遥感类课程思政元素的探索与挖掘

冯徽徽，邹 滨, 翟 亮,2，马慧云

(1.中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083;2.中国测绘科学研究院，北京 100830)

作为系统提升高校人才培养的重要基础与保障，专业课与思想政治理论课的有机结合历来都是党和国家高度重视的重大课题。2016年12月，习近平总书记出席“全国高校思想政治工作会议”并发表重要讲话，要求用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。2019年8月14日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》，进一步明确提出“建成一批课程思政示范高校，推出一批课程思政示范课程，选树一批课程思政教学名师和团队，建设一批高校课程思政教学研究示范中心”[1-2]。在此背景下，如何实施课程思政，科学回答“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”的问题成为高等教育界关注的焦点。

作为观测地球的重要手段，遥感技术已广泛应用于农业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域，对国家安全、国土资源调查与宏观规划等方面具有极高的战略意义[3-4]。在此背景下，越来越多的学校开设了“遥感科学与技术”专业或相关的遥感类课程，为国家与行业培养了大批优秀人才，为提升中国遥感研究水平做出了巨大贡献[5]。然而由于积累少、底子薄、文化传承弱等问题，我国遥感专业人才培养中高层次人才培养不足、优秀人才流失严重等瓶颈性问题依然十分突出。加强遥感类课程思政建设、培养具有正确世界观、价值观与强烈家国情怀的优秀人才成为遥感专业发展迫在眉睫的任务[6]。文中从遥感类课程基本内涵出发，挖掘所蕴含的哲学与时政元素，研究其与专业课程的有机融入方式，探索遥感类课程思政教学改革策略，并以“环境遥感”课为例，基于课程设计、课堂教学以及考试考核等全链条教学活动，介绍笔者进行遥感类课程哲学元素与时政元素挖掘融入的改革实践，为相关课程建设提供借鉴与参考。

1 遥感类课程蕴含的哲学元素

遥感作为一种利用电磁波辐射特性实现全球空间大范围监测的新技术与手段，从其定义、原理、特性以及应用等各个方面均内含丰富的哲学思想。充分挖掘这些思想并将其融入到课程教学中，有助于全面系统提升学生对遥感内在本质的认识与理解，培养其运用理论知识解决实践问题的能力。

1.1 “遥远的感知”定义与世界观、宇宙观认知

顾名思义，遥感的基本定义可概括为“遥远的感知”，即借助卫星、无人机等高空平台，在远距离不接触物体的条件下获取其信息的技术与方法[7]。其定义中的“高空”与“远距离”两大关键词与哲学中的世界观、宇宙观具有显著天然的结合点。遥感“站在太空看地球”的特点，使其与传统方法相比，无论视野与格局上均具有无可比拟的优势，由此作为遥感概论的导入点，不仅有助于加深学生对遥感概念与特点的认知，更可以培养其正确的世界观与宇宙观：1)利用“所见即所得”的遥感监测原则，培养学生形成辩证唯物主义思想，增强其在反对“心外无物”等唯心主义思想的斗争武器；2)利用遥感宏观全局监测的特点，加深学生对全球变化的认识与理解，同时积极思考世间万物之间的关联性，培养其大局意识，避免在认识上出现视野短浅、“盲人摸象”等问题。

1.2 “电磁辐射”基本原理与“物质—运动”辩证统一关系

电磁辐射是遥感的理论基础，所有教学活动均须围绕该主题开展。电磁辐射从本质上是具有一定能量和动量物质(光子)在与探测对象产生作用后其能量与运动状态发生改变的现象，遥感正是通过探测这种变化的物质与运动状态间接感知所探测对象的基本信息[8-9]。因此，将物质与运动的这一辩证关系引入到遥感原理的课堂教学，可极大提升学生对遥感本质特征的认识与理解，为其后续学习奠定扎实的理论基础：1)遥感的运动性主要体现在电磁辐射的波动性上，即电磁辐射通过电磁波的形式从被探测物体传输到传感器的过程，重点体现在“遥远的感知”中的“遥远”；2)遥感的物质性主要体现在电磁波的粒子性，即由带有一定能量的光子与探测对象产生能量变化的过程，充分体现了“遥远的感知”中的“感知”能力；3)物质和运动的对立统一关系。物质和运动相互依存不可分割，大量理论和实验均表明电磁场具有能量和动量，电磁运动与物质不可分离，换而言之电磁场是一种运动着的物质，其运动场和实物可以相互转换，实物的消失必然伴随场物质的产生。运用哲学的物质观对电磁场的特性作系统深入的科学思考，可以加深对遥感以及电磁场属性内涵的理解。

1.3 “尺度效应与时空异质性”本质特征与“整体—局部”辩证统一关系

尺度效应与时空异质性是遥感的本质特征，也是定量遥感教学中的重点讲授内容[10]。尺度效应所表达的地学规律主要体现在即使大范围上相似的地理现象与过程，随着观测视角的不断细化，将呈现与大范围不完全一致的规律特征，并由此导致不同时间、不同地点的地理现象均具有显著的差异性[11]。遥感监测这一本质特征充分体现了“整体与局部”辩证统一的哲学思想，将其引入到定量遥感教学课程中，可极大培养学生对地学现象整体规律与局部差异的自主思考能力，进而指导其针对研究对象的范围正确选择恰当定量遥感方法的能力：1)针对全球或大区尺度的研究对象，须重点揭示其整体趋势，而对于城市或街道尺度的遥感监测，重点在于监测对象的内部细节特征，这种多尺度地学规律的差异性特征可积极引导学生思考该采用何种分辨率的遥感数据产品；2)长时间尺度的变化是短时间尺度变化的基础，而短时间尺度变化也会“累积”地贡献于长时间尺度变化，大空间尺度的变化为小空间尺度的变化提供背景，而小空间尺度变化也会不断反馈于大空间尺度变化，这种整体与局部相互关系的系统有助于进一步激发学生对遥感技术应用于地学规律挖掘的思考。

1.4 “遥感综合分析与应用”体系与“理论——实践”辩证统一关系

遥感的本质是“电磁辐射”基本物理理论，因而具有很强的科学性。另一方面，作为有别于传统地面监测手段，遥感又是一种全新的对地观测技术，其在自然、环境、气象及至人类活动等各方面的监测、分析与预警功能又使其具有典型的应用性特征。因此，将“遥感综合分析与应用”与“理论—实践”相结合的哲学思想紧密联系起来，可有效激发学生运用课程所学解决实践问题的兴趣，全面提高其理论与实践能力：1)从应用遥感原理与方法开展环境治理与区域规划已成为政府业务部门的手段的实际情况出发，培养学生从实践问题中思考其内在科学问题，进而指引其利用适当的遥感原理与方法加以解决；2)针对业务化流程出现的新态势、新问题对监测分析手段提出了新需求与挑战，引导学生思考如何进行遥感技术与方法的创新，使之能更有效地解决实际需求。由此形成的理论与实践的良性循环不仅有助于加深学生对遥感原理的认识与理解，同时也可锻炼其实践动手能力，培养学生的工作适应能力，使面向产出的教育模式(Outcome Based Education，OBE)真正落到实处。

2 遥感类课程蕴含的时政元素

遥感技术发展与更新速度较快，具有较强的时代特征；同时作为国家安全的重要组成部分，遥感科学与社会时政具有很好的结合点。课程讲授过程中适当引入时政要素，不仅可以避免理论学习的枯燥性、增加课堂的生动性，同时可极大激发学生对不同时代背景下遥感技术与国家发展的相互关系，培养强烈的历史使命感与责任感，引导其积极运用专业知识投身于国家建设中。

2.1 卫星、传感器核心技术与大国崛起

遥感卫星与传感器设计技术作为典型的高新技术，很大程度上反映了国家抢占国际创新竞争制高点的实力与水平，也是中国实现伟大复兴的重要保障。在此背景下，将遥感卫星与传感器设计、定量遥感算法研究等课程内容与我国“中国梦”等大国崛起战略紧密结合起来，可极大激发学生的爱国热情，引导学生将个人理想与国家命运紧密联系在一起，投身于国家建设、实现中华民族伟大复兴的实践中。如从“两弹一星”故事的引入，到近年来“北斗”系列卫星组网、国产高分系列卫星成功发射与应用等，可有效提升学生的民族自尊心与自豪感，增强其投身于遥感领域学习与研究的历史使命感。另一方面，近期中兴、华为等国内高新技术企业被美国等西方国家抵制的恶性事件提醒全体中国人必须在科技上实现完全自主，遥感卫星与传感器设计等核心理论与技术方面的缺失必将导致受制于人，对国家安全产生严重威胁，通过该方面时政的引入，可极大增强学生的危机意识，使之保持理论学习与技术创新的主动性与积极性。

2.2 遥感应用与国家战略需求

环境污染是我国发展面临的突出问题，也是制约“美丽中国”“健康中国”战略顺利实施的严重阻力。改革开放以来，国家经济发展对资源的巨大需求导致了农业开垦、工业化、矿山开采等国土空间开发行为日益加剧，在实现经济迅速腾飞的同时也产生了土壤重金属污染、大气污染以及水体富营养化等一系列严峻生态环境问题，并在全球气候变化背景下呈现显著的叠加效应，严重制约了国家与区域可持续发展[12-14]。为此，十九大报告明确指出未来五年仍须将“……着力解决突出环境问题…”作为“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”的重要内容。为指导环境污染治理，国家陆续发布了一系列环境保护与治理规划文件，如《大气污染防治行动计划》(气十条)、《土壤污染防治行动计划》(土十条)和《水污染防治行动计划》(水十条)等。以上战略规划顺利实施的首要前提是客观与准确地开展环境变化监测。为此，《“十三五”国家社会发展科技创新规划》中明确指出将“以提供重大生态环境问题系统性技术解决方案、…，开发…环境质量监测等关键核心技术……”。传统地面监测方法虽然精度较高，但其空间代表性有限，无法满足区域大范围环境状态监测的需要。遥感技术以其“空间大范围连续监测”的独特优势，使其在环境监测中得到越来越广泛的应用。在此背景下，《“十三五”生态环境保护规划》中多次明确指出“……利用遥感等手段开展监测……”。2019年发布的《自然资源部卫星遥感应用报告》亦将“服务国家重大战略实施”作为我国卫星遥感应用的重要方向。通过对上述规划文件的学习与整理，系统梳理国家战略对遥感理论与方法的需求，并将其纳入到相关课程章节的讲解中，有望提升学生对遥感应用的认识与理解，激发其学习热情，同时培养其学以致用、报效祖国的责任意识。

2.3 时代榜样的力量：遥感领域英雄人物与事迹

习近平总书记在多个重要场合强调“崇尚英雄，捍卫英雄，学习英雄，关爱英雄”是我们不断开拓前进的勇气和力量所在。我国遥感领域不乏英雄人物，如“布鞋院士”李小文，长期致力于遥感基础研究，是植被几何光学遥感建模的先驱，其创建的Li-Strahler几何光学模型论文入选“国际光学工程学会(SPIE)”里程碑系列文集，在植被二向性反射建模、热红外遥感辐射方向性建模、遥感信息尺度效应、定量遥感综合实验与真实性检验方面做出了卓越成就，极大地提升了中国定量遥感研究在全球学术界的影响力[15]；李德仁院士是国际著名地球空间信息专家，在地球空间信息学的理论创新、集成创新和协同创新方面取得了杰出成就，其首创从验后方差估计导出粗差定位的选权迭代法，被称为“李德仁方法”，为我国成为世界本领域三强之一做出了重大贡献[16]。“高铁院士”刘先林一直致力于航空摄影测量理论与航测仪器的研究工作，取得了一系列重大科研成果，多项成果填补国内空白，结束了中国先进测绘仪器全部依赖进口的历史，他通过仪器研制有力地推动了整个行业的发展，大大加快了中国测绘从传统技术体系向数字化测绘技术体系的转变[17]；2020年度国家最高科学技术奖获得者曾庆存院士，其1974年撰写的《红外大气遥测原理》是国际上第一本系统讲述卫星大气红外遥感定量理论的专著，所提出的求解“遥感方程”的“反演算法”，已成为世界各主要卫星数据处理与服务中心的主要算法，在大气红外遥感与数值天气预报中发挥了重要作用[18]。以上专家院士在极度困难的条件下，坚持不懈，终在传感器设计、空间信息理论、定量遥感算法以及遥感应用等方面做出卓越贡献。在相关课程内容中，适当穿插以上人物与事迹分享，介绍我国遥感领域英雄人物历史成就及其背后的时代背景，可极大感染学生，坚定其学习遥感知识的信心与责任心，引导其沿着前辈脚步不断前行。

3 案例分析

笔者近五年一直从事“环境遥感”“遥感应用与专题制图”等遥感类课程的本科教学工作，始终思考如何根据遥感专业特点，从课程设计、课堂教学以及考试考核等全链条教学活动将遥感教学与课程思政紧密结合起来，提高课堂教学效果与课后实践能力培养水平(见表1)。

表1 全链条教学活动课程思政元素的挖掘与融入

基于上述思政元素的全过程设计理念，笔者以“环境遥感”课程为例，介绍思政元素的挖掘与融入，以期为类似课程的思政建设提供参考与借鉴。

3.1 课程设计中思政元素的挖掘与融入

教学大纲是一切教学活动的纲领性文件，明确课程目标是编制教学大纲的首要步骤。在面向产出教育模式的理念支撑下，依据“工程教育认证”毕业要求的指标体系，在专业目标学习的基础上，将“7.1 知晓和理解环境保护与可持续发展的理念”作为学生培养的毕业要求与指标点(课程目标及其对应的毕业要求与指标点如表2所示)。在该课程目标的指导下，设置详细的教学内容、重点难点以及教学设计。课程内容设置如图1所示，首先介绍环境遥感的定义与内涵，进而根据地球系统圈层分大气、水体、土壤及生态环境4个专题介绍遥感监测技术与方法，最终介绍环境遥感面临的问题与挑战以及未来新技术的研究方向。以上课程内容设计为后续思政教育奠定了坚实基础：1)“环境遥感概述”部分通过对遥感空间大范围监测特点的介绍，可充分培养学生正确的世界观与大局意识，同时环境变化部分内容的讲授可以增加学生对环境保护的危机意识与责任意识；2)基于地球系统框架下开展大气、水体、土壤和生态环境4个专题的介绍，有助于加深学生对地球系统与各圈层“整体—局部”辩证关系的认识与理解；3)遥感学术前沿课程内容有助于培养学生与时俱进的品德，同时通过介绍国内外最新学术成果，可极大激发学生的学习兴趣，增加其投身国家建设的热情。

表2 “环境遥感”课程目标及其对毕业要求的支撑

图1 “环境遥感”课程内容设置

3.2 课堂教学中思政元素的挖掘与融入

思政元素只有在课堂教学中得以充分贯彻与实施方能最大程度影响学生、培养其高超的专业素养与良好的道德品质。在教学大纲与课程内容的指导下，笔者主要从以下几个方面尝试课堂教学思政元素的挖掘与融入。

1)挖掘“环境遥感”基本原理中所蕴含的哲学元素，培养学生正确的世界观。如讲解遥感基本概念时，以“站在太空看地球”作为开篇，为学生勾画宏伟的观测视角，并以真实遥感图像为例展示鸟瞰地球下的壮丽场景，培养其大局意识；讲解遥感基本原理时，从电磁波的粒子性与波动性之争开始，逐步引入电磁辐射的基本定律，培养学生正确认识世界的科学态度，提升其中唯物主义哲学思想，自觉抵制宗教迷信等唯心主义思想的影响；介绍环境变化时，以地球系统多圈层交互作用为切入点，介绍全球气候变化下“人—地”关系对生态环境的影响，培养学生对“整体—局部”相互关系的认识与理解。

2)挖掘课程内容中的时政元素，培养学生强烈的家国情怀。环境遥感的研究对象是环境变化，具有较强的时代特征，对时政要素挖掘与融入具有得天独厚的优势。在专题课程讲解时，首先介绍全球与我国所面临严峻的环境污染问题，加强学生的危机意识；继而从传统监测方法入手，介绍遥感监测的基本原理与方法，提升学生的学习积极性以及投身国家建设的使命感。同时，针对遥感发展的新趋势，介绍我国卫星遥感在传感器设计、算法研究与行业应用等方面的成就与不足，激发学生进一步学习掌握关键核心技术、服务于国家的家国情怀。

3.3 考试考核中思政元素的挖掘与融入

与“遥感原理”课程侧重于原理介绍不同，“环境遥感”课程重点在于利用专业知识解决环境变化实践问题。因此，课程考核主要以学生的知识运用能力为主，考核方式主要包括课堂讨论与课后综合实验两部分。在课程讲解过程中，针对每一个专题部分均设置了一个讨论环节，课前收集近期发生的相关时政热点，引导学生思考如何利用遥感技术解决关乎国计民生的重大环境问题，如针对我国近年来严峻的大气污染形势，设置“大气污染遥感监测”讨论专题，组织学生针对遥感监测原理、方法以及特点开展讨论，最终以全球近20年来大气污染时空变化遥感监测图展示我国污染治理成效，激发学生的民族自豪感。课程结束后，由学生针对大气、水体、土壤与生态环境4个课程专题，挑选感兴趣的内容，以小组为单位，运用遥感原理与方法开展环境污染监测分析研究实验，撰写实验报告并进行课程答辩。通过这些方式，进一步提高学生主动观察身边环境的意识，增强其环境意识，同时也极大提高其运用专业知识解决实践问题的能力。

4 结束语

加强遥感类课程思政建设是新时期国家遥感专业人才培养的重大需求。文中根据遥感专业自身热点及其发展趋势，探讨世界观、“物质—运动”“整体—局部”“理论—实践”等哲学要素以及大国崛起、国家战略需求、时代榜样力量等时政、思政元素的挖掘与融入方式，不仅有助于激发学生的学习积极性，提高其学习效率，同时有助于培养其形成正确的世界观与价值观，提升其利用专业知识服务于国家建设的使命感与责任感，因而具有重要意义。随着专业课与思想政治理论课有机结合的不断成熟，势必不断推进、提高我国遥感专业人才的业务水平与家国情怀，促进关键核心技术的自主化。