融合人工智能知識的遙感類研究生課程教學思考

陳杰 劉慧敏 鄧敏

[摘 要]人工智能的浪潮已在全球范圍內席卷各行各業。各大企業紛紛釋放人工智能相關功能的崗位需求，倒逼遙感研究方向的研究生教育改革。因此，在大數據與人工智能背景下，需要培養體系從深層次推動研究生課程教學的改革與創新發展。思考如何完善融合人工智能知識的遙感類研究生課程教學各重要環節的建設。

[關鍵詞]大數據;人工智能;實踐教學

[基金項目]2018年9月中南大學學位與研究生教育教學改革項目“新工科背景下遙感科學與技術研究生培養體系優化與實踐研究”（2018JG32）

[作者簡介]陳 杰（1980—），男，湖南衡陽人，博士，中南大學地球科學與信息物理學院副教授，主要從事人工智能的遙感應用研究;鄧 敏（1974—），男，江西撫州人，博士，中南大學地球科學與信息物理學院教授（通信作者），主要從事地理時空大數據分析研究。

[中圖分類號] G643.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）45-0-02[收稿日期] 2020-05-17

一、引言

人工智能的巨大價值將使其在中國實現“世界制造強國長期發展戰略目標”的任務中扮演引擎作用[1]。2017年國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》給測繪行業指出了從信息化邁入到智能化測繪4.0時代的技術發展機遇[2]。隨著遙感地理信息服務不斷融入大數據、云計算、物聯網等信息技術，目前人才培養體系下成長的研究生已難以為各大IT企業提供具有競爭力的策略和方案。即傳統培養體系下的遙感方向研究生，會慢慢失去作為企業核心競爭力的主流人才的機遇[3]。人工智能的大環境下，傳統的測量儀器與數據處理技術不再是常態。測繪學科的內涵、外延將進一步延伸，信息化與智能化趨勢會越來越明顯[4]。融入人工智能的遙感方向研究生人才培養無疑是推動此次智能化測繪4.0革命的重要內容之一。其目的是為未來儲備更有競爭力的人才，以便符合相關行業發展與專業教育發展的需要。

因而，在大數據與人工智能背景下，需要培養體系深層次推動研究生教育教學的改革與創新發展。本文結合現有遙感方向人才培養特點，與學校遙感學科自身發展的優勢，思考如何完善融合人工智能知識的遙感類研究生課程教學各重要環節的建設。

二、完善人工智能遙感應用的教學內容

（一）加強計算思維與空間認知能力培養

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[5]。結合對人工智能的遙感大數據信息理解和認知，需要學生在學習遙感相關原理之后，在教師的引導下思考如何利用人工智能技術從海量遙感數據中挖掘地表空間現象或過程蘊含的規則或知識[1]。另外，基于遙感數據的空間認知是一個空間關聯的過程，人們通過空間認知對地物目標的空間特性、相對位置等信息進行獲取、歸類、記憶、描述等[3]。因此，需要引導學生思維向分析和解決大數據問題的方向拓展，培養學生基于遙感影像數據的視覺圖解，從而認知地理環境過程的綜合信息的能力。

（二）完善人工智能相關的理論基礎知識

遙感科學是一門綜合性較強的學科，不僅需要物理、數學、地理的理論知識，還要從機器學習、計算機視覺和人工智能等相關學科吸收精華[6]。除開設一般的遙感課程之外，有選擇性地補充學習人工智能的基礎課程。這些課程的學習有利于學生在積累了遙感知識后，能思考并選擇采用相應人工智能技術來解決遙感應用的問題。因此，在培養方案中可適當增設涵蓋數據科學、統計學、計算機科學在內的基礎理論模塊，有利于學生構建融合人工智能的遙感應用知識體系。

（三）注重與現有遙感類課程的融合教學

在將人工智能理論與方法融入遙感方向的研究生教學中，要注重與現有研究生培養體系的知識融合。這要求在給研究生開設遙感專業課程時，既要對背景、現狀、關鍵科學問題發展進行概要介紹，也要對所涉及的人工智能技術方法進行簡要引入，這樣才能讓研究生對相關知識有清晰的認識理解，并能舉一反三。通過讓學生對前沿領域研究的內容與方法進行歸納總結，形成對現有課程所學到知識的延伸，促進學生聯系問題和需求來梳理知識體系，從而形成系統的認識[7]。因此，要注重新增人工智能理論和方法的內容與現有遙感類課程內容的融合教學。

三、推行遙感應用導向的多層教學保障

（一）知識傳授要兼顧廣度與深度

為引入人工智能知識，任課老師不能顧及人工智能理論方法的各方面，若僅對該領域的研究成果進行宏觀介紹，則難以對學生產生足夠的吸引力。因而，任課教師一方面可引導學生查閱人工智能理論方法的相關文獻，另一方面要在課程中引入些同學們感興趣、與研究方向相關的內容，這樣能提高學生接受知識的針對性。由于人工智能與遙感大數據的復合型、交叉型的知識融合特點，可在教學過程中向學生介紹收集整理的多學科、多領域的應用案例，是為既要體現遙感大數據智能處理的教學特色，又能培養研究生人才的綜合應用能力。

（二）利用多型方式開展實踐教學

實施以學生為主體、以問題為導向、以任務為驅動的教學模式[8]。引導學生將課程聯系導師研究項目，使其能了解所做研究的背景與基本認知框架，找到問題的領域地位，提升積極性和創造力。聘請不同領域的專家對問題進行講解，使得學生能夠結合生產實際需求去分析人工智能技術的遙感應用問題。這樣，通過聯合多類實踐途徑，促使學生從多個角度進行考慮，培養研究生解決實際問題的能力。此外，在課程教學大綱設計上，也可遵循“OBE”理念，通過校企共同調研，結合遙感行業的人工智能技術發展趨勢，吸納行業大型企業以及教育專家，討論設計實踐教學方案[9]。在此基礎上，根據新時代下人工智能技術的發展現狀，調整課程的知識結構與專業實踐的安排，補充學科應用案例庫。

（三）教師教學能力培養體系構建

人工智能的大浪如此兇猛，迫切需要有相應背景的教師帶領學生融入巨大的技術變革中，并在遙感與人工智能相互融合的人才培養模式中，扮演導航員與知識傳播者的角色。為此，教師調整自己的專業結構，探索人工智能技術與遙感科學技術的契合點，在原有學科基礎上拓寬人工智能專業教育的內容[2]。學校與學院可根據自身發展目標制定教師智能化發展計劃，根據發展計劃有步驟、措施提高教師的智能化教學能力[10]。也可拿出激勵措施，來表彰教師的智能化轉換的表現，鼓勵教師本人不斷加強信息化、智能化教學的理論修養。

四、結語

人工智能技術將無處不在地融入遙感所涉及的一系列從原理到應用的整個領域。本文注重以系統性思維、創新性思維作為遙感方向研究生培養的人工智能教育的重要基礎，通過融合人工智能原理與方法相關知識完善遙感類課程教學的內容，實現對遙感方向研究生的培養向生態、持續、智能、跨界發展的教學模式發展。通過研究生培養過程課程教學的改革，推動對學生的項目實踐技能的培養，引導學生將理論與實際相結合。

參考文獻

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[10]張圣菊，王新剛，潘志宏，等.培養體系構建[J].科技創新導報，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