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“极地遥感”教学探索与实践

来源:教育教学论坛     2019-11-8 14:14:36      点击:
“极地遥感”教学探索与实践
刘婷婷1高柯夫2* 周春霞1   
1.武汉大学中国南极测绘研究中心,湖北武汉,430079
2.武汉大学卫星导航定位技术研究中心,湖北武汉,430079
摘要:“极地遥感”是极地研究领域的一门重要课程。通过该课程的教学和实践,学生能够全面了解极地,了解极地遥感研究的内容和原理,掌握利用遥感手段解决极地问题的方法。本文通过介绍极地遥感课程设置背景,探讨课程的教学内容、教学方式和考核方式,为“极地遥感”课程教学提供具有实践性的方案。
关键词:极地;遥感;教学探索    教育教学论坛
Exploration and Practice of "Polar Remote Sensing" Teaching
Liutingting,gaokefu,zhouchunxia
1.China Antarctic Surveying and Mapping Research Center, Wuhan University,Wuhan, Hubei,China,430079
2.Research Center of Satellite Navigation and Positioning Technology,Wuhan University,Wuhan,Hubei 430079,China
Abstract: Polar Polar Sensing is an important course in the field of polar research. Through the teaching and practice of the course,students can fully understand the polar regions,understand the content and principles of polar remote sensing research,and master the methods of using remote sensing to solve polar problems. This paper introduces the background of polar remote sensing curriculum,explores the teaching content,teaching methods and assessment methods of the course, and provides practical solutions for the teaching of "polar remote sensing".
Key words:polar;remote sensing;teaching exploration
随着极地重要地位的凸显,培养极地专业人才成为重要环节。极地遥感是建立在传统遥感原理与应用、数字图像处理、微波遥感、海洋遥感等学科基础上的一门面向极地(南北极)的综合性学科,并随着摄影测量与遥感学科的发展而不断拓展。
1课程设置背景
南极和北极是地球系统的特殊子系统[1]。它们位于地球的最南端和最北端;它们同属地球上最冷的区域,但成因各异;它们是受人类活动影响最少的区域;是典型的生态脆弱区。通过南北极之间的对比和耦合研究,对于理解地球系统的环境、生态、演化等内在规律具有重要意义。国际上已发起多项针对南北极的计划,如2014年的“地平线扫描计划”总结出未来20年极地研究重点发展方向。目前,已有40多个国家在南极和北极建立了100多个科学考察站,通过多种方式(站点考察、航空考察等)对南北极开展了多学科研究,取得了卓越的成果。南北极地缘辽阔,仅利用现场考察的方式无法实现全南极或全北极的监测。卫星遥感技术的发展为大范围、多分辨率、同步、周期性、长期观测南北极的变化提供了可能,获取了单纯使用现场手段无法获取的重要信息,成为现阶段极区监测的主要手段。依托武汉大学测绘、遥感和信息技术的学科优势,在培养面向极地领域的专业人才时,需要在研究生中开设极地遥感课程,引导学生瞄准极地遥感研究前沿.[2]。
2“极地遥感”课程的教学探索
2.1教学内容的探讨
本课程的开设主要包括两个目标[3]:1)介绍极地遥感的基础知识和基本技术手段,带领研究生进入极地研究领域;2)介绍最新遥感卫星数据、技术手段和研究方法及其在极地的应用,以及最新的极地遥感研究内容,引导学生瞄准极地遥感研究前沿。由于极地遥感并没有公开的标准教材,因此需对本课程的教学内容进行全方位组织,具体的教学内容如下:
表1课程教学内容
编号 主题 教学内容
1 概论 南北极介绍,极地遥感基本概念、术语等,极地遥感的研究内容和热点方向,本课程的教学安排。
2 冰盖和冰架1 极地冰盖和冰架研究的科学意义,现场观测方法,遥感观测方法与应用
3 冰盖和冰架2 基于SAR数据、光学数据的极地冰川流速研究方法与应用
4 冰盖和冰架3 基于测高卫星数据的冰盖高程变化研究方法与应用
5 冰盖和冰架4 基于GRACE卫星的冰盖物质平衡研究方法与应用
6 冰盖和冰架5 基于多源遥感数据的冰架稳定性研究(接地线、冰架崩解、冰架)方法与应用
7 冰盖和冰架5 格陵兰冰面水文研究方法与应用
8 海冰1 极地海冰研究的科学意义,现场观测方法、遥感观测方法与应用
9 海冰2 海冰的物理特性
10 海冰3 海冰参数反演方法与应用(海冰密集度、海冰厚度等)
11 海冰4 海冰参数反演方法与应用(冰间湖、冰间水道、海冰表面温度等)
12 海冰5 基于遥感数据的海冰时序变化研究
2.2教学方式的探讨
通过极地遥感的全方位简单介绍和重点研究内容的详细说明,让学生充分掌握该课程的核心知识点,是本课程课堂授课的最终目标,如何选择课堂教学方法是实现这一目标的关键。
2.2.1多媒体教学
采用多媒体教学与传统教学相结合的方式,充分发挥多媒体的优势,利用图像、视频演示等代替部分板书演示,使得教学更形象生动。例如,介绍冰川流速获取方法时,可展示历次南极考察标志杆设立的状态和利用GPS采集标志杆位移信息的情况等;介绍利用南极航空地球物理手段观测冰盖物质平衡时,可通过图片和视频等形式介绍固定翼飞机上航空重力仪、GPS、冰雷达等设备的布设、操作和数据情况及其应用等;介绍海冰物理特性时候,可通图片等形式介绍北极海冰现场考察时海冰样品的采集、浮冰上多种海冰参数获取的方法和获得的数据等。
2.2.2对比式教学
对比式教学即对解决同一问题的不同方法进行比较,通过分析不同方法的异同点,加深学生对方法的理解。例如,可以比较利用InSAR技术和特征跟踪方法获取冰川流速的基本概念、技术路线和优缺点,并采用图示的方式比较它们获取的同一地区冰川流速结果的异同。
2.2.3自主式学习
研究生不同于本科生,他们在老师的引导下能够独立自主学习。如果仍然采用传统的填鸭式课堂教学,不利于学生的积极参与,限制了他们主观能动性的发挥。本课程通过课堂授课介绍基本内容,结合学生的专业背景,引导学生阅读相关专业文献,每次课程安排10-15分钟时间由学生主导、老师参与讨论文献中的相关研究。
2.2.4多学科相结合式教学
极地研究的开展需要多学科相结合,如果仅利用遥感手段无法分析极地冰雪变化的驱动因素和影响因素,较片面。以海冰密集度变化为例:海冰密集度可利用多源卫星数据进行监测(如被动微波遥感数据、光学遥感数据和SAR数据等),基于这些数据获取的海冰密集度时序数据可反映极地海冰密集度的年际和季节性变化,但是利用这些数据只能研究海冰密集度的变化,无法探究海冰密集度变化的驱动因素,因此在授课过程中需结合大气和海洋等方面的参数(如风场、气压、洋流、大洋环流等)分析海冰密集度变化的深层次原因并可预测未来的变化等。
2.3考核方式的探讨
考虑到研究生教学的最终目的是学生们将所学内容灵活应用于日常的研究工作中,因此本课程将采取基于“理论和实例的教学和基于实践的考核”相结合的方式。“基于实践的考核”即以极地某个监测或变化案例为基础,利用极地遥感的手段完成这一案例的分析等,结果以口头报告和书面汇报的方式提交,其中口头汇报占总成绩的30%,书面汇报占总成绩的70%。例如,利用遥感手段监测北极格陵兰冰盖Petermann冰川流速,可考虑利用Landsat8数据基于特征追踪方法获取该冰川的流速、利用Sentinel-1数据基于差分干涉的方法获取该冰川的流速、利用ALOS数据基于偏移量跟踪的方法获取该冰川的流速。
3结语
极地科学正在向综合性、深层次分析评价的方向发展,极地遥感正是顺应此需求开设的一门面向遥感专业的课程。本文在介绍南北极和极地遥感基本概况的基础上,以理论结合实例的方式探讨了极地遥感课程设置背景、教学内容、讲授方式和考核方式。极地遥感是一门综合的发展的课程,教师在授课时应在充分发挥自身研究优势的基础上,结合极地遥感方向的新技术、新方法和新应用,开阔学生的视野。结合学生的接受度,不断的总结已有内容并丰富新内容,提高他们学习的积极性和主观能动性。
参考文献:
{1}孙立广.地球与极地科学[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 2003.
{2}鄂栋臣.极地测绘与遥感信息工程中长期研究规划[J].测绘与空间地理信息, 2005(2):1-3.
{3}周春霞.《微波遥感原理》教学方法探讨[J].湖北成人教育学院学报, 2014(6):72-73.
基金项目:国家海洋局海洋—大气化学与全球变化重点实验室开放基金课题(编号为GCMAC1405)资助;国家自然科学基金资助项目(41676179)
 
作者简介:刘婷婷,(1982-2)女,湖北潜江,汉族,副教授,博士,研究方向:为遥感影像处理、极地遥感应用
通讯作者:高柯夫,(1981-)男,湖北武汉,汉族,讲师,博士,研究方向:位置服务和智能计算
收稿日期:2019-4.1


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