遙感類課程思政元素的探索與挖掘

馮徽徽，鄒 濱, 翟 亮,2，馬慧云

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083;2.中國測繪科學研究院，北京 100830)

作為系統(tǒng)提升高校人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)與保障，專業(yè)課與思想政治理論課的有機結(jié)合歷來都是黨和國家高度重視的重大課題。2016年12月，習近平總書記出席“全國高校思想政治工作會議”并發(fā)表重要講話，要求用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應。2019年8月14日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于深化新時代學校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見》，進一步明確提出“建成一批課程思政示范高校，推出一批課程思政示范課程，選樹一批課程思政教學名師和團隊，建設(shè)一批高校課程思政教學研究示范中心”[1-2]。在此背景下，如何實施課程思政，科學回答“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”的問題成為高等教育界關(guān)注的焦點。

作為觀測地球的重要手段，遙感技術(shù)已廣泛應用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域，對國家安全、國土資源調(diào)查與宏觀規(guī)劃等方面具有極高的戰(zhàn)略意義[3-4]。在此背景下，越來越多的學校開設(shè)了“遙感科學與技術(shù)”專業(yè)或相關(guān)的遙感類課程，為國家與行業(yè)培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才，為提升中國遙感研究水平做出了巨大貢獻[5]。然而由于積累少、底子薄、文化傳承弱等問題，我國遙感專業(yè)人才培養(yǎng)中高層次人才培養(yǎng)不足、優(yōu)秀人才流失嚴重等瓶頸性問題依然十分突出。加強遙感類課程思政建設(shè)、培養(yǎng)具有正確世界觀、價值觀與強烈家國情懷的優(yōu)秀人才成為遙感專業(yè)發(fā)展迫在眉睫的任務(wù)[6]。文中從遙感類課程基本內(nèi)涵出發(fā)，挖掘所蘊含的哲學與時政元素，研究其與專業(yè)課程的有機融入方式，探索遙感類課程思政教學改革策略，并以“環(huán)境遙感”課為例，基于課程設(shè)計、課堂教學以及考試考核等全鏈條教學活動，介紹筆者進行遙感類課程哲學元素與時政元素挖掘融入的改革實踐，為相關(guān)課程建設(shè)提供借鑒與參考。

1 遙感類課程蘊含的哲學元素

遙感作為一種利用電磁波輻射特性實現(xiàn)全球空間大范圍監(jiān)測的新技術(shù)與手段，從其定義、原理、特性以及應用等各個方面均內(nèi)含豐富的哲學思想。充分挖掘這些思想并將其融入到課程教學中，有助于全面系統(tǒng)提升學生對遙感內(nèi)在本質(zhì)的認識與理解，培養(yǎng)其運用理論知識解決實踐問題的能力。

1.1 “遙遠的感知”定義與世界觀、宇宙觀認知

顧名思義，遙感的基本定義可概括為“遙遠的感知”，即借助衛(wèi)星、無人機等高空平臺，在遠距離不接觸物體的條件下獲取其信息的技術(shù)與方法[7]。其定義中的“高空”與“遠距離”兩大關(guān)鍵詞與哲學中的世界觀、宇宙觀具有顯著天然的結(jié)合點。遙感“站在太空看地球”的特點，使其與傳統(tǒng)方法相比，無論視野與格局上均具有無可比擬的優(yōu)勢，由此作為遙感概論的導入點，不僅有助于加深學生對遙感概念與特點的認知，更可以培養(yǎng)其正確的世界觀與宇宙觀：1)利用“所見即所得”的遙感監(jiān)測原則，培養(yǎng)學生形成辯證唯物主義思想，增強其在反對“心外無物”等唯心主義思想的斗爭武器；2)利用遙感宏觀全局監(jiān)測的特點，加深學生對全球變化的認識與理解，同時積極思考世間萬物之間的關(guān)聯(lián)性，培養(yǎng)其大局意識，避免在認識上出現(xiàn)視野短淺、“盲人摸象”等問題。

1.2 “電磁輻射”基本原理與“物質(zhì)—運動”辯證統(tǒng)一關(guān)系

電磁輻射是遙感的理論基礎(chǔ)，所有教學活動均須圍繞該主題開展。電磁輻射從本質(zhì)上是具有一定能量和動量物質(zhì)(光子)在與探測對象產(chǎn)生作用后其能量與運動狀態(tài)發(fā)生改變的現(xiàn)象，遙感正是通過探測這種變化的物質(zhì)與運動狀態(tài)間接感知所探測對象的基本信息[8-9]。因此，將物質(zhì)與運動的這一辯證關(guān)系引入到遙感原理的課堂教學，可極大提升學生對遙感本質(zhì)特征的認識與理解，為其后續(xù)學習奠定扎實的理論基礎(chǔ)：1)遙感的運動性主要體現(xiàn)在電磁輻射的波動性上，即電磁輻射通過電磁波的形式從被探測物體傳輸?shù)絺鞲衅鞯倪^程，重點體現(xiàn)在“遙遠的感知”中的“遙遠”；2)遙感的物質(zhì)性主要體現(xiàn)在電磁波的粒子性，即由帶有一定能量的光子與探測對象產(chǎn)生能量變化的過程，充分體現(xiàn)了“遙遠的感知”中的“感知”能力；3)物質(zhì)和運動的對立統(tǒng)一關(guān)系。物質(zhì)和運動相互依存不可分割，大量理論和實驗均表明電磁場具有能量和動量，電磁運動與物質(zhì)不可分離，換而言之電磁場是一種運動著的物質(zhì)，其運動場和實物可以相互轉(zhuǎn)換，實物的消失必然伴隨場物質(zhì)的產(chǎn)生。運用哲學的物質(zhì)觀對電磁場的特性作系統(tǒng)深入的科學思考，可以加深對遙感以及電磁場屬性內(nèi)涵的理解。

1.3 “尺度效應與時空異質(zhì)性”本質(zhì)特征與“整體—局部”辯證統(tǒng)一關(guān)系

尺度效應與時空異質(zhì)性是遙感的本質(zhì)特征，也是定量遙感教學中的重點講授內(nèi)容[10]。尺度效應所表達的地學規(guī)律主要體現(xiàn)在即使大范圍上相似的地理現(xiàn)象與過程，隨著觀測視角的不斷細化，將呈現(xiàn)與大范圍不完全一致的規(guī)律特征，并由此導致不同時間、不同地點的地理現(xiàn)象均具有顯著的差異性[11]。遙感監(jiān)測這一本質(zhì)特征充分體現(xiàn)了“整體與局部”辯證統(tǒng)一的哲學思想，將其引入到定量遙感教學課程中，可極大培養(yǎng)學生對地學現(xiàn)象整體規(guī)律與局部差異的自主思考能力，進而指導其針對研究對象的范圍正確選擇恰當定量遙感方法的能力：1)針對全球或大區(qū)尺度的研究對象，須重點揭示其整體趨勢，而對于城市或街道尺度的遙感監(jiān)測，重點在于監(jiān)測對象的內(nèi)部細節(jié)特征，這種多尺度地學規(guī)律的差異性特征可積極引導學生思考該采用何種分辨率的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品；2)長時間尺度的變化是短時間尺度變化的基礎(chǔ)，而短時間尺度變化也會“累積”地貢獻于長時間尺度變化，大空間尺度的變化為小空間尺度的變化提供背景，而小空間尺度變化也會不斷反饋于大空間尺度變化，這種整體與局部相互關(guān)系的系統(tǒng)有助于進一步激發(fā)學生對遙感技術(shù)應用于地學規(guī)律挖掘的思考。

1.4 “遙感綜合分析與應用”體系與“理論——實踐”辯證統(tǒng)一關(guān)系

遙感的本質(zhì)是“電磁輻射”基本物理理論，因而具有很強的科學性。另一方面，作為有別于傳統(tǒng)地面監(jiān)測手段，遙感又是一種全新的對地觀測技術(shù)，其在自然、環(huán)境、氣象及至人類活動等各方面的監(jiān)測、分析與預警功能又使其具有典型的應用性特征。因此，將“遙感綜合分析與應用”與“理論—實踐”相結(jié)合的哲學思想緊密聯(lián)系起來，可有效激發(fā)學生運用課程所學解決實踐問題的興趣，全面提高其理論與實踐能力：1)從應用遙感原理與方法開展環(huán)境治理與區(qū)域規(guī)劃已成為政府業(yè)務(wù)部門的手段的實際情況出發(fā)，培養(yǎng)學生從實踐問題中思考其內(nèi)在科學問題，進而指引其利用適當?shù)倪b感原理與方法加以解決；2)針對業(yè)務(wù)化流程出現(xiàn)的新態(tài)勢、新問題對監(jiān)測分析手段提出了新需求與挑戰(zhàn)，引導學生思考如何進行遙感技術(shù)與方法的創(chuàng)新，使之能更有效地解決實際需求。由此形成的理論與實踐的良性循環(huán)不僅有助于加深學生對遙感原理的認識與理解，同時也可鍛煉其實踐動手能力，培養(yǎng)學生的工作適應能力，使面向產(chǎn)出的教育模式(Outcome Based Education，OBE)真正落到實處。

2 遙感類課程蘊含的時政元素

遙感技術(shù)發(fā)展與更新速度較快，具有較強的時代特征；同時作為國家安全的重要組成部分，遙感科學與社會時政具有很好的結(jié)合點。課程講授過程中適當引入時政要素，不僅可以避免理論學習的枯燥性、增加課堂的生動性，同時可極大激發(fā)學生對不同時代背景下遙感技術(shù)與國家發(fā)展的相互關(guān)系，培養(yǎng)強烈的歷史使命感與責任感，引導其積極運用專業(yè)知識投身于國家建設(shè)中。

2.1 衛(wèi)星、傳感器核心技術(shù)與大國崛起

遙感衛(wèi)星與傳感器設(shè)計技術(shù)作為典型的高新技術(shù)，很大程度上反映了國家搶占國際創(chuàng)新競爭制高點的實力與水平，也是中國實現(xiàn)偉大復興的重要保障。在此背景下，將遙感衛(wèi)星與傳感器設(shè)計、定量遙感算法研究等課程內(nèi)容與我國“中國夢”等大國崛起戰(zhàn)略緊密結(jié)合起來，可極大激發(fā)學生的愛國熱情，引導學生將個人理想與國家命運緊密聯(lián)系在一起，投身于國家建設(shè)、實現(xiàn)中華民族偉大復興的實踐中。如從“兩彈一星”故事的引入，到近年來“北斗”系列衛(wèi)星組網(wǎng)、國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星成功發(fā)射與應用等，可有效提升學生的民族自尊心與自豪感，增強其投身于遙感領(lǐng)域?qū)W習與研究的歷史使命感。另一方面，近期中興、華為等國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)被美國等西方國家抵制的惡性事件提醒全體中國人必須在科技上實現(xiàn)完全自主，遙感衛(wèi)星與傳感器設(shè)計等核心理論與技術(shù)方面的缺失必將導致受制于人，對國家安全產(chǎn)生嚴重威脅，通過該方面時政的引入，可極大增強學生的危機意識，使之保持理論學習與技術(shù)創(chuàng)新的主動性與積極性。

2.2 遙感應用與國家戰(zhàn)略需求

環(huán)境污染是我國發(fā)展面臨的突出問題，也是制約“美麗中國”“健康中國”戰(zhàn)略順利實施的嚴重阻力。改革開放以來，國家經(jīng)濟發(fā)展對資源的巨大需求導致了農(nóng)業(yè)開墾、工業(yè)化、礦山開采等國土空間開發(fā)行為日益加劇，在實現(xiàn)經(jīng)濟迅速騰飛的同時也產(chǎn)生了土壤重金屬污染、大氣污染以及水體富營養(yǎng)化等一系列嚴峻生態(tài)環(huán)境問題，并在全球氣候變化背景下呈現(xiàn)顯著的疊加效應，嚴重制約了國家與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[12-14]。為此，十九大報告明確指出未來五年仍須將“……著力解決突出環(huán)境問題…”作為“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”的重要內(nèi)容。為指導環(huán)境污染治理，國家陸續(xù)發(fā)布了一系列環(huán)境保護與治理規(guī)劃文件，如《大氣污染防治行動計劃》(氣十條)、《土壤污染防治行動計劃》(土十條)和《水污染防治行動計劃》(水十條)等。以上戰(zhàn)略規(guī)劃順利實施的首要前提是客觀與準確地開展環(huán)境變化監(jiān)測。為此，《“十三五”國家社會發(fā)展科技創(chuàng)新規(guī)劃》中明確指出將“以提供重大生態(tài)環(huán)境問題系統(tǒng)性技術(shù)解決方案、…，開發(fā)…環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測等關(guān)鍵核心技術(shù)……”。傳統(tǒng)地面監(jiān)測方法雖然精度較高，但其空間代表性有限，無法滿足區(qū)域大范圍環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測的需要。遙感技術(shù)以其“空間大范圍連續(xù)監(jiān)測”的獨特優(yōu)勢，使其在環(huán)境監(jiān)測中得到越來越廣泛的應用。在此背景下，《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》中多次明確指出“……利用遙感等手段開展監(jiān)測……”。2019年發(fā)布的《自然資源部衛(wèi)星遙感應用報告》亦將“服務(wù)國家重大戰(zhàn)略實施”作為我國衛(wèi)星遙感應用的重要方向。通過對上述規(guī)劃文件的學習與整理，系統(tǒng)梳理國家戰(zhàn)略對遙感理論與方法的需求，并將其納入到相關(guān)課程章節(jié)的講解中，有望提升學生對遙感應用的認識與理解，激發(fā)其學習熱情，同時培養(yǎng)其學以致用、報效祖國的責任意識。

2.3 時代榜樣的力量：遙感領(lǐng)域英雄人物與事跡

習近平總書記在多個重要場合強調(diào)“崇尚英雄，捍衛(wèi)英雄，學習英雄，關(guān)愛英雄”是我們不斷開拓前進的勇氣和力量所在。我國遙感領(lǐng)域不乏英雄人物，如“布鞋院士”李小文，長期致力于遙感基礎(chǔ)研究，是植被幾何光學遙感建模的先驅(qū)，其創(chuàng)建的Li-Strahler幾何光學模型論文入選“國際光學工程學會(SPIE)”里程碑系列文集，在植被二向性反射建模、熱紅外遙感輻射方向性建模、遙感信息尺度效應、定量遙感綜合實驗與真實性檢驗方面做出了卓越成就，極大地提升了中國定量遙感研究在全球?qū)W術(shù)界的影響力[15]；李德仁院士是國際著名地球空間信息專家，在地球空間信息學的理論創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新方面取得了杰出成就，其首創(chuàng)從驗后方差估計導出粗差定位的選權(quán)迭代法，被稱為“李德仁方法”，為我國成為世界本領(lǐng)域三強之一做出了重大貢獻[16]?！案哞F院士”劉先林一直致力于航空攝影測量理論與航測儀器的研究工作，取得了一系列重大科研成果，多項成果填補國內(nèi)空白，結(jié)束了中國先進測繪儀器全部依賴進口的歷史，他通過儀器研制有力地推動了整個行業(yè)的發(fā)展，大大加快了中國測繪從傳統(tǒng)技術(shù)體系向數(shù)字化測繪技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變[17]；2020年度國家最高科學技術(shù)獎獲得者曾慶存院士，其1974年撰寫的《紅外大氣遙測原理》是國際上第一本系統(tǒng)講述衛(wèi)星大氣紅外遙感定量理論的專著，所提出的求解“遙感方程”的“反演算法”，已成為世界各主要衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理與服務(wù)中心的主要算法，在大氣紅外遙感與數(shù)值天氣預報中發(fā)揮了重要作用[18]。以上專家院士在極度困難的條件下，堅持不懈，終在傳感器設(shè)計、空間信息理論、定量遙感算法以及遙感應用等方面做出卓越貢獻。在相關(guān)課程內(nèi)容中，適當穿插以上人物與事跡分享，介紹我國遙感領(lǐng)域英雄人物歷史成就及其背后的時代背景，可極大感染學生，堅定其學習遙感知識的信心與責任心，引導其沿著前輩腳步不斷前行。

3 案例分析

筆者近五年一直從事“環(huán)境遙感”“遙感應用與專題制圖”等遙感類課程的本科教學工作，始終思考如何根據(jù)遙感專業(yè)特點，從課程設(shè)計、課堂教學以及考試考核等全鏈條教學活動將遙感教學與課程思政緊密結(jié)合起來，提高課堂教學效果與課后實踐能力培養(yǎng)水平(見表1)。

表1 全鏈條教學活動課程思政元素的挖掘與融入

基于上述思政元素的全過程設(shè)計理念，筆者以“環(huán)境遙感”課程為例，介紹思政元素的挖掘與融入，以期為類似課程的思政建設(shè)提供參考與借鑒。

3.1 課程設(shè)計中思政元素的挖掘與融入

教學大綱是一切教學活動的綱領(lǐng)性文件，明確課程目標是編制教學大綱的首要步驟。在面向產(chǎn)出教育模式的理念支撐下，依據(jù)“工程教育認證”畢業(yè)要求的指標體系，在專業(yè)目標學習的基礎(chǔ)上，將“7.1 知曉和理解環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的理念”作為學生培養(yǎng)的畢業(yè)要求與指標點(課程目標及其對應的畢業(yè)要求與指標點如表2所示)。在該課程目標的指導下，設(shè)置詳細的教學內(nèi)容、重點難點以及教學設(shè)計。課程內(nèi)容設(shè)置如圖1所示，首先介紹環(huán)境遙感的定義與內(nèi)涵，進而根據(jù)地球系統(tǒng)圈層分大氣、水體、土壤及生態(tài)環(huán)境4個專題介紹遙感監(jiān)測技術(shù)與方法，最終介紹環(huán)境遙感面臨的問題與挑戰(zhàn)以及未來新技術(shù)的研究方向。以上課程內(nèi)容設(shè)計為后續(xù)思政教育奠定了堅實基礎(chǔ)：1)“環(huán)境遙感概述”部分通過對遙感空間大范圍監(jiān)測特點的介紹，可充分培養(yǎng)學生正確的世界觀與大局意識，同時環(huán)境變化部分內(nèi)容的講授可以增加學生對環(huán)境保護的危機意識與責任意識；2)基于地球系統(tǒng)框架下開展大氣、水體、土壤和生態(tài)環(huán)境4個專題的介紹，有助于加深學生對地球系統(tǒng)與各圈層“整體—局部”辯證關(guān)系的認識與理解；3)遙感學術(shù)前沿課程內(nèi)容有助于培養(yǎng)學生與時俱進的品德，同時通過介紹國內(nèi)外最新學術(shù)成果，可極大激發(fā)學生的學習興趣，增加其投身國家建設(shè)的熱情。

表2 “環(huán)境遙感”課程目標及其對畢業(yè)要求的支撐

圖1 “環(huán)境遙感”課程內(nèi)容設(shè)置

3.2 課堂教學中思政元素的挖掘與融入

思政元素只有在課堂教學中得以充分貫徹與實施方能最大程度影響學生、培養(yǎng)其高超的專業(yè)素養(yǎng)與良好的道德品質(zhì)。在教學大綱與課程內(nèi)容的指導下，筆者主要從以下幾個方面嘗試課堂教學思政元素的挖掘與融入。

1)挖掘“環(huán)境遙感”基本原理中所蘊含的哲學元素，培養(yǎng)學生正確的世界觀。如講解遙感基本概念時，以“站在太空看地球”作為開篇，為學生勾畫宏偉的觀測視角，并以真實遙感圖像為例展示鳥瞰地球下的壯麗場景，培養(yǎng)其大局意識；講解遙感基本原理時，從電磁波的粒子性與波動性之爭開始，逐步引入電磁輻射的基本定律，培養(yǎng)學生正確認識世界的科學態(tài)度，提升其中唯物主義哲學思想，自覺抵制宗教迷信等唯心主義思想的影響；介紹環(huán)境變化時，以地球系統(tǒng)多圈層交互作用為切入點，介紹全球氣候變化下“人—地”關(guān)系對生態(tài)環(huán)境的影響，培養(yǎng)學生對“整體—局部”相互關(guān)系的認識與理解。

2)挖掘課程內(nèi)容中的時政元素，培養(yǎng)學生強烈的家國情懷。環(huán)境遙感的研究對象是環(huán)境變化，具有較強的時代特征，對時政要素挖掘與融入具有得天獨厚的優(yōu)勢。在專題課程講解時，首先介紹全球與我國所面臨嚴峻的環(huán)境污染問題，加強學生的危機意識；繼而從傳統(tǒng)監(jiān)測方法入手，介紹遙感監(jiān)測的基本原理與方法，提升學生的學習積極性以及投身國家建設(shè)的使命感。同時，針對遙感發(fā)展的新趨勢，介紹我國衛(wèi)星遙感在傳感器設(shè)計、算法研究與行業(yè)應用等方面的成就與不足，激發(fā)學生進一步學習掌握關(guān)鍵核心技術(shù)、服務(wù)于國家的家國情懷。

3.3 考試考核中思政元素的挖掘與融入

與“遙感原理”課程側(cè)重于原理介紹不同，“環(huán)境遙感”課程重點在于利用專業(yè)知識解決環(huán)境變化實踐問題。因此，課程考核主要以學生的知識運用能力為主，考核方式主要包括課堂討論與課后綜合實驗兩部分。在課程講解過程中，針對每一個專題部分均設(shè)置了一個討論環(huán)節(jié)，課前收集近期發(fā)生的相關(guān)時政熱點，引導學生思考如何利用遙感技術(shù)解決關(guān)乎國計民生的重大環(huán)境問題，如針對我國近年來嚴峻的大氣污染形勢，設(shè)置“大氣污染遙感監(jiān)測”討論專題，組織學生針對遙感監(jiān)測原理、方法以及特點開展討論，最終以全球近20年來大氣污染時空變化遙感監(jiān)測圖展示我國污染治理成效，激發(fā)學生的民族自豪感。課程結(jié)束后，由學生針對大氣、水體、土壤與生態(tài)環(huán)境4個課程專題，挑選感興趣的內(nèi)容，以小組為單位，運用遙感原理與方法開展環(huán)境污染監(jiān)測分析研究實驗，撰寫實驗報告并進行課程答辯。通過這些方式，進一步提高學生主動觀察身邊環(huán)境的意識，增強其環(huán)境意識，同時也極大提高其運用專業(yè)知識解決實踐問題的能力。

4 結(jié)束語

加強遙感類課程思政建設(shè)是新時期國家遙感專業(yè)人才培養(yǎng)的重大需求。文中根據(jù)遙感專業(yè)自身熱點及其發(fā)展趨勢，探討世界觀、“物質(zhì)—運動”“整體—局部”“理論—實踐”等哲學要素以及大國崛起、國家戰(zhàn)略需求、時代榜樣力量等時政、思政元素的挖掘與融入方式，不僅有助于激發(fā)學生的學習積極性，提高其學習效率，同時有助于培養(yǎng)其形成正確的世界觀與價值觀，提升其利用專業(yè)知識服務(wù)于國家建設(shè)的使命感與責任感，因而具有重要意義。隨著專業(yè)課與思想政治理論課有機結(jié)合的不斷成熟，勢必不斷推進、提高我國遙感專業(yè)人才的業(yè)務(wù)水平與家國情懷，促進關(guān)鍵核心技術(shù)的自主化。