新工科背景下“遥感原理与应用”课程教学改革思考

夏清 朱愿

摘 要：随着经济的迅猛发展，各行各业对测绘类人才的需求日益增加。在国家新工科提出的背景下，“遥感原理与应用”作为测绘类专业的主要基础专业课，具有很强的理论与实践性。目前，高校在这门课程建设中普遍存在学生学习自主性差、理论与实践分离度高、教学理念未紧跟领域发展前沿等问题。文章围绕将新工科的教育理念引入到“遥感原理与应用”课程中，对课程建设与人才培养进行讨论，以期使学生能够真正获得满足专业需求的知識和能力，为全面提升课程建设献计献策，满足新时代测绘人才的培养需求。

关键词：新工科; “遥感原理与应用”; 课程建设; 本科教育; 教学改革

中图分类号：G642.0       文献标识码：A          文章编号：1006-3315（2021）11-107-002

一、引言

2017年2月，教育部提出“新工科”概念，即教育理念突破单一的工程技术思维，培养多学科交叉融合、知识多元整合，兼具工程技术和人文素养，具备创新实践能力的复合型人才^[1]。在此理念的倡导下，新工科背景下高校教育培养的目标是兼具人文素养、专业技术过硬及实践能力强的优秀人才。测绘类专业是工科特色鲜明的专业，具有实践性强、仪器设备更新快、动手能力高与专业知识应用紧密等特点^[2]，而“遥感原理与应用”是测绘类专业必修的一门专业基础课程。在新工科理念下，通过理论基础课程的学习，要让学生们的理论与实践操作技能能够满足毕业后相关工作的生产、实践需要，还要以需求革新为牵引，让学生们掌握遥感领域新技术、新科技、新方法，培养学生的创新能力与应用实践能力^[3]。在新工科理念下如何使该课程适应工科人才培养，是目前高校教育面临的现实课题，本文从新工科背景下，“遥感原理与应用”课程建设的必要性为切入点，探索该课程教学的创新举措。

二、课程教学现状分析

“遥感原理与应用”这门课程作为测绘类专业的必修基础课程，在教学内容方面会涉及大量遥感影像数据的处理、信息表达、算法解算等，这要求学生具备扎实的理论基础，而课堂理论知识普遍较为复杂、抽象，实践教学环节内容繁多。顺应新工科的发展趋势及要求，目前，该课程在教学环节普遍存在如下问题：（1）教学观念的前沿性不足;（2）教材内容陈旧;（3）教学模式守旧，教学环节中有重理论轻实践之嫌;（4）实践教学环节受限。现将各个方面阐述如下：

1.教学观念前沿性不足

伴随着遥感卫星陆续成功发射，遥感技术日趋成熟，遥感专业技术的进步一直紧随时代科技发展的步伐，互联网+、数字城市、大数据、云平台、智慧地球等新兴技术的出现，将导致这门课程要紧跟技术革新的脚步^[4]。目前，大多数高校“遥感原理与应用”课程的教学理念前沿性不足，培养内容及目标仅仅满足于教学任务的完成，并未紧密结合工业4.0时代发展潮流、国家战略和行业经济发展，导致高校学生们无法及时、准确的获取行业新动向，像井底之蛙一样坐井观天，不知道所学知识应用到哪些领域，久而久之会丧失学习的动力与激情。此外，这门课程的培养目标设置比较宽泛、闭塞，重视理论知识的掌握、培养，对于职业技能、终身学习和个人素质能力的培养重视不够，从而对学生的实践与创新能力的培养有所忽视，使得培养的工程技术人才较难达到“新工科”人才培养的标准。

2.教材内容不与时俱进

“遥感原理与应用”这门课程相关前沿技术的研究已发展到全自动化、数字化时代^[5]。近年来，伴随着其他新兴测绘技术的发展，如摄影测量技术、高光谱遥感技术、大数据、人工智能、云计算等高新技术的交叉融合，使遥感原理的应用领域变得更加广泛。目前高校该课程的教学内容及教学要求多注重于对遥感理论算法知识的传授及掌握，与当前“测绘4.0”的背景及趋势无法进行有效衔接。该课程的教材大多以“遥感原理与应用”为主线展开，在实际教学过程中更侧重对遥感原理的讲述，而对前沿技术、应用领域、实际效果讲解欠缺。教材中也较少涉及遥感技术在工程建设、农业、国土资源、森林、城市建设等方面的应用。教材涉及的内容不能很好地为“新工科”所需求的新型工程人才的培养服务。

3.教学模式方式守旧

在新工科理念的背景下，遥感应用领域培养的是具有创新思维的复合型人才^[6]，这就要求高校教师们在教学环节中更加重视学生解决实际问题以及创新能力的培养^[7]。在“遥感原理与应用”这门课程的教学过程中，多以教师为主体，“填鸭式”的教学模式，教师对实践能力的培养以及创新意识的引导欠缺，学生作为客体，在实际学习过程中欠缺解决问题的积极性及主动性。此外，遥感专业的教学培养中，实践是很重要的一个教学环节。遥感专业的教学包含了大量仪器、软件的应用，这些不可或缺的工具是否能在教学环节及时的应用是一个重要问题。

4.实践教学受限

“遥感原理与应用”是一门理论与实践相结合的专业课程，该课程的教学内容繁多、丰富，而且理论知识比较抽象、难理解，涉及复杂的数学理论以及算法，因此，对学生的数学基础及运算能力要求较高。由于软、硬件设备条件的制约，加之由于课时有限的制约，这样的教学实践环节，实践操作及理论知识的相互转化欠缺。

三、课程教学改革举措

1.拓展前沿性知识，引入到课程内容建设

随着各种分辨率、各种类型遥感卫星的成功发射及日益增加的遥感影像数据源，现代遥感技术正迎来崭新的发展阶段。高校在教学过程中，教师要系统地对本领域、本专业的知识进行梳理、总结、归纳，既要重点体现教学内容的基础性、理论性，也要突出课程的实际应用性及专业领域的前沿性。专业教师要根据梳理的教学主线，对课程内容分类化、模块化，在传授基本理论知识的基础上，摒弃陈旧、落后的基本知识点，弱化不再应用的知识点，重点介绍遥感行业的新科技、新理论、新动向、新理念，例如无人机遥感、近景摄影测量遥感、高光谱遥感等技术。此外，高校教师还要进一步拓展、延伸教学内容，将新技术的应用在课堂上进行介绍，激发学生们的学习热情及主动性，让学生们带着兴趣去学习，达到事半功倍的教学效果。

2.利用网络教学资源，丰富教学内容

在新工科理念的教育背景下，借助网络教学资源及平台可以丰富、填充空白的教学资源，将传统的单一传授知识转变为学生参与的双向互动交流方式。依托“遥感原理与应用”精品在线课程以及网络教学平台（如雨课堂、微课等），给学生提供丰富的教学资源，让学生无论在哪里，无论何时都可以随时进行学习。对于一些无法在教学学时内完成的拓展性教学内容，可以让学生课后进行学习，对学生的课外知识起到一个补充的作用。此外，可以自己录制在线课程，按照课程体系进行剪辑整理，加入课外思考题及拓展题，发布在校内的网络教学平台上，学生可通过网络教学平台登录进去，随时查看网络资源，练习、巩固、完善课堂内容，增加师生互动性。发布的网络教学内容，要引导学生去发现、解决问题。例如在讲解高分遥感影像与高光谱遥感影像融合来提高空-谱分辨率的相关内容时，先给学生们展示高空间分辨率遥感影像，再展示高光谱遥感影像，让学生更直观地目视看到影像特征，对两种影像有一种了解和掌握，再介绍融合原理，最后展示融合后的影像。这样循序渐进的方式，既可以丰富教学内容，又可以一步步引导学生进行思考。最后再启发学生思考不同的遥感影像方法融合后的结果有什么差异，如何定性与定量评价融合的质量。充分发挥学生在理论及应用方法掌握方面的主动性、创造性及积极性，发扬利用网络教学资源的优势与特点。

3.改良教学模式

除了传统的课堂理论教学模式之外，采用多方面结合的多样化教学模式。在遥感专业领域，先进的设备及高质量的遥感数据源是掌握遥感技术应用的基础^[8]。因此，购置先进的设备仪器以及购买适用性强的遥感数据是很重要的。教学设计环节，加入上机训练，采用先进的设备及遥感数据，让学生们在课堂上掌握的理论知识进行实际操作应用，以期更好地学以致用，明白理论学习的意义，同时，可以更深入地理解和掌握理论知识，训练实际动手操作能力。从教师自身的角度来说，教师本身要不断学习新的知识，广泛涉猎文献，整理资源，了解行业的最新研究成果及动态，这既是当代教师所应具备的职业素养，也是新工科理念下，“遥感原理与应用”这门课程教学改革的必然趋势。

此外，鼓励学生从事相关的科研活动。通过科研项目的锻炼，可以帮助学生强化运用遥感专业知识及技术解决实际问题的能力。科研活动深度要教师们进行把握，可以主要以遥感讨论小组、大学生创新项目及教师科研项目为主。

4.优化课程考核机制

想要提升“遥感原理与应用”这门课程的教学改革成绩，还需要一套完整的教学评价质量体系。新工科理念强调了要培养多学科交叉的、实践能力强的复合型人才，这就要求对学生学习和实践能力需要从多角度、多方面、多维度进行考察。微观到学生掌握的概念、流程、理论等，宏观到学生对行业发展趋势的了解以及学生融会贯通的能力，构建科学的、系统的、完整的、全面的考核机制。

5.培养软件开发能力

遥感是一门实践性很强的课程。实践教学环节能够使学生们将所学的基础理论知识、基本算法、基本操作，通过程序、软件进行实现。因此，在遥感原理与应用课程教学中，专业的软件开发能力是实践教学环节重要的一项内容。ENVI是基于IDL开发的一套遥感影像处理功能强大、完整的图像处理软件，教师在利用ENVI软件进行实践教学过程中，可适当增加利用IDL改进处理遥感影像的实例，例如遥感影像融合质量评价的过程中，让学生掌握IDL的基本编写语言、方法、模块等，学会编写IDL命令调用ENVI函数，进行数据的读取，质量评价指标（如熵、相关系数、均值、方差等）的计算，进而完成融合影像质量评价内容，既可以提高学生自主编程的能力，又可以更好地理解基础理论算法，提高学生的专业软件开发能力。

四、结语

在紧随“新工科”理念下的“遥感原理与应用”的课程建设是一场持久战，是一项系统性的改革，需要结合测绘类大背景的发展前提，同时考虑遥感技术的革新，通过对遥感专业情况的整体性分析，从培养理念、模式、内容等方面进行科学分析，深入思考如何有效、合理的对课程进行全面改革，在一系列改革举措的实施下，必然会使遥感专业相关类的课程建设开启一段新征程，这将有助于培养出高素养、实践性强、综合能力优秀的复合型人才。

基金项目：长沙理工大学教学改革研究项目“校企合作模式下的测绘工程专业教学改革研究”（XJG20-082）

参考文献：

[1]张扬，冀芦沙.新工科背景下基于学生核心能力培养的地方高校教学模式创新[J]山东农业工程学院学报，2019，36（1）：175-17.

[2]习近平.让工程科技造福人类、创造未来——在2014年国际工程科技大会上的主旨演讲[J]科技管理研究，2014（13）

[3]孙英浩，谢慧.新工科理念基本内涵及其特征[J]黑龙江教育（理论与实践），2019，（8）

[4]唐景莉.坚持“以本为本”推进“四个回归”——新时代全国高等学校本科教育工作会议述评[J]中国高等教育，2018（13）：11-12

[5]龚龑，张熠，方圣辉等.高校工科教学知识点与科学精神关联培养探討——以遥感科学与技术专业课程教学为例[J]测绘通报，2017（2）：143-146

[6]杜哲，何玲，张利.以实践能力培养为导向的遥感课程教学改革研究[J]大众标准化，2021（03）：157-159

[7]马丹.农业院校遥感课程的教学改革[J]教育教学论坛，2013（09）：59-61

[8]邓磊，赵文吉，胡德勇.遥感课程实践教学模式探索与教改实践[J]科技创新导报，2012（07）：136-137

作者简介：夏清，女，1987年12月生，辽宁省鞍山人，博士，长沙理工大学交通运输工程学院，讲师，研究方向：摄影测量与遥感。朱愿，男，1989年7月生，安徽省蚌埠人，博士，中南林业科技大学材料科学与工程学院，讲师，研究方向：生物质材料改性。