防災減災專業(yè)人才需求下的遙感原理與應用課程教學實踐及改革

朱紅 孟健 劉小陽 孫廣通 錢安

摘?要：推進防災減災專業(yè)人才培養(yǎng)與教育教學的深度融合，通過教學內(nèi)容、教學模式與教學方法的改革，培養(yǎng)導向性、創(chuàng)新性和專業(yè)性高校復合型人才是我國高等教育的重要任務之一。鑒于現(xiàn)有遙感科學發(fā)展與防災減災人才需求現(xiàn)狀存在的問題，提出面向防災減災需求導向的遙感原理與應用課程建設及改革思路。從教學內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)入手，對遙感科學基礎知識的教學進行強化，實時融合防災減災相關發(fā)展的需求，培養(yǎng)學生科學思維與防災減災技術能力的提高。通過改革措施的實踐，為防災減災領域培養(yǎng)更多具備遙感素養(yǎng)及遙感災害數(shù)據(jù)分析能力的綜合型人才。

關鍵詞：遙感原理與應用；防災減災；教學實踐；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G64??文獻標識碼：A

1?概述

防災減災是國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要抓手和推動力。高等學校作為應對災害全過程的培養(yǎng)者和參與者，為實現(xiàn)教育水平與當前防災減災專業(yè)人才需求和增長模式的相適應，高等教育及人才培養(yǎng)應該做到引領人才發(fā)展導向與科技創(chuàng)新［13］。在新工科時代發(fā)展背景的驅(qū)動下，以滿足人才需求、多學科交叉融合及創(chuàng)新為導向，以培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型人才為目標，是當代中國特色國情的高等學校課程教育改革的必經(jīng)之路［46］。我國作為世界上自然災害最為嚴重的國家之一，自然災害種類多、分布地域廣、發(fā)生頻率高、影響損失大。災害的突發(fā)性、極端性和復雜性有增無減，防災減災形勢依然嚴峻，防災減災救災的高校人才教育、專業(yè)人才隊伍建設刻不容緩［78］。由此可見，防災減災科技的支撐能力與專業(yè)人才培養(yǎng)，是保障減災服務、統(tǒng)籌和激活防災減災救災管理人才建設的關鍵所在。隨著國家民用空間基礎設施規(guī)劃中遙感衛(wèi)星體系的穩(wěn)步推進，以及商業(yè)遙感衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)獲取能力與質(zhì)量呈現(xiàn)齊升之勢，衛(wèi)星圖像構成了遙感大數(shù)據(jù)的主體，目前已經(jīng)廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、災害評估及應急指揮等領域中［912］。遙感大數(shù)據(jù)的發(fā)展為防災減災注入了新動力，擴大了遙感產(chǎn)業(yè)規(guī)模、深化行業(yè)應用。因此，遙感大數(shù)據(jù)背景下對復合型遙感科學人才的培養(yǎng)提出了更高要求。測繪工程專業(yè)針對遙感原理與應用課程學習應以培養(yǎng)具備足夠競爭力的防災減災人才為目標，建立融合防災減災行業(yè)需求下的遙感專業(yè)人才培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容體系及實踐環(huán)節(jié)勢在必行。

本文從遙感原理與應用課程教學的角度，討論了防災減災人才需求驅(qū)動下遙感原理教學和高校人才培養(yǎng)所帶來的機遇與挑戰(zhàn)，進而闡述了防災減災復合型人才需求下遙感原理與應用課程教學改革設想，以及所采取的具體措施。

2?防災減災行業(yè)人才需求驅(qū)動下遙感原理課程教學的機遇與挑戰(zhàn)

防災減災人才需求為遙感原理課程的教學及發(fā)展帶來了新的機遇。面對地震、洪澇、臺風、干旱等極端自然災害，及時有效地采取救災措施至關重要，而這其中災情數(shù)據(jù)的獲取以及數(shù)據(jù)的時效是決定救災措施有效性的關鍵所在［1314］。多源遙感影像作為災害監(jiān)測與評估的基礎數(shù)據(jù)，其重要性不言而喻。因此，遙感科學基礎知識的強化及遙感大數(shù)據(jù)的導向性應用將有助于災害監(jiān)測及防治管理。與此同時，從學術研究到應急管理決策，基于遙感大數(shù)據(jù)的災害要素識別、災害信息分析等，遙感在防災減災的具體應用中積累了大量的實際案例，有助于豐富遙感原理教學內(nèi)容與實踐設計，激發(fā)學生的學習熱情。遙感理論與防災減災救災的實際應用相結合，既符合當下多學科交叉融合發(fā)展的新趨勢，也有助于拓展學生的專業(yè)知識面，培養(yǎng)具備綜合分析能力的專業(yè)復合型人才。

目前，國內(nèi)遙感原理與應用課程在教學模式上還存在一些問題，使其難以適應遙感大數(shù)據(jù)時代下防災減災的人才培養(yǎng)需求?，F(xiàn)有問題大致可以歸納為以下幾個方面：

（1）教學內(nèi)容與防災減災案例融合薄弱，對顧及遙感大數(shù)據(jù)的防災減災應用的動態(tài)吸收較為匱乏。現(xiàn)有教材大多數(shù)的核心內(nèi)容依然以傳統(tǒng)的遙感圖像原理以及應用為主，缺乏面向遙感大數(shù)據(jù)下的防災減災應用的具體結合與應用分析，致使教學內(nèi)容缺少與行業(yè)特色需求的融合。

（2）課程實踐設計缺乏行業(yè)背景需求的針對性，教學方式較為單一。目前，許多遙感原理與應用課程以ERDAS軟件配套實驗數(shù)據(jù)為主，學生對遙感影像數(shù)據(jù)的普及與應用了解甚少或掌握欠缺，對于具體行業(yè)應用需求下遙感影像數(shù)據(jù)精準下載的把控較弱，對于遙感影像數(shù)據(jù)的預處理及深入分析更是嚴重脫軌，無法有效地做到理論聯(lián)系實際，提升學生的動手能力。

（3）融合防災減災特色的專業(yè)思維能力培養(yǎng)尚且欠缺，導致學生難以將遙感原理與防災減災實踐相結合，從理論到實踐時，學生缺乏發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的專業(yè)能力，對于遙感大數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)誤用和濫用遙感影像的問題。

（4）教學考核方法及內(nèi)容較為傳統(tǒng)，側(cè)重于概念定義類型的記憶考查，難以體現(xiàn)學生對于行業(yè)背景專業(yè)掌握程度及靈活性，很難體現(xiàn)對學生技術實踐能力的考量。

3?防災減災復合型人才需求背景下遙感原理課程教學改革探索

3.1?面向防災減災應用需求的遙感原理課程建設

3.1.1?設計塔式結構教學目標，滿足防災減災行業(yè)需求下學生的差異性培養(yǎng)

遙感原理與應用對遙感科學的基礎要求較高，由于學生在基礎知識的理解、知識架構的把控、主觀能動性等方面均存在不同差異，對于知識點的理解與吸收自然參差不齊。基于此，針對防災減災復合型人才需求背景下遙感原理與應用課程設計塔式結構教學目標。以激發(fā)不同層次學生對遙感專業(yè)知識與防災減災應用需求融合學習的積極性。從底層基礎到頂層結構設計教學目標如下：

（1）規(guī)劃基礎教學目標，涵蓋各個章節(jié)的主要內(nèi)容，面向大多數(shù)學生，使其掌握基礎知識結構，側(cè)重培養(yǎng)學生在遙感基礎知識方面的強化；

（2）設計行業(yè)特色的科學思維培養(yǎng)目標，重點強化專業(yè)重點及難點內(nèi)容，引入遙感專業(yè)知識與防災減災應用的案例，培養(yǎng)學生分析行業(yè)需求下問題的分析與解決能力；

（3）實踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的終極目標，將各個章節(jié)的難點內(nèi)容融入具體的遙感災害實際案例當中，深刻體會章節(jié)中的重點與難點如果在實踐中進行應用，培養(yǎng)學生在防災減災行業(yè)背景下創(chuàng)新實踐能力及解決專業(yè)問題的靈活性。

3.1.2?創(chuàng)建動態(tài)教學模塊，靈活融入防災減災應用

近年來，遙感技術發(fā)展迅速，遙感課程早已不局限于最初的遙感領域應用范疇。隨著衛(wèi)星遙感、人工智能及5G等前沿科技的快速發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)驅(qū)動并深化了行業(yè)應用領域［15］，遙感科學技術也得到了廣泛關注。因此，遙感課程的教學內(nèi)容也應該做到與行業(yè)需求共同發(fā)展，將專業(yè)技術落實在具體的實際問題當中。特別是當前我國綜合防災減災救災專業(yè)教育的院校存在數(shù)量尚不充足、專業(yè)設置的合理性和培養(yǎng)模式有待進一步完善的問題，全方位、系統(tǒng)化、專業(yè)化和階段性的高校人才培養(yǎng)迫在眉睫。

為兼顧傳統(tǒng)遙感領域與防災減災行業(yè)的結合，確保遙感原理與應用課程內(nèi)容的完整性，在借鑒國內(nèi)外遙感專業(yè)課程改革經(jīng)驗的基礎上，在教學內(nèi)容中融入防災減災案例教學模塊。培養(yǎng)學生形成科研論文檢索的習慣，提升學生學習專業(yè)文獻的能力，調(diào)動學生對防災減災需求下遙感技術的應用及最新災害事件分析及管理的興趣。通過融入遙感災害案例教學模塊及科研信息同步共享，提升遙感應用于原理課程的深度和綜合性，展現(xiàn)遙感原理與應用課程在防災減災需求下的與時俱進，使學生可以深刻感受遙感學科在防災減災領域的作用和意義，開闊學生的專業(yè)視野。

3.2?面向防災減災應用需求的遙感原理實踐教學改革

3.2.1?串聯(lián)遙感基礎知識點，形成以實例應用為主的教學策略

提出基于遙感大數(shù)據(jù)的防災減災應用實例作為教學的主要策略，結合已有的知識結構，融入遙感災害實例應用，串聯(lián)各章節(jié)知識點。通過遙感災害應用實例驅(qū)動學生專業(yè)學習，運用遙感知識點解決自然災害中存在的專業(yè)問題，讓學生在具體案例中體會專業(yè)知識的魅力。不同于傳統(tǒng)知識點碎片化講解，在具體案例中串聯(lián)知識點，不僅可以讓學生學習重點知識，同時也可以讓學生體會各個知識點及章節(jié)的關聯(lián)性，避免將知識點做孤立化理解，形成以實例應用為主體的教學策略。在塔式結構教學目標的規(guī)劃下，在實例應用的驅(qū)動下，尋求解決問題的專業(yè)方法。如講授遙感影像判讀，在遙感基礎知識的講解基礎上，著重引導學生對災害要素的判讀能力，講解不同災種下災害要素精準判讀的重要性，在遙感圖像自動識別分類知識點中，重點引導學生對災害要素的自動識別及地物分類進行學習，依據(jù)某一自然災害展開講解，串聯(lián)知識點講授的同時完成災害要素的識別及分類。通過翻轉(zhuǎn)課堂的模式讓學生展現(xiàn)各自的實驗成果，分享案例中遙感數(shù)據(jù)的預處理、災害要素的提取以及災后的動態(tài)損失評估，增加學生解決實際問題的經(jīng)驗。最后，總結不同團隊在復現(xiàn)過程中的優(yōu)缺點，提升學生交流能力與合作意識，為學生后續(xù)畢業(yè)論文與畢業(yè)設計的完成提供支撐。

3.2.2?以專題應用模式提升學生編程能力，以多元化考核模式優(yōu)化評價體系

不同于軟件工程或者計算機專業(yè)學生，測繪工程專業(yè)學生的程序編寫及程序設計能力相對薄弱。因此，為了更深入地學習與理解遙感原理的理論部分，復現(xiàn)經(jīng)典的遙感圖像處理方法，引導學生選擇Matlab或Python等較為高級的編程語言進行學習。設計塔式結構的實踐教學內(nèi)容，如從遙感圖像的讀取到遙感圖像處理再到基于遙感圖像的災害監(jiān)測，不斷提高學生的程序編寫能力以便更好地解決實踐中的專業(yè)問題。該環(huán)節(jié)先由教師帶領學生先熟悉編程環(huán)境、語言規(guī)則等基本內(nèi)容，通過由易到難、由淺入深的實踐環(huán)節(jié)及內(nèi)容設置，引導學生根據(jù)所學知識完成對應算法的編寫，做到理論聯(lián)系實際。例如，可以從設計一個簡單的二分類線性分類器開始，讓學生掌握數(shù)據(jù)輸入、組織及分類基本流程；再逐漸進階到支持向量機等多類分類器的設計和試驗，并對這些分類器的分類效果進行比較分析。采用多維考核模式，公平有效地考量學生理論聯(lián)系實際的真實能力，綜合考勤、實踐、案例復現(xiàn)成果等多個方面構成總成績，可設置不同的權重比例，建立融入防災減災案例下的多元化實踐考核體制。

結語

遙感大數(shù)據(jù)快速發(fā)展及其在防災減災行業(yè)迫切需求，使傳統(tǒng)遙感原理與應用課程的教學重要性凸顯，對該課程在培養(yǎng)學生科學解決問題、專業(yè)分析數(shù)據(jù)能力方面提出了更高的要求。盡管現(xiàn)階段的遙感原理與應用課程的教學在與防災減災行業(yè)的結合下還存在較大的不足，但是通過合理的教學改革可以有效地、漸進地改變這一現(xiàn)狀。一方面，在融入防災減災案例下強化學生對遙感專業(yè)知識的理解，引導學生動態(tài)學習遙感災害專業(yè)知識的應用；另一方面，加強學生多學科交叉融合的思維能力培養(yǎng)，使其掌握遙感數(shù)據(jù)在防災減災領域的處理及應用。通過具體改革措施，提升遙感數(shù)據(jù)與防災減災領域多變需求想融合的能力，為學科和行業(yè)培養(yǎng)具備遙感素養(yǎng)和大數(shù)據(jù)災害分析能力的復合型人才。

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基金項目：防災科技學院教育研究與教學改革項目（No.JY2022B15）；河北省自然科學基金（No.D2020512?001）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目（No.ZY20200202）；廊坊市科學技術研究與發(fā)展計劃自籌經(jīng)費項目（No.2021013164）

*通訊作者：朱紅（1989—?），女，博士，副教授，碩士生導師，主要從事遙感圖像目標檢測、遙感圖像超分辨率重建、災害評估等方面的研究。