基于OBE 理念的“遙感軟件應用”課程教學改革與實踐

艾金泉，田 申，楊玉成，何海清

（東華理工大學測繪與空間信息工程學院 江西 南昌 330013）

人工智能、大數據、云計算和虛擬仿真等新興技術的快速發(fā)展給遙感、地信等產業(yè)帶來了深遠的影響，對相關專業(yè)的教學體系和教學內容也帶來了前未有的挑戰(zhàn)和機遇[1-3]。如何讓學生掌握扎實的理論基礎知識和過硬的實踐技術，培養(yǎng)出適應社會發(fā)展與國家需求的創(chuàng)新型人才，是當前教學改革的熱點問題[4]。

成果導向教育（outcome-based education，OBE）是基于學習產出的教育模式，教學過程遵循“以學生為中心”，教學聚焦學習成果，反向設計教學內容和教學過程，并強調對教學的持續(xù)改進[5]。相比于傳統(tǒng)的教育模式，OBE 教育模式更強調學習方法和什么時候學習，更強調學生學會了什么以及是否能夠成功[6-7]。在OBE 教育模式下，教師對學生畢業(yè)時應達到的專業(yè)能力有明確的要求，在此基礎上，設計相應的教學內容、教學模式和評價方法來保障學生達到這些預期目標[8]，這也是當前教學改革的重要方向。

“遙感軟件應用”是遙感專業(yè)開設的一門重要專業(yè)基礎實踐課。目前，該課程教學側重基礎實驗操作的實現和遙感基礎應用，課程內容缺乏創(chuàng)新性，學生對于如何把理論知識和遙感工程項目有機融合還存在諸多盲點，解決實際遙感工程問題的能力還需要進一步提高。針對這一現狀，授課教師團隊提出基于OBE 理念的課程教學改革，包括優(yōu)化、優(yōu)化課程教學目標、優(yōu)化課程教學內容、完善課程考核機制。實踐表明，這些措施能夠取得較好的實踐效果。

1 “遙感軟件應用”課程教學存在的主要問題

1.1 課程設計不能很好地解決實際遙感工程問題

舊版的“遙感軟件應用”課程大綱，側重于ENVI 軟件操作實現，實驗項目設置偏容易，針對實際遙感工程問題的實踐教學偏少，實驗項目設置脫離了實際應用工程背景。部分實驗項目設置與當前測繪遙感產業(yè)的發(fā)展方向脫軌，無法較好地培養(yǎng)學生適應最新人才需求的應用技能，造成課程實驗項目教學缺乏實用性。

1.2 課程教學內容缺乏創(chuàng)新性

傳統(tǒng)的課程教學內容相對陳舊，最新的云計算遙感、深度學習、人工智能、虛擬現實等最新熱點研究內容和技術方法在教學內容中缺乏，學生所學遙感圖像處理技能與社會現實需求有一定的差距。以“遙感圖像分類與制圖”實驗為例，舊版的大綱仍然以傳統(tǒng)的非監(jiān)督分類方法和最大似然方法等傳統(tǒng)的監(jiān)督分類方法進行地物分類，對于最新的隨機森林算法、深度學習分類技術并未介紹，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。因此，亟須在實驗內容設計方面進行優(yōu)化，提升課程的創(chuàng)新性。

1.3 課程考核機制不完善

目前，實驗類課程通常采用多元化的方法對學生課程學習效果進行評價。然而，舊版的“遙感軟件應用”課程教學評價主要是教師依據實驗報告和平時出勤情況來確定學生的成績。這種評價方式比較單一，不利于真實地反映學生的實際掌握情況。因此，亟須優(yōu)化課程考核機制。

2 “遙感軟件應用”課程教學改革對策

2.1 優(yōu)化課程教學目標

基于OBE 理念，根據課程存在的問題，授課團隊優(yōu)化了課程教學目標（表1），使課程目標根植于學生畢業(yè)要求的指標點，聚焦學生能夠熟練使用常見的國內外遙感軟件（學到什么），以及處理實際復雜遙感工程問題的能力（能做什么）這一核心思想。

表1 “遙感軟件應用”課程目標與對應畢業(yè)要求之間的關系

2.2 優(yōu)化課程教學內容

針對當前“遙感軟件應用”課程教學存在的問題，授課團隊基于OBE 理念對課程教學內容進行了優(yōu)化（表2）。①引入最新的深度學習技術、隨機森林算法、時序變化檢測技術、遙感云計算技術到相應課程教學之中，解決學生知識陳舊、創(chuàng)新性不足、無法適應社會最新技術潮流的問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。②強化多源遙感數據智能處理與分析能力，特別是將最新的多種傳感器數據和新技術增加到教學實驗中，解決學生處理多源遙感數據集成使用和智能提取能力不足的問題。③引入虛擬現實技術，如新增“虛擬仿真技術在遙感影像分類中的應用”的實驗，解決教學之中危險區(qū)域實驗無法實現的問題，增強學生的情景體驗感，激發(fā)學生的興趣。④引入國產遙感軟件PIE 和國產高分系列數據，更大力度支持國產高分辨遙感數據與國產軟件，解決學生就業(yè)中對于國產軟件和國產數據不懂處理的“怪現象”。⑤新增一個研究創(chuàng)新型實驗，替換原有的一個案例教學，讓學生圍繞“自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測”這一主題確定一個方向進行自主設計實驗，發(fā)揮學生的自主性。此外，為了讓學生有效發(fā)揮學生的創(chuàng)新性和自主能動性，教師可推薦學生參加相關專業(yè)比賽，踐行以賽促教，以賽促學，充分調動學生的學習積極性。

表2 “遙感軟件應用”課程教學內容優(yōu)化

2.3 完善課程考核機制

傳統(tǒng)的“遙感軟件應用”課程評價主要依據學生考勤、實驗報告。這種評價方法的缺點是強調了學生的實驗報告內容，弱化了學生實驗過程的真實表現，考核指標無法體現學生的實際動手能力、創(chuàng)新思維能力和綜合能力，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質。為了解決這一問題，基于OBE 理念，圍繞學生能夠解決實際復雜遙感工程問題這一目標，授課團隊對學生實驗進行考核時需要采用更為靈活的方式，形成多元化的實驗考核機制（表3）。

表3 基于OBE 理念的實驗成績評價方法

3 “遙感軟件應用”課程教學改革效果

3.1 多源遙感數據自動處理能力明顯提高

從數據源類型處理能力看，相比于舊版的課程大綱中實驗基于單一類型數據展開，新版課程大綱中實驗過程使用了無人機數據及MODIS、Landsat-8、Sentinel-1、Sentinel-2、GF-1 WFV、HJ-1A、GF-5 等多種衛(wèi)星遙感數據，使得學生能夠較好地掌握國內外不同類型的多光譜數據、高光譜數據和雷達數據的處理過程，切實提升了多源遙感數據處理水平。從數據規(guī)模處理能力看，通過引入云遙感平臺，學生能夠高效地處理時序遙感大數據，強化了學生遙感大數據快速自動處理的能力。

3.2 創(chuàng)新能力明顯提升

“遙感軟件應用”課程引入深度學習、機器學習、VR技術、無人機數據處理等最新熱點技術之后，學生創(chuàng)新能力明顯增強。通過以賽促教、以賽促學的形式，在校生參加國家級專業(yè)競賽獲獎數量和質量明顯增加。例如，2020 級遙感專業(yè)學生學習了“遙感軟件應用”課程后，參加2022 年易智瑞杯中國大學生GIS 軟件開發(fā)競賽——遙感應用組比賽，獲得了1 項二等獎、6 項三等獎，學生獲獎人數占班級人數高達60%，取得了該競賽近5 年來最好的成績。從科研成果來看，本科生省級和校級科技立項項目逐年遞增，科技論文和專利發(fā)表均逐年增加。根據不完全統(tǒng)計，遙感專業(yè)近三年來發(fā)表學術論文13 篇、專利3 項，相比以往都取得了較好的進步。

3.3 解決實際遙感工程問題的能力明顯提升

通過增加綜合性應用實驗和研究創(chuàng)新型實驗，學生解決實際遙感工程問題的能力明顯提升。例如，針對2020 年鄱陽湖區(qū)洪澇淹沒過程監(jiān)測的實際遙感工程問題，學習完課程后，學生能夠通過文獻綜述學習洪水淹沒遙感提取的最新研究進展，下載光學與雷達衛(wèi)星遙感數據，設計實驗方案，提出集成光學與雷達數據的洪水淹沒遙感監(jiān)測新方法，并最終在ESRI 競賽中獲得獎項。