量庞大、效率低下、工序繁杂、精度不高、分析困难传统测绘技术而言,新技术的应用解决了相应的难题。在土地规划中,新技术体现了自动实时准确高效的特点,RS得到的图片和结果,准确的反应了土地的信息,GIS的分析处理功能,能够对土地现况进行分析并建立相应的数据库,便于土地规划和土地预测,还可以设计各种应用模型,为完善设计提供技术支持。在土地管理中,传统的方法是当地的用地单位进行上报的登记,使得土地利用的准确程度打了折扣,使用RS,则可以准确快速的查找出相应的位置信息,利用GPS精确定位,可用于核实信息的准确程度,能够有效的实现对于土地的动态监管。
遥感技术在土地调查、动态监测上有着广泛的应用,将利用遥感技术获得的图像进行数字化处理,数据结果可以直接录入相应的数据库中,利用率和效率得到提高,具有精度高、更新速度快、周期短的特点。地理信息系统能够将测绘到的地理信息按空间分布,经过综合分析后以图形、数据的形式反映需要的信息量,把图形和数据完整的结合在一起,实现了一体化,便于土地的规划和管理,具有效率高、科学准确的特征,利于实现土地规划与管理的自动化处理。利用全球定位系统便于进行勘测工作,能够简化传统测绘方式繁复的工作步骤,同时得到的图像和数据结果更为有效和贴近事实。除此之外,测绘的新技术还可以利用在勘探工作中,利用GPS准确定位的功能,计算出三维地理坐标与精度,能够有效提高勘探的效率,具有精度高、效率高、操作便捷的特点,与传统野外勘探方法相比,具有相当大的优越性。还可以将GPS应用于执法监测中,利用测图软件生成野外探测地图,利于发现一些平时难以发觉或难以到达的违法用地区域。
3 测绘新技术的应用前景
测绘的技术随着科技的进步而不断发展,为了不断提高测绘的工作效率和测量的精度,正在往测量一体化、数据处理分析自动化、结果数字化、管理可视化、传播网络化的方向不断发展,可以从国外引进一些关键技术和仪器设施,同时还需要加强测绘工作人员的培训力度,定期开办培训课程和技能操作演练,提高操作人员的理论和实际操作水平,使其能够严格按照操作流程来进行操作。加强基础知识的培训和教育,是操作人员对于测绘理论和测绘技术有一定的了解,在实际操作中能够对仪器出现的小误差和临时突发状况做出相应的措施,鼓励工作人员进行科学研究,进行平行检测试验,其结果应该尽量满足平行检测试验的精度要求。将误差超过标准差的数据进行剔除,从而尽量减少试验中的偶然误差,努力提高监测水平,为土地规划与管理的数据监测提供稳定的科学依据。
4 结束语
随着经济的不断发展,我国面临的资源形势也变得越来越严峻,人口、资源与环境间的矛盾与冲突也越来越严重,所以我们更应该保护和合理利用有限的土地资源,只有准确实时的掌握土地的现状,才能有效保护和合理开发。基础测绘对于国民经济的发展而言是一项具有前期性和公益性质的基础工作,不仅是相关政府部门做出决策和管理的重要根据,也是基于各项工程建设的地理分布和定位的资料信息。随着时代和技术的不断发展,测绘技术也有了不断的更新与丰富,其中测绘新技术又以遥感技术、地理信息系统、全球定位系统为代表,目前正广泛的应用于土地规划和土地管理的领域中,土地规划和土地管理是土地行政主管部门按照土地开发所利用的不同的自然和社会经济的条件、国民发展的需求、基于的历史基础、对现状的分析等,对区域内的土地资源进行规划和管理以及利用的综合性措施。
参考文献:
[1]丁莉东.测绘新技术在土地规划与管理中的应用[J].安徽农业科学,2010(24).
[2]韩小娜.测绘新技术在土地规划与管理中的应用[J].科技传播,2011(22).
[3]晁辉.测绘新技术的应用及前景展望[J].绿色科技,2011,(3).
关键词:岩土勘察工程;地质测绘;意义;探析
中图分类号:P2文献标识码: A 文章编号:
在岩土勘察工程,不仅涉及到了工程学、化学、岩土力学,而且还涉及到了环境学、水文、气象、地质等,所以,极其复杂,而地质测绘技术的应用,有效地降低了工程的难度。因此,对岩土勘察工程地质测绘的意义探析有其必要性。
一、重要性分析
在岩土勘察工程中,地质测绘的主要目的就是为了研究拟建区域的地层、岩性、构造、地貌、水文地质条件及地理地质现象,对工程地质条件予以初步评价,为选址、桥梁隧道位置、选公路路线及勘探方案的布置提供依据。工程地质测绘将测区实地调查搜集的各项地质成果,经过分析整理,按一定比例尺填绘在地理基础底图或地形图上的工作。
地质测绘,简单来讲,就是测量和绘图的统称,在实际工作中,通过自然地貌和人工设施来进行实地或模拟依据规定比例尺要求的测量调查活动。测绘对国家经济建设起到了广泛的作用,如城市规划,土地资源的利用,地质资源勘探等都起到了关键性的作用。
二、岩土勘察工程地质测绘技术的应用
1.GIS技术的应用
目前,在国内外的勘察工程中,GIS技术已经得到了广泛的应用,为工程进行带来了很大的方便。GIS技术是一种综合性的现代化技术,其融数字化测量、一体化测量、扫描矢量化以及数据等各项技术的长处,现结合相应的专业GIS系统,为工程创造出极大的效益。
首先,在岩土勘察工程中,GIS技术的应用,为工程提供了大量的地理信息数据,这些数据不仅详细、科学,而且具有很强的规范性,推进了地质测绘技术的智能化发展。
其次,在岩土勘察工程中,GIS技术的应用,满足了地质测绘的各项标准和要求,实现数据的采集、分析、处理、存储,结合当前的三维可视化技术,在保证其质量的同时,还在很大程度上,增加了数据种类、解决了地质测绘中数据信息量大、处理方法过于复杂的难题。
因此,在地质测绘中,GIS技术的应用,既满足了不仅节省了大量的人力和物力资源,将人们从繁忙的数据工作中解脱出来,投入到工程决策当中,而且,从客观上讲,提高测量的准确度和精度,避免了由于人为造成的失误和误差。
2.遥感技术的应用
随着近年来科学技术的大力发展,卫星技术和电子信息技术取得了飞速发展,在岩土勘察工程中,遥感技术的应用使得地质测绘取得了更大的进步,目前,遥感技术已经成为地质测绘技术发展的标志。与传统形式下的地质测绘技术相比,遥感技术的应用,一方面,扩大了地质测绘的范围,提升了测绘优越的经济性能,另一方面,展现了现有地质测绘的实效性,保证了数据的准确性。
目前,在岩土勘察工程中,遥感技术最为主要的关键技术就是多光谱航空摄影,极大地增强了图像的清晰度和辨析度,为此,需要技术人员加大研究,进行保证为地质测绘带来更大的积极影响。
3.数字化技术的应用
对于传统形势下的岩土勘察工程,工程所用的各类图纸大都是手绘而成,这样,不仅增加了工作量,而且不能够保证图纸的科学性和精确性,进而对工程造成了一定的影响。因此,为了有效解决以上问题,采用了具有高度优越性的数字化技术。
一方面,在地质测绘中,通过地理信息系统和遥感技术所采集到的数据和图像,经过系统和数字化技术的处理,使这些数据成为数字地质图纸,并且结合专业的软件修复,进而就会得到工程所要的地质图纸。
另一方面,地质绘制作为整个岩土勘察工程最为关键也最为突出的技术难题,数字化技术的应用,实现了图纸绘制的自动化修补,同时,结合相关的系统,还可以分析出地质的几何特征以及地质属性和环境属性,构成区域网络,实现数据和资源的共享,所以,这对岩土勘察工程而言,具有更大的促进意义。
三、强化地质测绘技术对策
正如我们所知,岩土勘察工程中的地质测绘,不仅要严格的质量标准,而且对技术要求较高,是一项系统性极强的工作。因此,在地质测绘中,不仅要加强对现代先进技术的应用和推广,而且还要保证工作中,各个单位的之间的协调合作,进而才能达到应有的工作效率和质量。因此,针对目前我国岩土勘察工程地质勘探的现状,提出了以下解决性的对策:
1.培养高技术人才
任何一个行业的发展与人才的培养是密不可分的,因此,在岩土勘察工程中,地质测绘技术要想取得更好的效益和发展,就要加大人才的培养,培养出一批具有知识和能力的新型复合人才,适应当下社会的发展。首先,要以培养具有扎实的测绘基础知识和技能,能在国民经济各部门从事国家基础测绘建设、运载工具导航与管理、城市和工程建设、矿产资源勘查与开发、国土资源调查与管理等测量工程;其次,还要了解现代新型技术,如对地理信息系统的设计、研究和应用的专业技术人才,进行更好地推动我国地质测绘的发展。
2.重视测绘结果的研究和评价
在岩土勘察工程中,主要有用的是克里格法解决地质测绘中测绘部署的问题,并且在测绘的过程中,引进了大量的先进仪器和设备,极大地提高了测绘的可行性和准确性。但是,在岩土勘察工程中,相关人员以及技术人员却并不重视对地质测绘结果的分析和评价工作,进而影响到了测绘技术的发展。 因此,需要勘察人员充分认识到测绘结果评价的重要性,从工程的实际出发,全面分析和评价测绘结果,从中总结经验和不足,同时,在保证各项数据的可靠性和精确性的基础上,加强对新技术的分析和研究,并且有效地应用到地质测绘中,全面推进测绘技术的发展。
充分发挥监理单位的作用
根据相关的调查发现,在我国的岩土勘察工程中,监理单位的作用并没有得到充分发挥,一方面,不仅影响了地质测绘的质量,另一方面,还对工程效率造成了一定的影响,从而影响到整个工程的工作效率和质量。因此,需要充分认识到监理单位的重要性和作用,规范工作的程序,保证每一道工序的有效完成,加强对地质测绘工作的全方位监督。
4.规范工作程序
要想保证工程地质测绘的质量和效益,就必须要规范荛程序。在实际的测绘工作中,其流程一般为实地考察、相关数据、信息的采集及处理、绘制地质图纸、出具地质测绘报告等等,为此,需要严格按照以上工作程序,以现行的标准和规范进行,规范各项操作,进而保证岩土勘察工作的顺利开展。同时,在岩土勘察工程中,要将整个工作分为不同的阶段,由浅入深地分析过程岩土地质的情况,防止测绘工作中的疏忽、遗漏或片面性,使整个岩土勘察工程一步一步逐渐深入地进行,就可以避免在岩土勘察工程中犯重大的、全局性的错误。
总结:
总而言之,近年来,随着现代科学技术发展,地质测绘技术得到更大的发展,而且还有一些新的方法进行正建立、引进和革新过程中,为岩土勘察工程提供了更大的便利,这些先进技术和方法的应用,不仅提高了岩土勘察工程的精度、广度、深度和工作效率,对整个水文地质科学的发展起着极大的推动作用。因此,岩土勘察工程中地质测绘的应用具有深远的影响和意义。
参考文献:
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[2]吴学春,孙衣春,丁建文,吉锋.南水北调东线工程3个疏浚泥堆场踏勘调查及试验[J].水利水电科技进展. 2012(04)
[3].全球卫星定位系统GIS技术测量水库淤积实例探究[J]. 中国水运(下半月). 2012(10)
(一)林业信息化发展的必然要求
人类社会已经进入信息时代,信息化已成为时展的显著特征,成为人们日常生活不可缺少的重要组成部分。国务院高度重视信息化,2006年印发了《20062020年国家信息化发展战略》,指出信息化是当今世界发展的大趋势,是推动经济社会变革的重要力量。大力推进信息化建设,是国家的迫切需要和必然选择。2010年,国务院又颁布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,指明加快培育和发展包括新一代信息技术产业在内的七大战略性新兴产业,明确将新一代信息技术产业培育成国民经济支柱产业之一的发展目标。作为信息技术产业的重要分支,地理信息产业也获得国家的高度重视。2014年,国务院办公厅颁布了《关于促进地理信息产业发展的意见》,同年国家测绘地理信息局制定了《国家地理信息产业发展规划(20142020年)》。
在信息时代的大背景下,林业信息化是林业发展的必然选择,也是现代林业建设的必经之路。2009年,国家林业局制定了《全国林业信息化建设纲要(20082020年)》和《全国林业信息化建设技术指南(20082020年)》,这标志着中国林业信息化建设进入到全面发展的阶段。
(二)林学专业发展的需要
以信息技术为重要手段的林业信息化建设的快速推进,实现了林业从传统林业数字林业智慧林业的发展过程。林业领域的发展变化,带动了林学专业的发展变化,目前林学专业发展比较突出的领域是生物技术和信息技术2个方向,3S技术及其相关技术,是信息技术新发展方向的集中体现。而林学专业的发展和改革,要求教学体系的重新构建和与时俱进,以满足当代林业信息化对人才的需求。全国各大农林类高校的林学本科专业教学计划中(依据各大高校官网的最新介绍),绝大部分农林高校开设了3S技术类课程。一部分高校,如北京林业大学、南京林业大学、西北农林科技大学、西南林业大学、中南林业科技大学等,将3S技术类课程按必修课程设置,将其归为核心课、基础课;其他高校,如东北林业大学,按选修课程设置。3S技术支撑着林业信息化的建设和发展,3S技术类课程承担着为林业培养参与现代林业建设并推动其向前进一步发展的人才重任,使得3S技术类课程在林学专业教学计划中的地位不断加强。
二、林学本科专业3S技术类课程设置的原则
(一)依托林学专业,突出林业特色
3S技术类课程设置在林学专业中,其课程的内容应紧紧围绕林业,突出林业特色。课程的命名应当简单、明了,能够突出课程的教学内容和教学特色。
(二)课程性质定位于必修课
3S技术类课程在林学专业中,有定位于基础课程的,如山东农业大学;有定位于专业基础课程的,如南京林业大学;有定位于专业选修课程的,如东北林业大学;有定位于专业核心课的,如西南林业大学等。不同的定位决定了课程的教学内容、学时数,同时不同的定位也确定了课程在林学专业课程体系中所处的地位及其对专业的贡献度。3S技术类课程在专业中的定位,主要取决于林业的发展现状和发展方向。目前,我国林业已进入信息化建设全面加快发展的新阶段,林业现代化是发展目标,所以3S技术类课程必须定位为必修课,而选修课仅仅适合于林业信息化发展的初始阶段。
(三)按1门课程设置,兼顾3个S的内容
目前,大多数高校林学专业的3S技术类课程设置为一门课程,但是也有一部分高校设置为2门课程的,如南京林业大学开设有专业基础课地理信息系统和专业基础选修课林业遥感。就课程设置而言,3S技术类课程可以设置为3门课程、2门课程、1门课程3种情况。若设置为3门、2门等多门课程,在实际教学过程中,每门课程均完成各自的理论和实践教学任务,致使各门课程之间缺乏相互配合、共同协作、有机集成。因此,笔者认为林学专业,应该按一门综合课程来设置。另外,3S技术类课程与林学专业骨干课程紧密联系,在林业生产中涉及的领域比较多,可见3S技术中的每个S对林学专业的学生来说均需要学习。3S技术中的3个S,虽然各有自己的专属功能,但这些功能又紧密联系、相互渗透,以一定的方式方法集成在一起,形成新的有机体,所以应该按1门课程来设置,且3个S内容缺一不可。
对于林学专业,3S技术类课程设置为1门课程,那么3个S的协调则成为关键。3个S是怎么协调的,是平等对待,还是有所侧重。平等对待,3个S设置成1门课程,则表现为课堂教学上的平等对待。有所侧重,可归纳为2种情况:一是3个S都存在,从具体课堂教学方面侧重;二是舍弃其中的一个S,把舍弃的S放在其他课程中讲述,重点讲授其他2个S,河南农业大学林学院就属于这种情况。
三、林学本科专业3S技术类课程设置的模式
在林学专业课程体系中,有很多课程既有联系又有区别。课程联系在于均为林学专业的相关知识和技能,课程区别在于课程之间的知识和技能不重复。由于各农林院校教学体系的构建不尽相同,所以3S技术类课程的设置模式各异,致使课程名称和教学内容多样化。
(一)森林经理学(含GPS)+林业遥感与地理信息系统模式
森林经理学课程是林学专业的核心、骨干课程,课程内容主要是森林资源区划、调查、分析、评价、经营和管理等。而在森林资源区划、调查等教学内容中要使用GPS工具辅助林场界、林班界的区划,固定样地的定位、查找复位,进行小班调绘,求面积等。因此,它具备把GPS的知识融入到森林经理学课程中学习的条件。另外,虽然GPS的理论知识比较深奥,但基础知识比较简单;GPS的功能比较单一,只是定位和导航;GPS工具的操作和使用比较简单,容易上手,特别是手持类型的工具,因此完全可以把GPS的知识放入到森林经理学课程中进行学习。剩下RS和GIS的知识,在林学专业中则把课程命名为林业遥感与地理信息系统比较合理。林业遥感与地理信息系统课程讲述RS、GIS的基础知识、原理和技能,遥感图像解译,GIS空间分析,专题图制作等知识点在林业上的应用,以及RS和GIS集成模式在林业上的应用。
(二)测量学(含GPS)+林业遥感与地理信息系统模式
在林学专业中,对于测量学课程的开设情况分为3种。一是将测量学课程设为专业基础课,这种情况居多,如南京林业大学;二是将测量学课程设为选修课,如东北林业大学;三是不设测量学课程,如中南林业科技大学。测量学课程的核心内容是研究如何测定空间点的位置,而GPS的功能主要是定位,定位即是确定地面点的位置和高程。因此,完全可以把GPS的知识放入到测量学课程中学习。目前可选择的测量学教材,绝大多数包含GPS的章节,为GPS知识放入测量学课程中学习提供了条件。同样,将3S技术类课程命名为林业遥感与地理信息系统也比较合理。这种模式只适用于开设有测量学课程的课程体系。
(三)林业GIS模式
GPS的主要功能是获取位置信息,属于数据采集的一种方式。遥感影像是林业上常用的一种数据源,遥感数据的分析、处理和解译需要遥感技术RS,所以遥感技术也属于一种数据采集的方式。GIS由数据的采集、处理、输出3大组成部分,而GPS和RS都可作为数据采集的一种方式,所以广义的GIS就把GPS和RS认为是自己数据采集的组成部分,因此3S技术类课程就被设置为林业GIS课程。虽然这种设置很少见,但笔者认为也是一种合理的命名和设置模式。林业GIS课程主要讲授广义GIS的数据采集、处理、输出内容,而GPS和RS只作为GIS数据采集的方式存在,因此教学内容侧重于GIS。
(四)林业3S技术模式
3S技术(福建农林大学设置)、3S技术概论(东北林业大学)、3S技术及其应用(山东农业大学)、林业3S技术(西北农林科技大学)等都是3S技术类课程常用的名字。这些名字的共性体现在2个关键词上,一是3S;二是在林学专业开设,其突出特色是林业,所以命名为林业3S技术比较科学合理。林业3S技术课程的重点在于3个S怎么合理安排的问题,是平等安排,还是有所侧重。平等安排,表示3个S是平等关系,包括课时数上的平等和知识内容上的平等2种情况。课时数上的平等,是指3个S在课时上的分配一样,授课教师要按课时数合理安排知识内容;知识内容上的平等,是指3个S的知识深度一致,据此来合理安排教学内容和学时。3个S都存在,但要有所侧重,可以从增加课时数量、提升授课内容的知识深度等方面侧重,也可以根据3个S在林业中的应用、林业对3S技术的具体需求等方面进行侧重。林业3S技术课程主要学习GIS、RS、GPS方面的理论知识和实践技能以及3个S集成的理论知识和模式在林业上的应用。
四、林学本科专业3S技术类课程的教学模式
由于农林高校3S技术类课程的命名不同、课程定位不同、课程设置模式不同、教学的深度和侧重点不同,所以3S技术类课程的教学方式也不同,主要有下面3种教学方式。①课程理论知识授课模式,代表高校为山东农业大学;②课程理论+课程实验模式,代表高校为东北林业大学;③课程理论+课程实验+综合实习模式,代表高校为西南林业大学。3S技术类课程属于技术类课程,授课方式应该遵循技术类课程的经典讲授方式,即概念原理方法应用的逻辑顺序进行授课。对于任何一门课程,首先讲授的都应该是基本概念、理论,在清楚基本概念、理论的基础上,讲授技术方法,然后是技术方法的应用。因此依据课程的特性,笔者认为3S技术类课程合理的教学方式为2种:课程理论+课程实验课程理论+课程实验+综合实习模式。
(一)课程理论+课程实验教学模式
该教学方式适用于基础课程、专业基础课程等。它要求学生掌握基本知识、理论、技能,学习3S技术在林业中的各种应用。为了保证教学质量,教师在讲授理论知识的同时,必须进行课程实验,用实验验证理论知识。这种教学方式不仅提高了学生理论知识水平,而且使学生感受到课程的技术性,使学生学会用专业工具和软件解决林业领域中的各种工程技术问题。
(二)课程理论+课程实验+综合实习教学模式
关键词 项目教学法 实习实践 教学方法 海洋遥感
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
十报告首次明确提出“提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略部署,海洋强国目标的确定对于我国今后的发展具有重大积极的意义。同时,海洋能源资源的开发与利用、海洋与全球变化研究、海洋环境与生态研究等是人类维持自身的生存与发展,拓展生存空间的最为切实可行的途径。海洋开发需要获取大范围、精确的海洋环境数据,需要进行海底勘探、取样、水下施工等,需要一系列的海洋开发支撑技术,如海水淡化、深海探测、深潜、海洋导航、海洋遥感等。其中,海洋遥感以其全天时、全天候、大面积、同步、连续观测等工作优势,已成为海洋技术中不可或缺的重要组成部分。①②③④因此,为培养适应国家海洋战略需求的海洋技术专业本科人才,海洋遥感是不可或缺的专业基础课程之一。
国内多所高校开设海洋技术本科专业,并设置海洋遥感课程,为本科生讲解海洋遥感方面的知识。传统的海洋遥感教学多以课堂教学为主,通过老师的课堂讲解,对海洋遥感的基本理论、技术体系、应用领域等内容进行逐一梳理,传授给学生相关知识。虽然传统课堂教学方式可以从整体对海洋遥感知识体系进行把握和讲解,对学生知识结构框架的搭建具有一定效果,但仍然存在着一定的不足和缺陷。例如,对深奥费解的相关理论等内容进行直接的讲解,很难让学生真正有所理解,即使当时理解,印象不深刻,也很容易遗忘,达不到较好的教学效果。因此,需要对海洋遥感课程教学进行不断的创新和改革,以实现更好的教学效果和目标。近些年来,笔者一直从事海洋遥感课程的教学和相关科研工作,对于该课程教学改革进行过一些探索和实践,总结出一些看法和心得体会。
1 海洋遥感课程教学内容的改革
海洋遥感教学的主要目标是培养和提高学生利用遥感技术在海洋领域中的应用水平,而课程教学内容是直接影响教学质量和达到培养目标的重要依托和载体,所以通过合理安排和优化教学内容至关重要。同时,海洋遥感教学需适应国家战略社会需求,将专业教育和实践相结合,重视素质教育,摈弃传统的灌输式教学法,实行知识、能力、素质并重的人才培养模式。
此外,需注意到海洋遥感学科自身的特点。由于其是涉及数学、物理学、地理学、海洋学、遥感科学、计算机科学、传感器技术等领域的综合性极强的学科,而往往受课时安排限制,很难进行较为全面的授课,所以需要格外重视突出重点、主次分明、取舍有序,对教学内容进行合理设置。
根据这些目标和需求,笔者在多年的教学实践中,总结了针对该门课程教学内容的改革主要如下:
(1)考虑到海洋技术专业的学生对遥感背景知识的缺乏,增加2个课时介绍遥感基本概念、理论、技术系统等方面的内容,特别重点介绍电磁波基础理论知识;
(2)系统介绍海洋卫星传感器遥感平台特点、类别、技术参数和主要用途,重点选择代表性海洋卫星传感器数据进行讲解,着重介绍卫星数据的光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率、时间分辨率等特征;
(3)介绍反射波段和发射波段的电磁波与海水相互作用机制,重点讲解水-气辐射传输模型、海洋水体波谱特征、水体固有和表观光学特性等教学内容;
(4)重点讲解海洋水色遥感机理、大气校正算法、水体固有光学量遥感反演算法、水体组分浓度遥感反演算法;结合具体实例,重点讲解水色卫星遥感数据处理基本流程、讲解水色遥感数据处理软件的相关操作步骤,并对水色遥感系列产品进行介绍;
(5)重点v解海洋温度遥感机理、海水温度遥感反演算法、讲解不同探测方式获取的海温产品之间的差异性;结合具体实例,重点讲解海水温度卫星遥感数据处理基本流程;
(6)重点讲解海面风场和海洋表面动力地形遥感机理,介绍微波散射计和SAR反演海表风场的遥感原理和算法步骤,讲解卫星高度计测高原理,介绍卫星测量有效波高的原理方法;结合具体实例,讲解卫星遥感在海洋风场和动力环境观测中的应用。
通过对课程教学内容的改革,会使学生对这门课程的知识结构系统在整体上有所了解和掌握,同时使学生对重点知识有更为深刻的理解。通过海洋遥感原理、反演算法、数据产品、实例等一系列教学内容环节的设计,将原本零散的知识内容串联在一起,使学生更加有效加深对所学知识的理解,获得较好的教学效果。
2 海洋遥感课程教学方法的改革
除对教学内容改革之外,在海洋遥感课程教学方法层面也需要进行相应的改革,笔者在平时的教学实践中,开展一些探索,主要包括以下方面:
2.1加强项目教学法的应用
项目教学法是一种以项目为核心的切实有效的教学方法,是将教学过程与具体的项目任务充分融为一体,围绕具体项目构建教学内容体系,组织实施教学。该方法追求的目标不再是把教师掌握的现成知识技能传递给学生,而是在教师的指导下,让学生自己主动寻找完成项目任务的方法途径,在这个过程中,学生锻炼并提高了各种能力,自然而然地就学习到了相关知识。
在项目教学法的实施过程中,学生所进行的研究专题必须是项目主题明确,任务结构思路清晰,并与实际生产过程密切相关,能解决实际生产中的具体问题。为学生所设定的项目任务要以教学内容为依托,选择适当的生产实践内容为主题,在充分包含基本教学知识点的基础上,增强对各知识点之间联系的展示,使得学生在完成项目任务的过程中,加深对理论知识的理解,牢固把握各知识点之间的联系。
对于选择的项目任务,其能把理论知识和实践技能紧密结合在一起。一方面,这可以将单调枯燥的理论知识变得鲜活有趣;另一方面,又可以使得略显机械的技能操作得到了理论支撑,夯实了学生的理论知识。在项目教学法的实施过程中,教师通常会要求学生在一定的时间内完成某一项目任务。在规定的时间内,学生成为任务解决的主导者,这会给学生提供更大的独立思考空间,自主学习、积极探索就成为学生学习的内在动力。在这种反复训练的过程中,学生自主学习的积极性就得到了很大程度的强化。
项目教学法更注重学生学习过程以及学生在学习过程中的体验、感受和启发。学生通过查找资料、野外调查、实验操作、分析整理、结果验证及评价等工作,可以获得直接体验和感受,了解生产实践过程的一般流程及方法。
项目教学法主要包括以下几个步骤:(1)合理将教学的内容设置成项目任务;(2)将项目任务分解成多个子任务,每项子任务中蕴含教学内容中的各知识点;(3)制定并实施项目教学计划;(4)对项目教学成果进行评价。这里以海洋遥感中水体组分浓度地面遥感建模教学内容为例,介绍项目教学法的使用。根据相应教学内容,先设定好教学项目名称、项目内容、项目目标、项目实施过程,并制定实施计划表格,具体如表1所示:
表1 项目教学法实施计划表
各子项目内容环环相扣、层层递进,在预先规定好时间节点的基础上,按照实施计划执行项目教学过程,每完成一个子项目,需让学生保存备份相应的结果资料,以便用于后续的成果评估过程。
在完成一个教学项目之后,要求每位学生提交项目的所有成果。教师在批阅每位学生的成果之后给出成绩,并做必要的成绩展示。对于成绩优秀的学生,需给予表扬,但要注意引入竞争机制,尽量避免只表扬一位或一组同学,应选出至少两位或两组同学加以表扬,以免学生产生自我满足感而影响后续学习。对于成绩落后的学生,应在提出问题和不足的同时,以鼓励为主,增强其后续学习的信心。
除教师单方面的成果评价之外,需开展学生自评和学生互评。教师可以根据时间安排,组织一个项目成果讨论交流会。一方面,给学生介绍自己成果的机会,要求其不但将自己的方法、技巧、收获、心得体会说出来,又要将遇到的问题困惑说出来。其他同学可以随机发言,提出解决方法,这样可以发挥集体的智慧,帮助大家共同进步。另一方面,增加学生相互学习的机会,使得学生在分析他人项目成果的过程中做到取长补短,在给他人提出有益建议的同时,自己也能取其精华,去其糟粕。
2.2增强学生实践动手能力的培养
针对海洋遥感课程而言,其实验性与理论性并重,实验教学对海洋遥感课程教学,特别是针对海洋技术专业的学生而言,具有积极重要的意义,有助于培养学生的实践动手能力。⑤实验教学需有针对性,在结合相应理论基础知识讲授的基础上,带领学生参加各种科研实践活动。在这些活动中,使学生更能深入理解基本概念、原理方法、y量步骤和现实应用。为更好地提升实验教学效果,需从以下方面开展工作:
(1)加强海洋遥感相关仪器设备的购置和实验室的改造。例如,便携式野外光谱仪、水体剖面光谱仪、水体吸收衰减测量仪、水体后向散射测量仪、水体颗粒物粒径分析仪、紫外-可见分光光度计、水体荧光测量仪、波浪骑士浮标、地波雷达等仪器设备的准备,并购置相应的海洋遥感软件系统,如HYDROLIGHT、SeaDAS、ENVI等,还有用于处理海量遥感数据的大型服务器系统等。
(2)增加一定学时的实习课,提高其在总学时中的比重,建议实习课时的占比以2/5为宜。一方面注重加强对基本的仪器操作实验技能的培训,另一方面注意增强学生综合实验能力的培养。例如,在讲解到水体光谱反射观测时,教师设计好实验目标、实验内容、实验方案等,在对主要步骤进行教学演示之后,需留更多的时间给学生,让学生完成仪器的安装和调试,最终实现一定数量的光谱数据的搜集。最后,通过总结交流,对实验实习课的结果进行分析,提升学生对该教学内容的掌握和理解程度。
(3)加强野外调查实训,积极与涉海相关部门开展联系(如江苏省海洋环境监测预报中心等),设立实习实践基地。借助于海洋观测平台站,开展现场实践调查,利用现有海洋观测仪器设备,进行实地观测,了解调查区域的海洋要素特征,分析数据撰写相关实践报告。
2.3 对已讲授的课程内容设置定期回溯测验机制
鉴于海洋遥感知识内容的庞杂性,对于已讲授过的知识内容,学生会容易遗忘。因此为了增强学生对知识的掌握程度,设置定期回溯测验机制。教师需制定详细的回溯测验时间进度表,如一个学期之中可采取“三轮”回溯测验。具体实施过程可以学生为主导,教师起监督作用即可。例如,可以将学生分成几个学习小组,每个小组5人左右,进行角色互换。针对以往讲授的内容,一部分小组的同学以“教师”的身份出测验题目,另一份小组的同学口头回答,并提交纸质答案,最后由出题小组进行打分、解答和点评。通过丰富多样的教学活动,可以充分激发学生的学习兴趣,学生在参与这些活动的过程中,潜移默化地对所学内容有了更加深入的掌握和理解,会取得理想的教学效果。
3 结语
针对海洋遥感课程的特点,笔者结合多年实践教学经验,提出了课程教学改革,包括教学内容和教学方法上的改革。实践证明,所采用的海洋遥感课程教学改革方法是成功的,不仅取得了较好的教学效果,提升了教学质量,同时还增强了学生对海洋遥感的学习兴趣,加深学生对知识的理解程度,拓宽了视野。
注释
① 蒋兴伟.海洋遥感导论[M].海洋出版社,2008.
② 刘玉光.卫星海洋学[M].高等教育出版社,2009.
③ 孙家柄. 遥感原理与应用 [M].武汉:武汉大学出版社,2009.
关键词: 生态环境规划课程 实践教学 问题 对策
1.引言
资源环境与城乡规划管理专业是一个技术性与实用性很强的专业[1],生态环境规划作为该专业的主干课程,培养学生的实践能力显得非常重要。目前,多数院校该专业开设的生态环境规划课程多偏向理论分析,导致学生实践能力不强,影响学生就业率的提高。我们通过调查发现生态环境规划课程实践教学中存在的主要问题表现在以下几个方面:(1)实践教学目标不明确;(2)不注重与本课程有关课程的衔接;(3)现有的实践教学条件不能保证实践教学效果;(4)部分院校该课程主讲教师的能力有待提高。对此,我们提出了解决以上问题的对策。
2.制定合适的教学目标并优化教学内容
合适的教学目标是保证学生实践能力提高的前提。首先,各个学校应根据自己学校、学院和学科的资源和人才优势,突出所办专业的专业方向和特色,制定资源环境与城乡规划管理专业的培养目标。其次,根据专业培养目标制定生态环境规划课程的教学目标。最后,通过调查生态环境规划课程实践教学效果,及时完善该课程的教学目标。通过调查用人单位对学生实践能力的要求及学生就业后所需的实践技能,我们认为该课程的实践教学目标至少应达到以下目标:通过生态环境规划课程的学习,学生应具备从事编制《环境规划》、《生态市(县)建设规划》、《土地利用总体规划》等方面工作的能力。
在制定合适的教学目标后,要进行教学内容优化。生态环境规划教学主要内容包括:环境调查与评价、环境预测、环境区划、环境目标、环境规划设计、环境规划方案选择、实施环境规划的支持与保证等。教学内容优化应结合课程特点和实践要求,优化设计理论教学内容与实践教学内容。课程内容既要满足规划知识和理论的方面需要,又要满足实践教学环节的需要。因此,课程教学内容需要注重将基础知识与技能传授给学生,强化学生能力培养,突出针对性、实用性、整体性等特点,从而为培养拥有扎实的理论基础与实践创新能力的新型人才打下坚实的基础。
为保证实践教学效果,应加强以下几方面的实践。
(1)课程基础实践。如自然地理学方面各种课程实验、自然地理学野外综合实习、测量与地图学实验、遥感技术应用实验、环境学概论实验和环境化学实验等。
(2)课程认知实践。如生态环境现状调查等。
(3)课程技术实践。主要包括以AutoCAD、Photoshop等软件教学为主的计算机辅助制图实验。
(4)综合应用实践。如编制《环境规划》、《生态市(县)建设规划》、《土地利用总体规划》等。
另外,鼓励和吸收学生参加教师的科研项目。如:信阳师范学院资源环境与城乡规划管理专业学生分别参与《信阳市环境规划》与《信阳市土地利用总体规划》的编制。
3.注重与本课程有关的基础课程的衔接
由于生态环境规划课程涉及到的知识和内容较多,如环境、生态、经济、统计、数学、信息系统、计算机等,因此,在开设生态环境规划课程之前,学生应学过《高等数学》、《线性代数》、《环境学概论》、《环境监测》、《环境化学》、《环境质量评价》、《遥感概论》、《自然地理学》、《计算机制图》(如AutoCAD、Photoshop、MAPGIS等软件应用)等课程,并且具备相应的实践能力。目前,有些院校上述课程没有开出,就直接开设生态环境规划课程,必定会影响学生实践能力的提高。上述部分课程在生态环境课程中作用如表1所示。
4.加强实习场所的建设
本课程实践性较强,要求学生在学习中不断地参与实践,在实践中理解理论原理、学习解决实际问题的能力。通过调查发现部分高校现有实习基地(主要指实验室与实习单位)明显不足,不利于学生实践能力的提高。
实习基地建设是实践教学的前提,实习基地的条件直接影响教学质量。本课程应具备满足实践教学需要的校内外实践实习基地,为该课程的实践实习和生产、科研提供保障,并为当地企事业提供服务。在实践教学中逐步实现实践教学硬件设备、场所的多功能化、规范化,专业理论教学与实践教学最大限度地有机结合,实现讲、演、练、教、学、一体化。
校内实习基地建设应与学科建设、专业实验室建设结合起来。校外基地是学生实习的主要场所。校外实习基地建设强调教学、科研、生产相结合,建立双方平等、互利的合作关系,调动协作单位参与实习教学的积极性和热情。学院可与多个科研单位或企业联合共同建立实习教学基地。企业参与培养学生的教育过程,学生参加企业的生产、科研等活动;学校与企业联合制定实习教学计划,联合指导实习教学,联合考查实习质量。
目前,信阳师范学院资源环境与城乡规划管理专业的校内实习基地有:城乡规划实验室、环境分析实验室、地理信息系统实验室、地图遥感实验室、标本模型陈列室等[2]。与生态环境规划课程有关的校外实习基地建设及使用情况见表2。校内外实践实习基地的建设在提高学生综合素质和培养学生实践能力方面发挥了积极作用。
5.加强师资队伍建设
生态环境规划课程具有综合性、实践性、边缘性和创新性等特点[3]。师资队伍对人才培养的质量至关重要,高素质的师资队伍是培养高素质人才的重要条件之一。通过调查发现部分高校该专业与该课程师资明显不足,如知识结构不合理、职称和学历结构不合理、学术梯队不合理、学缘结构不合理,甚至年龄结构也不合理。这些因素将影响学生实践能力的提高。因此,专业教师应根据社会需要,提高自身各方面的能力与素养,可以通过国内构建的专业交流平台或者到国外大学进修学习,加快知识体系的拓展和更新,为保证教学质量打下必要的基础。
参考文献:
[1]国家教育部高教司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍[M].北京:高教出版社,1998.
[2]苏华,王义民,余斌.地理科学实践教学保障体系的创新模式研究[J].实验室科学,2008,(6):32-34.
[3]吴云清,张莉.资源环境与城乡规划管理专业创新立体化模式的思考[J].地理教育2006,(7):73-74.
基金项目:信阳师范学院青年骨干教师资助计划与河南教科所项目(2009-JKGHAG-0647)。
关键词:物联网;高职;建设思路;课程体系
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)35-8464-02
2009年8月7日,国务院总理来到中科院无锡高新传感网工程技术研发中心考察并发表重要讲话后,“物联网”这一概念在中国迅速走红。各地相继成立了各种与物联网有关的组织,目前在中国,物联网已经被提升到国家战略。
物联网是通过RFID、无线传感器、GPS等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行通讯和信息交换,以实现智能化识别、监控、定位、管理的一种网络。简单地说,物联网是指把世界上所有的物体都联接到互联网上,形成“物联网”。
1 物联网技术
目前,物联网公认为有三个层次,最底层是感知层,这里的感知主要就是指系统信息的采集,包括把物品通过射频识别(RFID)、一维、二维条码、传感器、红外感应器、GPS等信息传感装置自动采集到与物品相关的信息;第二层是网络层,它是物联网的网络传输平台,建立在现有的移动通讯网、互联网和其他专网的基础上,将从底层获取的数据传输出去;最上面则是应用层,将所获得的数据进行分析、处理,完成物联网的“收集―传输―处理”三个步骤。
2 专业方向与课程体系
从技术上来分析,物联网所涉及的核心技术有传感器技术、RFID技术、无线网络技术、云计算技术等, 这些技术覆盖面广,从专业建设的角度来说不可能全部涉及,要有专业的定位。从物联网的主要应用来看物联网专业至少可以有以下几个方向:
2.1物联网工程方向
1)培养目标:面向物联网产业,服务区域与地方经济发展,培养具有扎实的专业理论基础知识、较强的实践能力、良好的团队协作能力,具有可持续发展能力与创新精神,掌握物联网基本知识和基本原理,具备物联网组建、管理、维护、应用,物联网设备营销与技术支持等能力的高素质技能型人才。
2)专业核心能力:物联网组网方案拟定及物联网组建能力;物联网工程施工组织及实施能力;网络设备配置与调试能力;物联网管理与维护及保障网络系统安全运行的能力;网络系统运行维护(监控、故障排除、网络系统优化和升级)能力;物联网应用能力;物联网应用系统管理与维护能力;物联网设备营销与技术支持能力。
3)主干课程:物联网技术导论、网页设计与制作、电子技术、数据库设计、嵌入式技术、编程与应用、综合布线、C#程序设计等
4)核心课程:传感器与无线传感器网络技术、RFID技术、短距离无线数据通信、网络设备配置调试与管理、物联网规划与组建等。
2.2 智能建筑方向
1)培养目标:面向智能建筑楼宇智能化产业,服务地方经济发展,培养具有智能建筑楼宇智能化必备的专业理论知识,良好的团队协作和创新精神,较强实践操作技能,掌握楼宇智能化产品营销运作、楼宇智能化设备的生产与维修、楼宇智能工程的设计与施工等方面技术,具备楼宇智能工程行业生产、服务、技术、管理等职业能力的高素质技能型人才。
2)专业核心能力:智能建筑及小区物业设备管理能力;智能建筑行业电气方面的安装、施工、管理和监理能力;建筑智能产品的生产、销售及售后服务能力;建筑智能系统的调试、维护维修、设备更新能力;建筑智能化系统相关产品研制开发的能力等。
3)主干课程:电子电路技术、楼宇自动化技术、AutoCAD工程制图、现代空调制冷与测控技术、建筑楼宇节能过程控制技术、PLC编程技术、综合安防监控技术等。
4)核心课程:物联网技术导论、RFID技术与高频技术、传感器与无线传感器网络技术、智能楼宇组态软件设计与应用、网络设备配置调试与管理、云语言信息技术、网络通信技术等
2.3车联网方向
1)培养目标:面向汽车行业,培养具有扎实的专业理论基础知识、较强的实践能力、良好的团队协作能力,具有可持续发展能力与创新精神,掌握车联网基本知识和基本原理,具备车联网组建、管理、维护、应用,车联网设备营销与技术支持等能力的高素质技能型人才。
2)专业核心能力:车联网系统管理能力;卫星定位系统应用能力;信号收集与利用能力,车联网系统配置能力;车联网系统监管处理能力;网络设备配置与调试能力。
3)主干课程:网络通信技术、车载技术、交通导航与信息服务、蓝牙技术、智能轨道交通管理、无线网络技术、微波技术等。
4)核心课程:M2M技术应用、RFID技术与高频技术、传感器与无线传感器网络技术、GPS定位技术/北斗定位技术、网络设备配置调试与管理、云语言信息技术、短距离无线通信技术、3G移动通信技术等。
2.4智能农业方向
1)培养目标:面向农业生产单位培养具有扎实的智能农业管理专业理论基础知识、较强的实践能力、良好的团队协作能力,具有创新能力和奉献精神,掌握智能农业管理基本知识和基本原理,具备农业生产经营管理、农业信息获取及处理、农业专家系统、农业系统模拟、农业决策支持系统、农业物联网网络技术等能力的高素质技能型人才。
2)专业核心能力:信息存储和处理能力、通讯系统应用能力、WSN网络应用能力、地理信息系统GIS应用能力、全球定位系统GPS应用能力,遥感技术应用能力等。
3)主干课程:精准农业管理、地理地质信息应用技术、生态环境监测与治理、设施农业智能化管理、精细化农业管理、种子储藏加工与种子管理、WSN现代农业应用、灌溉技术等。
4)核心课程:物联网技术导论、RFID技术与高频技术、传感器与无线传感器网络技术、无线网络技术、网络设备配置调试与管理、短距离无线通信技术、3G移动通信技术等。
3 总结
物联网专业的方向与课程体系的建设要依靠区域的物联网产业,这样才能为专业发展提供行业背景支撑,区域经济发展建设,同样也需要大量物联网人才支持。一个专业的建设与发展,需要很多硬件或软件的条件,只有因地制宜,与时俱进,制定出合理的专业方向和课程体系才能培养出更多的物联网高素质技能型人才。
参考文献: