融合人工智能知識(shí)的遙感類(lèi)研究生課程教學(xué)思考

陳杰 劉慧敏 鄧敏

[摘 要]人工智能的浪潮已在全球范圍內(nèi)席卷各行各業(yè)。各大企業(yè)紛紛釋放人工智能相關(guān)功能的崗位需求，倒逼遙感研究方向的研究生教育改革。因此，在大數(shù)據(jù)與人工智能背景下，需要培養(yǎng)體系從深層次推動(dòng)研究生課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新發(fā)展。思考如何完善融合人工智能知識(shí)的遙感類(lèi)研究生課程教學(xué)各重要環(huán)節(jié)的建設(shè)。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù);人工智能;實(shí)踐教學(xué)

[基金項(xiàng)目]2018年9月中南大學(xué)學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目“新工科背景下遙感科學(xué)與技術(shù)研究生培養(yǎng)體系優(yōu)化與實(shí)踐研究”（2018JG32）

[作者簡(jiǎn)介]陳 杰（1980—），男，湖南衡陽(yáng)人，博士，中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院副教授，主要從事人工智能的遙感應(yīng)用研究;鄧 敏（1974—），男，江西撫州人，博士，中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院教授（通信作者），主要從事地理時(shí)空大數(shù)據(jù)分析研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G643.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）45-0-02[收稿日期] 2020-05-17

一、引言

人工智能的巨大價(jià)值將使其在中國(guó)實(shí)現(xiàn)“世界制造強(qiáng)國(guó)長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)”的任務(wù)中扮演引擎作用[1]。2017年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》給測(cè)繪行業(yè)指出了從信息化邁入到智能化測(cè)繪4.0時(shí)代的技術(shù)發(fā)展機(jī)遇[2]。隨著遙感地理信息服務(wù)不斷融入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，目前人才培養(yǎng)體系下成長(zhǎng)的研究生已難以為各大IT企業(yè)提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的策略和方案。即傳統(tǒng)培養(yǎng)體系下的遙感方向研究生，會(huì)慢慢失去作為企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的主流人才的機(jī)遇[3]。人工智能的大環(huán)境下，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理技術(shù)不再是常態(tài)。測(cè)繪學(xué)科的內(nèi)涵、外延將進(jìn)一步延伸，信息化與智能化趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯[4]。融入人工智能的遙感方向研究生人才培養(yǎng)無(wú)疑是推動(dòng)此次智能化測(cè)繪4.0革命的重要內(nèi)容之一。其目的是為未來(lái)儲(chǔ)備更有競(jìng)爭(zhēng)力的人才，以便符合相關(guān)行業(yè)發(fā)展與專業(yè)教育發(fā)展的需要。

因而，在大數(shù)據(jù)與人工智能背景下，需要培養(yǎng)體系深層次推動(dòng)研究生教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新發(fā)展。本文結(jié)合現(xiàn)有遙感方向人才培養(yǎng)特點(diǎn)，與學(xué)校遙感學(xué)科自身發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，思考如何完善融合人工智能知識(shí)的遙感類(lèi)研究生課程教學(xué)各重要環(huán)節(jié)的建設(shè)。

二、完善人工智能遙感應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容

（一）加強(qiáng)計(jì)算思維與空間認(rèn)知能力培養(yǎng)

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[5]。結(jié)合對(duì)人工智能的遙感大數(shù)據(jù)信息理解和認(rèn)知，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)遙感相關(guān)原理之后，在教師的引導(dǎo)下思考如何利用人工智能技術(shù)從海量遙感數(shù)據(jù)中挖掘地表空間現(xiàn)象或過(guò)程蘊(yùn)含的規(guī)則或知識(shí)[1]。另外，基于遙感數(shù)據(jù)的空間認(rèn)知是一個(gè)空間關(guān)聯(lián)的過(guò)程，人們通過(guò)空間認(rèn)知對(duì)地物目標(biāo)的空間特性、相對(duì)位置等信息進(jìn)行獲取、歸類(lèi)、記憶、描述等[3]。因此，需要引導(dǎo)學(xué)生思維向分析和解決大數(shù)據(jù)問(wèn)題的方向拓展，培養(yǎng)學(xué)生基于遙感影像數(shù)據(jù)的視覺(jué)圖解，從而認(rèn)知地理環(huán)境過(guò)程的綜合信息的能力。

（二）完善人工智能相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)

遙感科學(xué)是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，不僅需要物理、數(shù)學(xué)、地理的理論知識(shí)，還要從機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人工智能等相關(guān)學(xué)科吸收精華[6]。除開(kāi)設(shè)一般的遙感課程之外，有選擇性地補(bǔ)充學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)課程。這些課程的學(xué)習(xí)有利于學(xué)生在積累了遙感知識(shí)后，能思考并選擇采用相應(yīng)人工智能技術(shù)來(lái)解決遙感應(yīng)用的問(wèn)題。因此，在培養(yǎng)方案中可適當(dāng)增設(shè)涵蓋數(shù)據(jù)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的基礎(chǔ)理論模塊，有利于學(xué)生構(gòu)建融合人工智能的遙感應(yīng)用知識(shí)體系。

（三）注重與現(xiàn)有遙感類(lèi)課程的融合教學(xué)

在將人工智能理論與方法融入遙感方向的研究生教學(xué)中，要注重與現(xiàn)有研究生培養(yǎng)體系的知識(shí)融合。這要求在給研究生開(kāi)設(shè)遙感專業(yè)課程時(shí)，既要對(duì)背景、現(xiàn)狀、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題發(fā)展進(jìn)行概要介紹，也要對(duì)所涉及的人工智能技術(shù)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要引入，這樣才能讓研究生對(duì)相關(guān)知識(shí)有清晰的認(rèn)識(shí)理解，并能舉一反三。通過(guò)讓學(xué)生對(duì)前沿領(lǐng)域研究的內(nèi)容與方法進(jìn)行歸納總結(jié)，形成對(duì)現(xiàn)有課程所學(xué)到知識(shí)的延伸，促進(jìn)學(xué)生聯(lián)系問(wèn)題和需求來(lái)梳理知識(shí)體系，從而形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)[7]。因此，要注重新增人工智能理論和方法的內(nèi)容與現(xiàn)有遙感類(lèi)課程內(nèi)容的融合教學(xué)。

三、推行遙感應(yīng)用導(dǎo)向的多層教學(xué)保障

（一）知識(shí)傳授要兼顧廣度與深度

為引入人工智能知識(shí)，任課老師不能顧及人工智能理論方法的各方面，若僅對(duì)該領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行宏觀介紹，則難以對(duì)學(xué)生產(chǎn)生足夠的吸引力。因而，任課教師一方面可引導(dǎo)學(xué)生查閱人工智能理論方法的相關(guān)文獻(xiàn)，另一方面要在課程中引入些同學(xué)們感興趣、與研究方向相關(guān)的內(nèi)容，這樣能提高學(xué)生接受知識(shí)的針對(duì)性。由于人工智能與遙感大數(shù)據(jù)的復(fù)合型、交叉型的知識(shí)融合特點(diǎn)，可在教學(xué)過(guò)程中向?qū)W生介紹收集整理的多學(xué)科、多領(lǐng)域的應(yīng)用案例，是為既要體現(xiàn)遙感大數(shù)據(jù)智能處理的教學(xué)特色，又能培養(yǎng)研究生人才的綜合應(yīng)用能力。

（二）利用多型方式開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)

實(shí)施以學(xué)生為主體、以問(wèn)題為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式[8]。引導(dǎo)學(xué)生將課程聯(lián)系導(dǎo)師研究項(xiàng)目，使其能了解所做研究的背景與基本認(rèn)知框架，找到問(wèn)題的領(lǐng)域地位，提升積極性和創(chuàng)造力。聘請(qǐng)不同領(lǐng)域的專家對(duì)問(wèn)題進(jìn)行講解，使得學(xué)生能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求去分析人工智能技術(shù)的遙感應(yīng)用問(wèn)題。這樣，通過(guò)聯(lián)合多類(lèi)實(shí)踐途徑，促使學(xué)生從多個(gè)角度進(jìn)行考慮，培養(yǎng)研究生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，在課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)上，也可遵循“OBE”理念，通過(guò)校企共同調(diào)研，結(jié)合遙感行業(yè)的人工智能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，吸納行業(yè)大型企業(yè)以及教育專家，討論設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方案[9]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)新時(shí)代下人工智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，調(diào)整課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)與專業(yè)實(shí)踐的安排，補(bǔ)充學(xué)科應(yīng)用案例庫(kù)。

（三）教師教學(xué)能力培養(yǎng)體系構(gòu)建

人工智能的大浪如此兇猛，迫切需要有相應(yīng)背景的教師帶領(lǐng)學(xué)生融入巨大的技術(shù)變革中，并在遙感與人工智能相互融合的人才培養(yǎng)模式中，扮演導(dǎo)航員與知識(shí)傳播者的角色。為此，教師調(diào)整自己的專業(yè)結(jié)構(gòu)，探索人工智能技術(shù)與遙感科學(xué)技術(shù)的契合點(diǎn)，在原有學(xué)科基礎(chǔ)上拓寬人工智能專業(yè)教育的內(nèi)容[2]。學(xué)校與學(xué)院可根據(jù)自身發(fā)展目標(biāo)制定教師智能化發(fā)展計(jì)劃，根據(jù)發(fā)展計(jì)劃有步驟、措施提高教師的智能化教學(xué)能力[10]。也可拿出激勵(lì)措施，來(lái)表彰教師的智能化轉(zhuǎn)換的表現(xiàn)，鼓勵(lì)教師本人不斷加強(qiáng)信息化、智能化教學(xué)的理論修養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

人工智能技術(shù)將無(wú)處不在地融入遙感所涉及的一系列從原理到應(yīng)用的整個(gè)領(lǐng)域。本文注重以系統(tǒng)性思維、創(chuàng)新性思維作為遙感方向研究生培養(yǎng)的人工智能教育的重要基礎(chǔ)，通過(guò)融合人工智能原理與方法相關(guān)知識(shí)完善遙感類(lèi)課程教學(xué)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感方向研究生的培養(yǎng)向生態(tài)、持續(xù)、智能、跨界發(fā)展的教學(xué)模式發(fā)展。通過(guò)研究生培養(yǎng)過(guò)程課程教學(xué)的改革，推動(dòng)對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)踐技能的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]陳杰，康雯，劉慧敏.人工智能時(shí)代背景下的遙感課程教學(xué)實(shí)踐思考[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（2）：176-178.

[2]張靜，梁同立，鄧超.基于人工智能發(fā)展的測(cè)繪人才培養(yǎng)體系改革[J].測(cè)繪工程，2019，28（3）：76-80.

[3]周立，盧霞，呂海濱，等.智慧時(shí)代的空間信息人才培養(yǎng)：挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)[J].測(cè)繪通報(bào)，2020（4）：147-151.

[4]甘夢(mèng)仙，胡鵬.新工科階段測(cè)繪高等教育的智能化[J].工程技術(shù)研究，2019，4（10）：232-233.

[5]陳凱泉，何瑤，仲國(guó)強(qiáng).人工智能視域下的信息素養(yǎng)內(nèi)涵轉(zhuǎn)型及AI教育目標(biāo)定位[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2018，36（1）：61-71.

[6]陳一祥，姜杰，李文梅，等.大數(shù)據(jù)智能時(shí)代“遙感原理與方法”創(chuàng)新教學(xué)探索[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（36）：112-113.

[7]張自強(qiáng)，趙京.工科研究生培養(yǎng)體系中概述類(lèi)課程的幾點(diǎn)思考[J].教育教學(xué)論壇，2020（2）：292-293.

[8]馮曉麗.基于個(gè)性化人才培養(yǎng)的主動(dòng)實(shí)踐教學(xué)思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2015（2）：84-86.

[9]傅冬穎，遲劍，孫海民.新工科背景下大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2019，18（17）：250-252.

[10]張圣菊，王新剛，潘志宏，等.培養(yǎng)體系構(gòu)建[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（23）：215-217，219.

Thoughts on the Teaching of Remote Sensing Graduate Courses Integrated with Artificial Intelligence

CHEN Jie， LIU Hui-min， DENG Min

（School of Geosciences and Info-physics， Central South University， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract： The wave of artificial intelligence has swept all walks of life across the globe. Major companies have released job requirements for artificial intelligence-related functions， forcing graduate education reform in the direction of remote sensing research. Therefore， under the background of big data and artificial intelligence， it is necessary for the talent-cultivation system to promote the reform and innovation of graduate course teaching from a deep level. By combining the characteristics of graduate student cultivation in direction of remote sensing， this paper considers the teaching of graduate courses that integrate artificial intelligence knowledge.

Key words： big data; artificial intelligence; practical teaching