新工科背景下“遙感原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革思考

夏清 朱愿

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)對測繪類人才的需求日益增加。在國家新工科提出的背景下，“遙感原理與應(yīng)用”作為測繪類專業(yè)的主要基礎(chǔ)專業(yè)課，具有很強(qiáng)的理論與實踐性。目前，高校在這門課程建設(shè)中普遍存在學(xué)生學(xué)習(xí)自主性差、理論與實踐分離度高、教學(xué)理念未緊跟領(lǐng)域發(fā)展前沿等問題。文章圍繞將新工科的教育理念引入到“遙感原理與應(yīng)用”課程中，對課程建設(shè)與人才培養(yǎng)進(jìn)行討論，以期使學(xué)生能夠真正獲得滿足專業(yè)需求的知識和能力，為全面提升課程建設(shè)獻(xiàn)計獻(xiàn)策，滿足新時代測繪人才的培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：新工科; “遙感原理與應(yīng)用”; 課程建設(shè); 本科教育; 教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）11-107-002

一、引言

2017年2月，教育部提出“新工科”概念，即教育理念突破單一的工程技術(shù)思維，培養(yǎng)多學(xué)科交叉融合、知識多元整合，兼具工程技術(shù)和人文素養(yǎng)，具備創(chuàng)新實踐能力的復(fù)合型人才^[1]。在此理念的倡導(dǎo)下，新工科背景下高校教育培養(yǎng)的目標(biāo)是兼具人文素養(yǎng)、專業(yè)技術(shù)過硬及實踐能力強(qiáng)的優(yōu)秀人才。測繪類專業(yè)是工科特色鮮明的專業(yè)，具有實踐性強(qiáng)、儀器設(shè)備更新快、動手能力高與專業(yè)知識應(yīng)用緊密等特點(diǎn)^[2]，而“遙感原理與應(yīng)用”是測繪類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。在新工科理念下，通過理論基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生們的理論與實踐操作技能能夠滿足畢業(yè)后相關(guān)工作的生產(chǎn)、實踐需要，還要以需求革新為牽引，讓學(xué)生們掌握遙感領(lǐng)域新技術(shù)、新科技、新方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與應(yīng)用實踐能力^[3]。在新工科理念下如何使該課程適應(yīng)工科人才培養(yǎng)，是目前高校教育面臨的現(xiàn)實課題，本文從新工科背景下，“遙感原理與應(yīng)用”課程建設(shè)的必要性為切入點(diǎn)，探索該課程教學(xué)的創(chuàng)新舉措。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“遙感原理與應(yīng)用”這門課程作為測繪類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，在教學(xué)內(nèi)容方面會涉及大量遙感影像數(shù)據(jù)的處理、信息表達(dá)、算法解算等，這要求學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，而課堂理論知識普遍較為復(fù)雜、抽象，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容繁多。順應(yīng)新工科的發(fā)展趨勢及要求，目前，該課程在教學(xué)環(huán)節(jié)普遍存在如下問題：（1）教學(xué)觀念的前沿性不足;（2）教材內(nèi)容陳舊;（3）教學(xué)模式守舊，教學(xué)環(huán)節(jié)中有重理論輕實踐之嫌;（4）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)受限?，F(xiàn)將各個方面闡述如下：

1.教學(xué)觀念前沿性不足

伴隨著遙感衛(wèi)星陸續(xù)成功發(fā)射，遙感技術(shù)日趨成熟，遙感專業(yè)技術(shù)的進(jìn)步一直緊隨時代科技發(fā)展的步伐，互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)字城市、大數(shù)據(jù)、云平臺、智慧地球等新興技術(shù)的出現(xiàn)，將導(dǎo)致這門課程要緊跟技術(shù)革新的腳步^[4]。目前，大多數(shù)高?！斑b感原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)理念前沿性不足，培養(yǎng)內(nèi)容及目標(biāo)僅僅滿足于教學(xué)任務(wù)的完成，并未緊密結(jié)合工業(yè)4.0時代發(fā)展潮流、國家戰(zhàn)略和行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，導(dǎo)致高校學(xué)生們無法及時、準(zhǔn)確的獲取行業(yè)新動向，像井底之蛙一樣坐井觀天，不知道所學(xué)知識應(yīng)用到哪些領(lǐng)域，久而久之會喪失學(xué)習(xí)的動力與激情。此外，這門課程的培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置比較寬泛、閉塞，重視理論知識的掌握、培養(yǎng)，對于職業(yè)技能、終身學(xué)習(xí)和個人素質(zhì)能力的培養(yǎng)重視不夠，從而對學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有所忽視，使得培養(yǎng)的工程技術(shù)人才較難達(dá)到“新工科”人才培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.教材內(nèi)容不與時俱進(jìn)

“遙感原理與應(yīng)用”這門課程相關(guān)前沿技術(shù)的研究已發(fā)展到全自動化、數(shù)字化時代^[5]。近年來，伴隨著其他新興測繪技術(shù)的發(fā)展，如攝影測量技術(shù)、高光譜遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等高新技術(shù)的交叉融合，使遙感原理的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣泛。目前高校該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求多注重于對遙感理論算法知識的傳授及掌握，與當(dāng)前“測繪4.0”的背景及趨勢無法進(jìn)行有效銜接。該課程的教材大多以“遙感原理與應(yīng)用”為主線展開，在實際教學(xué)過程中更側(cè)重對遙感原理的講述，而對前沿技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域、實際效果講解欠缺。教材中也較少涉及遙感技術(shù)在工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)、國土資源、森林、城市建設(shè)等方面的應(yīng)用。教材涉及的內(nèi)容不能很好地為“新工科”所需求的新型工程人才的培養(yǎng)服務(wù)。

3.教學(xué)模式方式守舊

在新工科理念的背景下，遙感應(yīng)用領(lǐng)域培養(yǎng)的是具有創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才^[6]，這就要求高校教師們在教學(xué)環(huán)節(jié)中更加重視學(xué)生解決實際問題以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)^[7]。在“遙感原理與應(yīng)用”這門課程的教學(xué)過程中，多以教師為主體，“填鴨式”的教學(xué)模式，教師對實踐能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)新意識的引導(dǎo)欠缺，學(xué)生作為客體，在實際學(xué)習(xí)過程中欠缺解決問題的積極性及主動性。此外，遙感專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)中，實踐是很重要的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。遙感專業(yè)的教學(xué)包含了大量儀器、軟件的應(yīng)用，這些不可或缺的工具是否能在教學(xué)環(huán)節(jié)及時的應(yīng)用是一個重要問題。

4.實踐教學(xué)受限

“遙感原理與應(yīng)用”是一門理論與實踐相結(jié)合的專業(yè)課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容繁多、豐富，而且理論知識比較抽象、難理解，涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論以及算法，因此，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及運(yùn)算能力要求較高。由于軟、硬件設(shè)備條件的制約，加之由于課時有限的制約，這樣的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，實踐操作及理論知識的相互轉(zhuǎn)化欠缺。

三、課程教學(xué)改革舉措

1.拓展前沿性知識，引入到課程內(nèi)容建設(shè)

隨著各種分辨率、各種類型遙感衛(wèi)星的成功發(fā)射及日益增加的遙感影像數(shù)據(jù)源，現(xiàn)代遙感技術(shù)正迎來嶄新的發(fā)展階段。高校在教學(xué)過程中，教師要系統(tǒng)地對本領(lǐng)域、本專業(yè)的知識進(jìn)行梳理、總結(jié)、歸納，既要重點(diǎn)體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、理論性，也要突出課程的實際應(yīng)用性及專業(yè)領(lǐng)域的前沿性。專業(yè)教師要根據(jù)梳理的教學(xué)主線，對課程內(nèi)容分類化、模塊化，在傳授基本理論知識的基礎(chǔ)上，摒棄陳舊、落后的基本知識點(diǎn)，弱化不再應(yīng)用的知識點(diǎn)，重點(diǎn)介紹遙感行業(yè)的新科技、新理論、新動向、新理念，例如無人機(jī)遙感、近景攝影測量遙感、高光譜遙感等技術(shù)。此外，高校教師還要進(jìn)一步拓展、延伸教學(xué)內(nèi)容，將新技術(shù)的應(yīng)用在課堂上進(jìn)行介紹，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情及主動性，讓學(xué)生們帶著興趣去學(xué)習(xí)，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

2.利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容

在新工科理念的教育背景下，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源及平臺可以豐富、填充空白的教學(xué)資源，將傳統(tǒng)的單一傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生參與的雙向互動交流方式。依托“遙感原理與應(yīng)用”精品在線課程以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（如雨課堂、微課等），給學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源，讓學(xué)生無論在哪里，無論何時都可以隨時進(jìn)行學(xué)習(xí)。對于一些無法在教學(xué)學(xué)時內(nèi)完成的拓展性教學(xué)內(nèi)容，可以讓學(xué)生課后進(jìn)行學(xué)習(xí)，對學(xué)生的課外知識起到一個補(bǔ)充的作用。此外，可以自己錄制在線課程，按照課程體系進(jìn)行剪輯整理，加入課外思考題及拓展題，發(fā)布在校內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺登錄進(jìn)去，隨時查看網(wǎng)絡(luò)資源，練習(xí)、鞏固、完善課堂內(nèi)容，增加師生互動性。發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容，要引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、解決問題。例如在講解高分遙感影像與高光譜遙感影像融合來提高空-譜分辨率的相關(guān)內(nèi)容時，先給學(xué)生們展示高空間分辨率遙感影像，再展示高光譜遙感影像，讓學(xué)生更直觀地目視看到影像特征，對兩種影像有一種了解和掌握，再介紹融合原理，最后展示融合后的影像。這樣循序漸進(jìn)的方式，既可以豐富教學(xué)內(nèi)容，又可以一步步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。最后再啟發(fā)學(xué)生思考不同的遙感影像方法融合后的結(jié)果有什么差異，如何定性與定量評價融合的質(zhì)量。充分發(fā)揮學(xué)生在理論及應(yīng)用方法掌握方面的主動性、創(chuàng)造性及積極性，發(fā)揚(yáng)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的優(yōu)勢與特點(diǎn)。

3.改良教學(xué)模式

除了傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)模式之外，采用多方面結(jié)合的多樣化教學(xué)模式。在遙感專業(yè)領(lǐng)域，先進(jìn)的設(shè)備及高質(zhì)量的遙感數(shù)據(jù)源是掌握遙感技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)^[8]。因此，購置先進(jìn)的設(shè)備儀器以及購買適用性強(qiáng)的遙感數(shù)據(jù)是很重要的。教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，加入上機(jī)訓(xùn)練，采用先進(jìn)的設(shè)備及遙感數(shù)據(jù)，讓學(xué)生們在課堂上掌握的理論知識進(jìn)行實際操作應(yīng)用，以期更好地學(xué)以致用，明白理論學(xué)習(xí)的意義，同時，可以更深入地理解和掌握理論知識，訓(xùn)練實際動手操作能力。從教師自身的角度來說，教師本身要不斷學(xué)習(xí)新的知識，廣泛涉獵文獻(xiàn)，整理資源，了解行業(yè)的最新研究成果及動態(tài)，這既是當(dāng)代教師所應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)，也是新工科理念下，“遙感原理與應(yīng)用”這門課程教學(xué)改革的必然趨勢。

此外，鼓勵學(xué)生從事相關(guān)的科研活動。通過科研項目的鍛煉，可以幫助學(xué)生強(qiáng)化運(yùn)用遙感專業(yè)知識及技術(shù)解決實際問題的能力。科研活動深度要教師們進(jìn)行把握，可以主要以遙感討論小組、大學(xué)生創(chuàng)新項目及教師科研項目為主。

4.優(yōu)化課程考核機(jī)制

想要提升“遙感原理與應(yīng)用”這門課程的教學(xué)改革成績，還需要一套完整的教學(xué)評價質(zhì)量體系。新工科理念強(qiáng)調(diào)了要培養(yǎng)多學(xué)科交叉的、實踐能力強(qiáng)的復(fù)合型人才，這就要求對學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐能力需要從多角度、多方面、多維度進(jìn)行考察。微觀到學(xué)生掌握的概念、流程、理論等，宏觀到學(xué)生對行業(yè)發(fā)展趨勢的了解以及學(xué)生融會貫通的能力，構(gòu)建科學(xué)的、系統(tǒng)的、完整的、全面的考核機(jī)制。

5.培養(yǎng)軟件開發(fā)能力

遙感是一門實踐性很強(qiáng)的課程。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)能夠使學(xué)生們將所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識、基本算法、基本操作，通過程序、軟件進(jìn)行實現(xiàn)。因此，在遙感原理與應(yīng)用課程教學(xué)中，專業(yè)的軟件開發(fā)能力是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重要的一項內(nèi)容。ENVI是基于IDL開發(fā)的一套遙感影像處理功能強(qiáng)大、完整的圖像處理軟件，教師在利用ENVI軟件進(jìn)行實踐教學(xué)過程中，可適當(dāng)增加利用IDL改進(jìn)處理遙感影像的實例，例如遙感影像融合質(zhì)量評價的過程中，讓學(xué)生掌握IDL的基本編寫語言、方法、模塊等，學(xué)會編寫IDL命令調(diào)用ENVI函數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，質(zhì)量評價指標(biāo)（如熵、相關(guān)系數(shù)、均值、方差等）的計算，進(jìn)而完成融合影像質(zhì)量評價內(nèi)容，既可以提高學(xué)生自主編程的能力，又可以更好地理解基礎(chǔ)理論算法，提高學(xué)生的專業(yè)軟件開發(fā)能力。

四、結(jié)語

在緊隨“新工科”理念下的“遙感原理與應(yīng)用”的課程建設(shè)是一場持久戰(zhàn)，是一項系統(tǒng)性的改革，需要結(jié)合測繪類大背景的發(fā)展前提，同時考慮遙感技術(shù)的革新，通過對遙感專業(yè)情況的整體性分析，從培養(yǎng)理念、模式、內(nèi)容等方面進(jìn)行科學(xué)分析，深入思考如何有效、合理的對課程進(jìn)行全面改革，在一系列改革舉措的實施下，必然會使遙感專業(yè)相關(guān)類的課程建設(shè)開啟一段新征程，這將有助于培養(yǎng)出高素養(yǎng)、實踐性強(qiáng)、綜合能力優(yōu)秀的復(fù)合型人才。

基金項目：長沙理工大學(xué)教學(xué)改革研究項目“校企合作模式下的測繪工程專業(yè)教學(xué)改革研究”（XJG20-082）

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作者簡介：夏清，女，1987年12月生，遼寧省鞍山人，博士，長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，講師，研究方向：攝影測量與遙感。朱愿，男，1989年7月生，安徽省蚌埠人，博士，中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，講師，研究方向：生物質(zhì)材料改性。