農林類院校遙感技術與應用實踐教學改革探索

馬 丹 毛艷玲 駱社周 陳翰閱 張黎明

（福建農林大學資源與環境學院，福建福州 430002）

近年來，以“新技術、新業態、新模式、新產業”為特征的新經濟蓬勃發展［1］，對某些專業建設和課程教學提出了更高的要求。2018年4月，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》，將測繪類專業列入首批“新工科”研究與實踐項目名單中，同時強調要統籌考慮“新的工科專業、工科的新要求”，創新大學組織形式，促進“工醫”、“工農”、“工文”交叉。遙感科學與技術作為測繪類專業的核心課程，是在學科交叉滲透、互相融合的基礎上發展起來的，很多遙感新技術在國土資源調查、農業、林業等領域都得到了廣泛的應用［2-8］。因此，積極推進遙感技術與應用課程實踐改革，成為了新工科背景下農林類院校課程建設關注的重要問題。但由于當前我國工程教育在人才培養理念上輕視實踐訓練，使得學生解決工程實際問題的能力較為欠缺［9］，在農林類專業體現的更為明顯［10］。2017年8月，美國麻省理工學院啟動了“新工程教育轉型”計劃，提出新工科教育改革的路徑為“學科串”的應用，強調關注學生的實踐經驗［11］。為此，本文在新工科背景下探索了農林類院校遙感技術與應用實踐教學改革，以期為培養新時代復合型人才奠定堅實的基礎。

1 遙感技術與應用實踐教學中存在的問題

遙感技術與應用是農林類院校眾多專業如土地資源管理、農業資源與環境、林學等的基礎課課程，其實踐內容包括實驗課和實習課。通過該課程的理論與實踐教學，學生了解遙感數據獲取，深刻理解遙感原理，掌握遙感相關技術，將來可以從事測繪、國土資源、農林等相關領域的工作。

傳統的農林類院校的遙感技術與應用實踐教學，以教師為中心，側重于對學生基于單一的遙感知識體系的技能訓練，而忽視了學生個體身心的發展規律、內容設計忽略與農林類學科專業的交叉或融合，忽視了遙感技術領域的新興技術，忽視了學生的工程實踐經驗構建。基于成果導向教育（OBE）理念，強調以學生為本的教育理念，以學生獲得的能力和結果為目標，聚焦于學生的學習成果［11］。因此，基于成果導向教育（OBE）理念對實踐課程進行教學改革與實踐，需要引入遙感新技術，特別是與農、林等學科交叉融合的教學實踐內容，是適應新工科建設、促進“工農”交叉的重要舉措。

2 遙感技術與應用實踐教學改革探索

2.1 體現新技術和新方法課程實踐內容體系賦予新工科時代背景，引入新技術、新方法。首先，對數據進行更新、完善并建立數據庫，最初采用中低分辨率的多光譜遙感影像時，引入高分辨率的全色、多光譜遙感影像、高光譜遙感影像、機載激光雷達影像。其次，在遙感數字圖像分類實踐時引入基于句法模式的高精度數據挖掘算法如支持向量機、神經網絡等算法，以前采用基于統計的非監督和監督分類傳統算法。再次，在實踐中引入最近幾年發展迅猛的無人機技術，將無人機正射和傾斜遙感影像融入到教學實踐中。

2.2 多學科交叉與深度融合實踐內容考慮農林類院校的特色，突出遙感學科與農林學科的交叉、深度融合。為培養能適應新時代的農林類復合型人才，增加遙感技術在國土資源、農林等領域應用的教學內容，如遙感實驗引入“ASD地物光譜儀野外測定地物的反射光譜特性曲線”、“支持向量機分類算法用于土地覆蓋調查”，遙感實習引入“第二、三次全國國土資源調查試點案例、遙感監測農作物生長漲勢、遙感用于農作物估產、遙感數據反演土壤有機質、遙感數據監測作物葉片營養狀況、遙感數據監測PM2.5監測與預報、遙感技術在森林火災監測的應用、遙感技術在洪水災害監測的應用”等。

2.3 基于OBE理念的項目教學法基于OBE理念構建項目為中心的教學模式。在教學過程中，基于OBE教學理念以工程實踐項目為中心，制定各項目的學習目標，小組選題、自主擬定方法和技術路線，小組采用PPT匯報成果并集中討論，與行業生產應用的方案、技術路線進行比對。在完成項目過程中，鼓勵學生發現科學問題后研讀項目相關的代表性論文和前沿論文、分析問題、探索解決辦法，深入研究，將項目研究成果內容撰寫科技論文并發表，完成本科畢業論文的撰寫。

2.4 采用“互聯網+教育”的教學手段在“互聯網+”的大環境下，充分利用互聯網豐富的教學資源，借助互聯網社交平臺、公眾號和教育APP等手段輔助教學。首先，利用慕課平臺、公眾號等資源引導學生深入學習相關的知識體系，學習“互聯網+”在國土資源調查的案例分析。其次，利用互聯網平臺上豐富的衛星遙感數據資料，下載其家鄉或校園等熟悉地區的遙感影像或互聯網上已經驗收的遙感項目資料，讓學生以小組為單元開展遙感影像判讀案例，輔佐實地勘探或互聯網云任務發布的方式或遙感解譯樣本數據進行驗證，從而增加遙感技術核心技能的實踐經驗；可引導不同小組對不同平臺、不同數據類型、不同空間尺度的數據判讀方法差異進行分析。利用手機微信、QQ平臺、教學助手APP、雨課堂APP等工具，對學生的實踐環節進行及時了解和實時輔導。

3 教學成效

在新工科專業升級與促進“工農”結合的背景下，本課程實踐的教學改革探索激發了學生的學習興趣，豐富了學生的工程實踐經驗，提升了學生解決問題的能力與科研探索精神。依托本課程實踐成果，在OBE教育理念的引導下，所在學校本科生以興趣點獨立做實驗，撰寫科研論文，最后發表到中文核心期刊、學術會議論文并獲獎，以及以課程實踐成果為藍本完成了畢業論文；將實踐內容融入到學科競賽、創新創業競賽中，多個小組獲得學科競賽獎項和省校級創新創業立項。經過本課程前沿論文的匯報討論，學生的科研和創新能力得到了顯著提高，曾有學生表示在本科階段發表了SCI論文，選擇課題新穎和難度較大的畢業論文和畢業實習人數顯著增加。另外，首次出現主動聯系新興產業無人機操控手培訓實踐的學生。

4 結語

本文結合新工科背景下對農林類院校遙感技術與應用實踐課程進行探索，對遙感技術與應用課程實踐內容體系更新升級，將遙感技術和國土資源、農林等多行業進行了多學科交叉與深度融合，基于OBE教學理念構建項目教學法激發了學生的學習興趣，也提高了其工程實踐能力和創新能力。