实施科教融合提升课堂教学质量——以《遥感原理与应用》课程为例

方 刚

(宿州学院 环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

2011年，周光礼首次提出“科教融合”概念[1]。2012年，中国科学院和教育部联合提出“科教融合，联合育人”新的育才理念[2]。2017年1月，国务院出台中国教育十三五规划纲要，“科教融合”写入了国家教育“十三五”规划纲要[3]。2018年8月，教育部、财政部、国家发展改革委出台《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》，“科教融合”写入了关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见[4]。笔者抓住“科教融合”机遇，结合《遥感原理与应用》课程教学内容和皖北资源环境现状，以“遥感技术在皖北应用研究”为切入点，从事资源环境遥感等方面的科学研究，取得了较丰富的科研成果，并将科研成果融入《遥感原理与应用》课程教学，实现以科研促进教学，教学科研相长的效果，有效提升了《遥感原理与应用》课程教学质量。

一、科教融合的研究基础

笔者运用遥感技术手段和方法对皖北地区土地利用/土地覆盖、景观格局、城市扩展、生态环境、热岛效应、植被覆盖度、水体信息提取等进行了大量研究，并取得一定成果。主持安徽省科技计划(软科学)重点项目1项、安徽省高等学校自然科学研究项目1项、自然灾害过程与防控研究安徽省重点实验室开放课题1项、安徽省高等学校优秀青年人才基金项目1项[5]、宿州学院校级科研项目3项，参与厅级项目10余项，在《测绘科学》《土壤通报》《International Journal of Earth Sciences and Engineering》《International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems》《江苏农业学报》《资源开发与市场》等期刊公开发表学术论文30余篇，其中2篇论文分别获安徽省第七届和第八届自然科学优秀学术论文三等奖，1项成果获安徽省科技成果登记。

二、科教融合的主要做法与实践效果

1.以“科教融合”为引领，优化课程体系，及时调整和更新教学内容

《遥感原理与应用》课程是宿州学院测绘工程、地理科学、地质工程、自然地理与资源环境、工程测量与监理、地理教育等专业的专业基础课或核心课，在专业课程设置中起着承上起下的关键作用，占有重要的教学地位。笔者针对《遥感原理与应用》课程教学内容多与课时少的矛盾、实践课时严重不足、理论教材繁杂、实践教材少且针对性不强、教学方法较单一、教学手段落后等问题，在充分调研的基础上，根据十多年的实践教学经验和教学研究，在熟悉学生的认知规律和教师的教学规律基础上，抓住机遇，以“科教融合”为契机，着眼于高素质应用型和创新型人才培养，正确处理专业体系与课程体系、严谨性与可读性、思想性与知识性、系统性与针对性、稳定性与前瞻性等五个关系，并将基础理论、软件操作能力与科研训练能力结合起来，构建了新的课程体系，见下页图1。

笔者认为，科研是教学的“源头活水”，可支撑和反哺教学，及时补充遥感学科前沿的知识、技术和方法。例如，在讲到遥感分类时，由于课本上的分类法大多比较陈旧过时，上课过程中将最新的决策树、面向对象、支持向量机、随机森林等分类算法补充到教学内容里，并进行演示操作。充分融入课堂教学，同时，把“遥感技术在皖北应用”最新科研成果不断更新到实践教学内容中。例如，在讲到遥感应用时，结合自己做的项目和撰写的遥感学术论文，以宿州市为例，介绍遥感技术在城市扩展、水体信息提取、植被覆盖度、城市热岛效应中的应用等。“科教融合”的实施，大大提高了学生的动手操作能力和学习兴趣，有效解决了教学内容滞后，理论、方法与实际应用结合不够紧密，弥补了原有课程知识与最新研究之间的“断层”。经过多年的“科教融合”实践，课程教学效果优秀，同时得到广大同行及社会的认可和好评：2008—2019年连续12年在校教学测评中都是“优秀”，2008年被评为校级“教坛新秀”、2009年荣获校级教学比赛一等奖，2010年被评为“安徽省教坛新秀”，2014年被评为校级“教学名师”。

图1 《遥感原理与应用》课程体系图

2.以“科教融合”为基础，推进课程建设

积极整合优秀的教学与科研资源、吸取先进的教学经验和教学手段，引入笔者与课程相关的“遥感技术在皖北应用”科研成果，将抽象生硬的知识点转化为生动具体的科研案例，加强《遥感原理与应用》课程建设。经过十多年的不懈努力，《遥感原理与应用》课程建设取得的各项成果在省内同类课程中具有较好的应用效果、推广性和示范性。《遥感原理与应用》网络课程荣获安徽省多媒体教育软件比赛(高教网络课程组)三等奖，《遥感原理与应用》课件荣获第五届全国高等学校计算机课件比赛三等奖，目前(截至2019年)仍然是安徽省所有高校同类课程中唯一获奖的课程[5]。《遥感原理与应用》课程2011年被评为宿州学院精品课程(szxyjpkc201101)，2013年成功转型升级为安徽省精品资源共享课程(2013gxk097)，2016年被评为安徽省大规模在线开放课程(2016mooc303，2019年11月安徽省教育厅公布的数据显示，该课程各项指标完全达到省级MOOC结项要求)。

3.以“科教融合”为抓手，推进课程教学改革

在搞好学术科学研究的同时，一直不忘教学改革的研究。“应用型示范高校《遥感原理与应用》课程教学改革与实践”成功获批安徽省教育厅教学研究项目(20101069)，“《遥感原理与应用》课程改革与实践”2012年荣获宿州学院教学成果二等奖，“《遥感原理与应用》课程建设与教学研究”2015年荣获宿州学院教学成果一等奖，“加强应用型和创新型人才培养背景下的《遥感原理与应用》课程多元化教学改革与实践”2019年荣获宿州学院教学成果三等奖[5]，发表“基于IHS和PCA的CBERS与TM数据融合研究”“遥感原理与应用大规模在线开放课程的建设与思考”“《遥感原理与应用》课程教学改革与实践”“《遥感原理与应用》精品课程的转型升级建设——以宿州学院为例”等4篇与《遥感原理与应用》课程相关的课程建设与教学改革论文。

4.以“科教融合”为动力，推进课程教材建设

科研成果经过教师的有效整合，可转化为适合学生使用的教材。为了更好地提高学生动手操作能力，促进应用型本科高校建设，作者结合宿州学院相关专业教学现状，在了解和掌握应用型本科高校地学相关专业学生的特点和基础上，结合多年实践教学经验，整合自己的教学与科研资源，将“遥感技术在皖北应用” 研究成果融入进去，编写了一本实用性、综合性、实践性强和具有一定特色的《遥感原理与应用实验教程》教材[5]，2014年1月由合肥工业大学出版社出版，是安徽省唯一的一门遥感类省级规划教材(先后被评为安徽省“十二五”规划教材、安徽省“十三五”规划教材、安徽省“一流本科”教材)。该教材将作者主持的安徽省科技计划项目“城市扩展与生态环境响应的多目标遥感综合研究”中的“宿州市土地利用变化及预测分析”研究成果已写进教材“影像自动配准”和“遥感制图”之中，既有一定理论深度，又有大量应用操作实例。2019年对《遥感原理与应用实验教程》进行了修订，在保持原有科研案例的基础上，教材中增加皖北地区植被覆盖度、水体信息、土壤信息、建筑信息等专题信息提取。

5.以“科教融合”为目标，加大课程考试改革力度，提升学生遥感技术应用水平

为了改变传统考试模式“闭卷考试(70%)+平时成绩(30%)”的弊端(学生只会考试即所谓“高分低能”现象，学生实际动手操作能力、分析问题能力和解决问题能力不强等)，《遥感原理与应用》课程抓住“科教融合”的机遇，以宿州学院“高水平大学建设”“应用型本科高校建设”和“新工科”建设为契机，以“学生为主体”为理念，以“知识、能力、素质”培养为中心，着眼于高素质应用型和创新型人才培养，努力提升学生的创新能力和工程实践能力。《遥感原理与应用》课程较早地参加学校组织的考试改革，2013年申请课程考试改革，并经教务处同意试行，由原来的“闭卷考试(70%)+平时成绩(30%)”改为“课程论文(70%)+平时成绩(30%)，其中课程论文成绩=论文成绩(50%)+答辩成绩(50%)”，课程论文要求学生运用所学的遥感知识和遥感软件操作，从国内外数据网站自己下载遥感图像、处理遥感图像、提取相关数据或信息，并学会分析相关地学问题；严控遥感综述论文(10%以内)。经过两年多的实践和努力，2015年顺利通过学校课程考试改革验收。考试改革锻炼了学生发现问题、解决问题、综合分析、文字处理和自我展示能力，每届都有5—6篇课程论文达到三类学报发表水平，10多篇课程论文达到宿州学院本科毕业论文水平(大二学生)，也为省级和国家级GIS大赛打下扎实基础。《遥感原理与应用》课程实行考试改革后，在后续课程尤其毕业设计中，同学们表现出较强的综合分析和解决实际问题能力，毕业论文指导教师普遍感到经过考试改革的学生设计思路清晰、上手快，论文指导难度减小，考试改革成效显著。

笔者根据“遥感技术在皖北应用”研究的成果，积极指导各类大学生科研立项、毕业论文、各种竞赛等，在指导过程中指点学生如何发现问题、分析问题和解决问题，不断开拓学生的学术视野，有意识地培养学生的创新思维能力和研究能力，重点培养学生的科研能力和实践能力[6]。培养的本科生具有较高遥感技术应用水平，成果颇丰：获批国家级大学生训练计划项目2项、省级大学生训练计划项目3项、校级大学生科研立项项目9项(其中重点项目4项)。获全国高校GIS技能大赛一等奖(全国第一名)1项，全国高校GIS技能大赛(遥感制图操作组)优秀奖3项；安徽省首届GIS大赛制图组一等奖1项；安徽省第九届大学生GIS技能大赛二等奖1项；安徽省大学生GIS应用技能大赛一等奖1项、二等奖3项、优胜奖6项；Esri杯中国大学生GIS软件开发竞赛(遥感应用组)5项；安徽省第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖1项；校级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖1项、二等奖2项和三等奖5项；指导本科生第一作者发表三类学术论文6篇，2019年本科生第一作者学术论文5篇在本科学报审稿中；指导有关遥感方面的本科毕业论文100余篇。

表1 2011—2019指导学生科研立项项目一览表

表2 2010年以来指导学生竞赛获奖情况一览表

表2(续)

表3 指导本科生发表学术论文一览表

表4 指导2019届本科生毕业论文一览表

三、结论

科研和教学是推动宿州学院发展的两翼，也是宿州学院人才培养的两大支柱，只有将两者有机融合，把高水平遥感科技创新资源转化为高水平育人资源，把遥感科技创新优势转化为育人优势，通过遥感科技创新成果进课堂、进教材和全方位渗透，不断更新《遥感原理与应用》课程教学内容，才能培养出创新型的遥感技术人才和提高遥感技术人才的培养质量。虽然“科教融合”的育人理念已得到共识且《遥感原理与应用》课程教学质量得到有效提升，但“科教融合”的具体形式和实现途径仍需不断探索，需要合理的政策、方针及评价机制来保证。在今后的教学过程中，需要将更多和更高质量的遥感科技成果融合到《遥感原理与应用》课程内容和教材中，使《遥感原理与应用》课程教学质量得到不断提升。