现代实验观要求通过实验教学，不仅要达到巩固和验证理论知识的目的，更要求调动、激发受教育者的创新意识、创新能力和创新精神，建立以设计性、创造性、拓展性实验为主的实验教学^[1]。目前，遥感技术在地理学应用中发挥着日益重要的作用。经过多年实践，本着坚实基础、强化设计、突出创新的要求，以培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”人才为目标，不断改革遥感技术与地学应用方面的实验教学内容，逐渐从基础技能型向综合设计型、探索创新型实践教学转换。不仅要求学生掌握实际应用中发展起来的成熟技术，还要求学生能够创造性地解决某些实际问题^[2]。地物光谱相关知识是遥感地学分析的基础，本文以“地物光谱测定与分析”这一实验教学内容为例，展示基础技能型、综合设计型和探索创新型3个层次的创新实验教学改革。

我校面向地学专业本科生开设的遥感类课程有：遥感技术及其应用、遥感数字图像处理、资源环境遥感监测、定量遥感。地物光谱相关知识是遥感类课程的基础，它贯穿于不同遥感课程之间，不同的课程具有不同的教学目的和要求，为分层次进行地物光谱实验提供了客观条件。具体分析见表 1。 如上的遥感类理论课程从各自教学目标对地物光谱相关实验等实践教学提出了不同层次的要求，体现为对实践教学依次从基础知识与技能、综合理解与运用、服务与创新的阶梯式培养创新，从而构成了本文创新实验教学的内容核心。

表 1(Table 1)

表 1 地物光谱实验的相关课程及要求 Table 1 Related Courses and Requirements of Spectral Experiment

表 1 地物光谱实验的相关课程及要求 Table 1 Related Courses and Requirements of Spectral Experiment 课程名称 教学要求 地物光谱相关实验要求 遥感技术及其应用 较深刻地理解遥感技术的物理基础、遥感成像原理和遥感数据的特 征，掌握遥感信息处理和分析的基本理论、主要方法和实际应用技能， 重点掌握遥感信息分析方法及其地学应用原理 理解地物光谱的重要性，掌握地物光谱 测量的技术方法 遥感数字图像处理 牢固掌握数字图像的基本概念和特征、图像变换、图像增强、图像恢 复、图像模式识别等；一般掌握图像分割、图像编码与解码、二值图像 处理、影像纹理分析；了解遥感数字图像处理应用等 基于不同地物类型的特殊反射光谱特征 进行遥感图像解译 资源环境遥感监测 熟悉各类资源环境对象遥感监测的原理和一般方法，掌握一些重要的 资源环境监测对象的遥感特征(光谱特征/图像特征)，掌握针对一些 典型资源环境问题的遥感监测技术及方法 掌握土地资源、土壤环境、植物生理参 数、水环境等监测对象的光谱特征，运用 光谱测量和分析来解决资源环境问题 定量遥感 较深刻地理解定量遥感的物理基础、遥感机理和重要的遥感反演模 型，掌握若干陆表地理对象的重要参数的遥感反演方法、算法以及实 际应用技能，重点掌握定量遥感的原理和分析方法 通过实际的数据，进行光谱建模

在创新实验教学改革研究中，重要内容是构建分层次实验教学体系^{[3, 4]}。通过上述对遥感课程的相关分析，围绕“地物光谱测定与分析”实习，分别设置基础技能型、综合设计型和探索创新型3个不同层次的实习环节。3个实习环节中的难度逐步提升，各实习环节的不同培养目标、实习内容及组织方式见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 地物光谱实验3个实习环节的具体内容 Table 2 Specific Content of Three Practice Links in the Spectral Experiment

表 2 地物光谱实验3个实习环节的具体内容 Table 2 Specific Content of Three Practice Links in the Spectral Experiment 实习环节 实习培养目标 实习主要内容 实习组织方式 基础技能型 培养学生基本动手能力和操作技能 野外地物光谱测量分析 教师主导的任务驱动式 综合设计型 培养学生对综合知识的理解和应用 野外地物光谱测量分析 室内像元光谱提取分析 学生自主设计式 探索创新型 培养学生对前沿研究的探索和创新 地物光谱测量分析 地物属性配套参数测量 光谱知识数据库及模型构建 产学研结合式

在基础技能型实习环节，旨在帮助学生理解、掌握基本原理和理论，培养基本动手能力和基础操作技能。主要是使用CROPSCAN多谱辐射仪(MSR 16 R)系统，利用窄波段干扰过滤器来选择可见光和近红外(NIR)区电磁波谱的某些波段，采用垂直测量方式。仪器探测器分为朝上、朝下两组，每上、下两个推测元件对应同一个波段，朝上的探测器接受来自太阳和天空的下行辐照，朝下的探测器接受来自地面的反射辐射，由二者即可计算出地表物体的反射率。该实习环节要求学生掌握地物反射波谱测量的基本原理，掌握野外地物光谱测量的方法，并通过专业仪器测量得到典型地物类型的反射光谱曲线。

基础技能型实习环节中，实习的测量地点一般是由指导教师在综合考虑到各种因素的基础上，预先选定的一系列固定实习地点，具体的测量对象都是实习任务书中明确规定的。学生的实习任务是了解多谱辐射仪的硬件组成，能够正确安装辐射传感器、数据采集器和手持控制终端，能够正确熟练地操作实习仪器，对老师指定的校园内的植被、土壤、水体、岩石等的反射光谱进行有序的观测，并直接记录观测到的地物各波段的反射率数据。该环节整个实习过程都是在指导教师的统筹安排下进行的，学生能力的培养主要集中在对专业仪器操作技能的训练层面，以及通过实测数据深入理解不同地物类型的光谱特征。

在综合设计型实习环节，充分体现学生在实验教学中的主体地位，着重培养学生对综合知识的理解和应用，提高学生自主解决问题的能力。主要从实验组织方式和实验内容两方面进行改进。

在实验组织方式上，由上个环节的教师主导转变为学生自主设计。该实习环节中实习路线、实习地点、测量对象等完全由学生分小组自主设计确定。该过程实现了由“教师主讲、学生主听”到“学生主导、教师辅导”的转换，让学生由过去的被动式接受转变为主动式设计，学生始终处于积极的学习状态，充分增加了学生的积极性和自主能动性。通过该过程还可以引导学生主动发现问题，并尝试分析、解决问题。由于是让学生自主设计实习路线和选择被测地物，不同实习小组的实习方案可能各不相同，最终的实验数据也将会有所差异。比如，同样是对植被进行观测，有些小组可能选择的是乔木，有些选择灌木，还有些小组可能选择的是草地，所有小组实习结束后，指导教师引导各小组对比实验结果，针对实验结果的差异，顺势引导学生自己去尝试分析原因。学生带着问题，对理论课上所学的影响地物光谱特征的因素一一展开讨论，这一过程充分锻炼了学生自己综合运用所学知识来分析问题、解决问题的能力。

在实验内容上，综合设计型实习环节在进行野外地物光谱测定的基础上，增加了采用多光谱遥感数据或高光谱数据进行室内像元光谱提取与分析的实习内容。如进行ETM+表观反射率、真实反射率光谱曲线提取、EO-1高光谱真实数据反射率计算及地物光谱特征提取与分析、EO-1高光谱 OSAVI 指数、红边导数计算及分析等，并对野外光谱结果和像元光谱结果进行比较，分析其光谱特征的异同，找出产生差异的原因(大气因素、地表因素等)。让学生更深入地了解表征辐射的物理量、以及地表同入射光的作用机制，通过室内、外数据结合加深理解光谱测量在遥感信息分析中的重要意义。

探索创新型实习环节着重培养学生的研究创新能力，强调实验教学与科研的结合，将科研成果及学科前沿的最新技术和方法引入实验教学，从专业技能培养逐步进入学科前沿的研究。探索创新型实验环节属于自由拓展部分，通过组建探索学习小组，采取学生自主业余科研和参与教师科研项目等方式，让学生在产、学、研相结合的过程中研究探索实验过程。

在前面的基础技能型和综合设计型实习环节中，学生对地物光谱特征的认识主要停留在对某特定状态下的不同类型地物光谱的特征及其影响因素进行分析，着重考察类别上的光谱差异。探索创新型实习环节则在上述两个实习环节的基础上，尝试让学生对遥感应用的相关前沿领域研究进行探索。由于定量遥感作为新兴的遥感信息获取与分析方法，已成为当前遥感地学应用研究的前沿领域^[5]。结合定量遥感这一当前遥感研究与应用的前沿领域，引导学生将研究尺度由三维空间提升到多维空间，增加对不同时相或不同状态下地物的光谱特征及其相关属性进行系统性观测与分析，并将地物光谱数据与其对应的属性数据相结合，在大量系统性实验数据的基础上，采用归纳的方法总结出一些规律性的东西，为进行时空谱数据遥感定量建模提供技术支撑，训练学生的科研思维及技能。

在此实习环节，学生已掌握了多谱辐射计的规范使用和ENVI、ERDAS等常见遥感软件的熟练操作，能够在科学原则下进行自主选点，并进行长期化、系统化的观测，教师可引导学生将典型地物光谱数据和配套参数入库,包括新采集地面测量和遥感像元波谱数据以及图像样本数据，集野外光谱测量数据、遥感图像数据、遥感先验知识数据、遥感分析模型于一体，建立典型地物结构光谱知识数据库和模型库。比如，依托科学基金项目“滨湖农田土壤有机碳的光谱响应特征及机理分析”开展土壤光谱特征分析，对不同含水量、粒径分布、有机质含量等条件下的土壤光谱进行量测与分析，让学生通过实验理解土壤理化特性对土壤光谱反射率的影响，掌握土壤光谱数据统计特征分析方法，为土壤质地、灌溉计划等相关研究领域提供服务。此外，还可以引导学生选定某块植被作为研究对象，对其不同生长物候期的光谱特征进行观测，同时还要定量观测和记录相应的叶面积指数、叶绿素含量、冠层颜色等，构建植被生长估算模型等，让学生通过数学的或物理的模型将遥感信息与观测地表目标参量联系起来，进而定量地反演或推算出某些地学目标参量。 在这个过程中，结合研究型教学模式创设科学研究的教学氛围^[6]，要求学生必须具有严谨的态度，还要有非常严密的逻辑思维和求是精神，以培养学生严谨的科学素养和勇于追求科学真理的探索创新精神。

培养高素质创新型人才是社会的需要，实验教学为此提供了不可多得的环境和条件，是培养学生由知识型人才向能力型人才转化的重要途径。本文通过分析遥感类相关课程的不同教学要求，以“地物光谱测定与分析”这一实验教学内容为例，展示了创新型实验教学的改革过程。该创新型实验教学由基础技能型、综合设计型、探索创新型3个实习环节构成，在3个不同实习环节分别设置不同层次和难度的实习目标及实习内容，分别采取教师主导的任务驱动式、学生的自主设计式、产学研结合式的教学方式，充分发挥学生的主观能动性，激发学生积极探索的热情，培养了学生综合运用知识解决实际问题的能力，增强了学生的创新意识和能力。