新工科背景下“遙感原理與應用”課程教學改革思考

夏清 朱愿

摘 要：隨著經濟的迅猛發展，各行各業對測繪類人才的需求日益增加。在國家新工科提出的背景下，“遙感原理與應用”作為測繪類專業的主要基礎專業課，具有很強的理論與實踐性。目前，高校在這門課程建設中普遍存在學生學習自主性差、理論與實踐分離度高、教學理念未緊跟領域發展前沿等問題。文章圍繞將新工科的教育理念引入到“遙感原理與應用”課程中，對課程建設與人才培養進行討論，以期使學生能夠真正獲得滿足專業需求的知識和能力，為全面提升課程建設獻計獻策，滿足新時代測繪人才的培養需求。

關鍵詞：新工科; “遙感原理與應用”; 課程建設; 本科教育; 教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）11-107-002

一、引言

2017年2月，教育部提出“新工科”概念，即教育理念突破單一的工程技術思維，培養多學科交叉融合、知識多元整合，兼具工程技術和人文素養，具備創新實踐能力的復合型人才^[1]。在此理念的倡導下，新工科背景下高校教育培養的目標是兼具人文素養、專業技術過硬及實踐能力強的優秀人才。測繪類專業是工科特色鮮明的專業，具有實踐性強、儀器設備更新快、動手能力高與專業知識應用緊密等特點^[2]，而“遙感原理與應用”是測繪類專業必修的一門專業基礎課程。在新工科理念下，通過理論基礎課程的學習，要讓學生們的理論與實踐操作技能能夠滿足畢業后相關工作的生產、實踐需要，還要以需求革新為牽引，讓學生們掌握遙感領域新技術、新科技、新方法，培養學生的創新能力與應用實踐能力^[3]。在新工科理念下如何使該課程適應工科人才培養，是目前高校教育面臨的現實課題，本文從新工科背景下，“遙感原理與應用”課程建設的必要性為切入點，探索該課程教學的創新舉措。

二、課程教學現狀分析

“遙感原理與應用”這門課程作為測繪類專業的必修基礎課程，在教學內容方面會涉及大量遙感影像數據的處理、信息表達、算法解算等，這要求學生具備扎實的理論基礎，而課堂理論知識普遍較為復雜、抽象，實踐教學環節內容繁多。順應新工科的發展趨勢及要求，目前，該課程在教學環節普遍存在如下問題：（1）教學觀念的前沿性不足;（2）教材內容陳舊;（3）教學模式守舊，教學環節中有重理論輕實踐之嫌;（4）實踐教學環節受限。現將各個方面闡述如下：

1.教學觀念前沿性不足

伴隨著遙感衛星陸續成功發射，遙感技術日趨成熟，遙感專業技術的進步一直緊隨時代科技發展的步伐，互聯網+、數字城市、大數據、云平臺、智慧地球等新興技術的出現，將導致這門課程要緊跟技術革新的腳步^[4]。目前，大多數高校“遙感原理與應用”課程的教學理念前沿性不足，培養內容及目標僅僅滿足于教學任務的完成，并未緊密結合工業4.0時代發展潮流、國家戰略和行業經濟發展，導致高校學生們無法及時、準確的獲取行業新動向，像井底之蛙一樣坐井觀天，不知道所學知識應用到哪些領域，久而久之會喪失學習的動力與激情。此外，這門課程的培養目標設置比較寬泛、閉塞，重視理論知識的掌握、培養，對于職業技能、終身學習和個人素質能力的培養重視不夠，從而對學生的實踐與創新能力的培養有所忽視，使得培養的工程技術人才較難達到“新工科”人才培養的標準。

2.教材內容不與時俱進

“遙感原理與應用”這門課程相關前沿技術的研究已發展到全自動化、數字化時代^[5]。近年來，伴隨著其他新興測繪技術的發展，如攝影測量技術、高光譜遙感技術、大數據、人工智能、云計算等高新技術的交叉融合，使遙感原理的應用領域變得更加廣泛。目前高校該課程的教學內容及教學要求多注重于對遙感理論算法知識的傳授及掌握，與當前“測繪4.0”的背景及趨勢無法進行有效銜接。該課程的教材大多以“遙感原理與應用”為主線展開，在實際教學過程中更側重對遙感原理的講述，而對前沿技術、應用領域、實際效果講解欠缺。教材中也較少涉及遙感技術在工程建設、農業、國土資源、森林、城市建設等方面的應用。教材涉及的內容不能很好地為“新工科”所需求的新型工程人才的培養服務。

3.教學模式方式守舊

在新工科理念的背景下，遙感應用領域培養的是具有創新思維的復合型人才^[6]，這就要求高校教師們在教學環節中更加重視學生解決實際問題以及創新能力的培養^[7]。在“遙感原理與應用”這門課程的教學過程中，多以教師為主體，“填鴨式”的教學模式，教師對實踐能力的培養以及創新意識的引導欠缺，學生作為客體，在實際學習過程中欠缺解決問題的積極性及主動性。此外，遙感專業的教學培養中，實踐是很重要的一個教學環節。遙感專業的教學包含了大量儀器、軟件的應用，這些不可或缺的工具是否能在教學環節及時的應用是一個重要問題。

4.實踐教學受限

“遙感原理與應用”是一門理論與實踐相結合的專業課程，該課程的教學內容繁多、豐富，而且理論知識比較抽象、難理解，涉及復雜的數學理論以及算法，因此，對學生的數學基礎及運算能力要求較高。由于軟、硬件設備條件的制約，加之由于課時有限的制約，這樣的教學實踐環節，實踐操作及理論知識的相互轉化欠缺。

三、課程教學改革舉措

1.拓展前沿性知識，引入到課程內容建設

隨著各種分辨率、各種類型遙感衛星的成功發射及日益增加的遙感影像數據源，現代遙感技術正迎來嶄新的發展階段。高校在教學過程中，教師要系統地對本領域、本專業的知識進行梳理、總結、歸納，既要重點體現教學內容的基礎性、理論性，也要突出課程的實際應用性及專業領域的前沿性。專業教師要根據梳理的教學主線，對課程內容分類化、模塊化，在傳授基本理論知識的基礎上，摒棄陳舊、落后的基本知識點，弱化不再應用的知識點，重點介紹遙感行業的新科技、新理論、新動向、新理念，例如無人機遙感、近景攝影測量遙感、高光譜遙感等技術。此外，高校教師還要進一步拓展、延伸教學內容，將新技術的應用在課堂上進行介紹，激發學生們的學習熱情及主動性，讓學生們帶著興趣去學習，達到事半功倍的教學效果。

2.利用網絡教學資源，豐富教學內容

在新工科理念的教育背景下，借助網絡教學資源及平臺可以豐富、填充空白的教學資源，將傳統的單一傳授知識轉變為學生參與的雙向互動交流方式。依托“遙感原理與應用”精品在線課程以及網絡教學平臺（如雨課堂、微課等），給學生提供豐富的教學資源，讓學生無論在哪里，無論何時都可以隨時進行學習。對于一些無法在教學學時內完成的拓展性教學內容，可以讓學生課后進行學習，對學生的課外知識起到一個補充的作用。此外，可以自己錄制在線課程，按照課程體系進行剪輯整理，加入課外思考題及拓展題，發布在校內的網絡教學平臺上，學生可通過網絡教學平臺登錄進去，隨時查看網絡資源，練習、鞏固、完善課堂內容，增加師生互動性。發布的網絡教學內容，要引導學生去發現、解決問題。例如在講解高分遙感影像與高光譜遙感影像融合來提高空-譜分辨率的相關內容時，先給學生們展示高空間分辨率遙感影像，再展示高光譜遙感影像，讓學生更直觀地目視看到影像特征，對兩種影像有一種了解和掌握，再介紹融合原理，最后展示融合后的影像。這樣循序漸進的方式，既可以豐富教學內容，又可以一步步引導學生進行思考。最后再啟發學生思考不同的遙感影像方法融合后的結果有什么差異，如何定性與定量評價融合的質量。充分發揮學生在理論及應用方法掌握方面的主動性、創造性及積極性，發揚利用網絡教學資源的優勢與特點。

3.改良教學模式

除了傳統的課堂理論教學模式之外，采用多方面結合的多樣化教學模式。在遙感專業領域，先進的設備及高質量的遙感數據源是掌握遙感技術應用的基礎^[8]。因此，購置先進的設備儀器以及購買適用性強的遙感數據是很重要的。教學設計環節，加入上機訓練，采用先進的設備及遙感數據，讓學生們在課堂上掌握的理論知識進行實際操作應用，以期更好地學以致用，明白理論學習的意義，同時，可以更深入地理解和掌握理論知識，訓練實際動手操作能力。從教師自身的角度來說，教師本身要不斷學習新的知識，廣泛涉獵文獻，整理資源，了解行業的最新研究成果及動態，這既是當代教師所應具備的職業素養，也是新工科理念下，“遙感原理與應用”這門課程教學改革的必然趨勢。

此外，鼓勵學生從事相關的科研活動。通過科研項目的鍛煉，可以幫助學生強化運用遙感專業知識及技術解決實際問題的能力。科研活動深度要教師們進行把握，可以主要以遙感討論小組、大學生創新項目及教師科研項目為主。

4.優化課程考核機制

想要提升“遙感原理與應用”這門課程的教學改革成績，還需要一套完整的教學評價質量體系。新工科理念強調了要培養多學科交叉的、實踐能力強的復合型人才，這就要求對學生學習和實踐能力需要從多角度、多方面、多維度進行考察。微觀到學生掌握的概念、流程、理論等，宏觀到學生對行業發展趨勢的了解以及學生融會貫通的能力，構建科學的、系統的、完整的、全面的考核機制。

5.培養軟件開發能力

遙感是一門實踐性很強的課程。實踐教學環節能夠使學生們將所學的基礎理論知識、基本算法、基本操作，通過程序、軟件進行實現。因此，在遙感原理與應用課程教學中，專業的軟件開發能力是實踐教學環節重要的一項內容。ENVI是基于IDL開發的一套遙感影像處理功能強大、完整的圖像處理軟件，教師在利用ENVI軟件進行實踐教學過程中，可適當增加利用IDL改進處理遙感影像的實例，例如遙感影像融合質量評價的過程中，讓學生掌握IDL的基本編寫語言、方法、模塊等，學會編寫IDL命令調用ENVI函數，進行數據的讀取，質量評價指標（如熵、相關系數、均值、方差等）的計算，進而完成融合影像質量評價內容，既可以提高學生自主編程的能力，又可以更好地理解基礎理論算法，提高學生的專業軟件開發能力。

四、結語

在緊隨“新工科”理念下的“遙感原理與應用”的課程建設是一場持久戰，是一項系統性的改革，需要結合測繪類大背景的發展前提，同時考慮遙感技術的革新，通過對遙感專業情況的整體性分析，從培養理念、模式、內容等方面進行科學分析，深入思考如何有效、合理的對課程進行全面改革，在一系列改革舉措的實施下，必然會使遙感專業相關類的課程建設開啟一段新征程，這將有助于培養出高素養、實踐性強、綜合能力優秀的復合型人才。

基金項目：長沙理工大學教學改革研究項目“校企合作模式下的測繪工程專業教學改革研究”（XJG20-082）

參考文獻：

[1]張揚，冀蘆沙.新工科背景下基于學生核心能力培養的地方高校教學模式創新[J]山東農業工程學院學報，2019，36（1）：175-17.

[2]習近平.讓工程科技造福人類、創造未來——在2014年國際工程科技大會上的主旨演講[J]科技管理研究，2014（13）

[3]孫英浩，謝慧.新工科理念基本內涵及其特征[J]黑龍江教育（理論與實踐），2019，（8）

[4]唐景莉.堅持“以本為本”推進“四個回歸”——新時代全國高等學校本科教育工作會議述評[J]中國高等教育，2018（13）：11-12

[5]龔龑，張熠，方圣輝等.高校工科教學知識點與科學精神關聯培養探討——以遙感科學與技術專業課程教學為例[J]測繪通報，2017（2）：143-146

[6]杜哲，何玲，張利.以實踐能力培養為導向的遙感課程教學改革研究[J]大眾標準化，2021（03）：157-159

[7]馬丹.農業院校遙感課程的教學改革[J]教育教學論壇，2013（09）：59-61

[8]鄧磊，趙文吉，胡德勇.遙感課程實踐教學模式探索與教改實踐[J]科技創新導報，2012（07）：136-137

作者簡介：夏清，女，1987年12月生，遼寧省鞍山人，博士，長沙理工大學交通運輸工程學院，講師，研究方向：攝影測量與遙感。朱愿，男，1989年7月生，安徽省蚌埠人，博士，中南林業科技大學材料科學與工程學院，講師，研究方向：生物質材料改性。