農(nóng)林類(lèi)院校遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)改革探索

馬 丹 毛艷玲 駱社周 陳翰閱 張黎明

（福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建福州 430002）

近年來(lái)，以“新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)”為特征的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展［1］，對(duì)某些專(zhuān)業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)提出了更高的要求。2018年4月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，將測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)列入首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目名單中，同時(shí)強(qiáng)調(diào)要統(tǒng)籌考慮“新的工科專(zhuān)業(yè)、工科的新要求”，創(chuàng)新大學(xué)組織形式，促進(jìn)“工醫(yī)”、“工農(nóng)”、“工文”交叉。遙感科學(xué)與技術(shù)作為測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，是在學(xué)科交叉滲透、互相融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，很多遙感新技術(shù)在國(guó)土資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用［2-8］。因此，積極推進(jìn)遙感技術(shù)與應(yīng)用課程實(shí)踐改革，成為了新工科背景下農(nóng)林類(lèi)院校課程建設(shè)關(guān)注的重要問(wèn)題。但由于當(dāng)前我國(guó)工程教育在人才培養(yǎng)理念上輕視實(shí)踐訓(xùn)練，使得學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力較為欠缺［9］，在農(nóng)林類(lèi)專(zhuān)業(yè)體現(xiàn)的更為明顯［10］。2017年8月，美國(guó)麻省理工學(xué)院?jiǎn)?dòng)了“新工程教育轉(zhuǎn)型”計(jì)劃，提出新工科教育改革的路徑為“學(xué)科串”的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)［11］。為此，本文在新工科背景下探索了農(nóng)林類(lèi)院校遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)改革，以期為培養(yǎng)新時(shí)代復(fù)合型人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

遙感技術(shù)與應(yīng)用是農(nóng)林類(lèi)院校眾多專(zhuān)業(yè)如土地資源管理、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、林學(xué)等的基礎(chǔ)課課程，其實(shí)踐內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)課和實(shí)習(xí)課。通過(guò)該課程的理論與實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生了解遙感數(shù)據(jù)獲取，深刻理解遙感原理，掌握遙感相關(guān)技術(shù)，將來(lái)可以從事測(cè)繪、國(guó)土資源、農(nóng)林等相關(guān)領(lǐng)域的工作。

傳統(tǒng)的農(nóng)林類(lèi)院校的遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)，以教師為中心，側(cè)重于對(duì)學(xué)生基于單一的遙感知識(shí)體系的技能訓(xùn)練，而忽視了學(xué)生個(gè)體身心的發(fā)展規(guī)律、內(nèi)容設(shè)計(jì)忽略與農(nóng)林類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)的交叉或融合，忽視了遙感技術(shù)領(lǐng)域的新興技術(shù)，忽視了學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建?；诔晒麑?dǎo)向教育（OBE）理念，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本的教育理念，以學(xué)生獲得的能力和結(jié)果為目標(biāo)，聚焦于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果［11］。因此，基于成果導(dǎo)向教育（OBE）理念對(duì)實(shí)踐課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，需要引入遙感新技術(shù)，特別是與農(nóng)、林等學(xué)科交叉融合的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，是適應(yīng)新工科建設(shè)、促進(jìn)“工農(nóng)”交叉的重要舉措。

2 遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)改革探索

2.1 體現(xiàn)新技術(shù)和新方法課程實(shí)踐內(nèi)容體系賦予新工科時(shí)代背景，引入新技術(shù)、新方法。首先，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、完善并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，最初采用中低分辨率的多光譜遙感影像時(shí)，引入高分辨率的全色、多光譜遙感影像、高光譜遙感影像、機(jī)載激光雷達(dá)影像。其次，在遙感數(shù)字圖像分類(lèi)實(shí)踐時(shí)引入基于句法模式的高精度數(shù)據(jù)挖掘算法如支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法，以前采用基于統(tǒng)計(jì)的非監(jiān)督和監(jiān)督分類(lèi)傳統(tǒng)算法。再次，在實(shí)踐中引入最近幾年發(fā)展迅猛的無(wú)人機(jī)技術(shù)，將無(wú)人機(jī)正射和傾斜遙感影像融入到教學(xué)實(shí)踐中。

2.2 多學(xué)科交叉與深度融合實(shí)踐內(nèi)容考慮農(nóng)林類(lèi)院校的特色，突出遙感學(xué)科與農(nóng)林學(xué)科的交叉、深度融合。為培養(yǎng)能適應(yīng)新時(shí)代的農(nóng)林類(lèi)復(fù)合型人才，增加遙感技術(shù)在國(guó)土資源、農(nóng)林等領(lǐng)域應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，如遙感實(shí)驗(yàn)引入“ASD地物光譜儀野外測(cè)定地物的反射光譜特性曲線”、“支持向量機(jī)分類(lèi)算法用于土地覆蓋調(diào)查”，遙感實(shí)習(xí)引入“第二、三次全國(guó)國(guó)土資源調(diào)查試點(diǎn)案例、遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)漲勢(shì)、遙感用于農(nóng)作物估產(chǎn)、遙感數(shù)據(jù)反演土壤有機(jī)質(zhì)、遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)作物葉片營(yíng)養(yǎng)狀況、遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)PM2.5監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、遙感技術(shù)在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用、遙感技術(shù)在洪水災(zāi)害監(jiān)測(cè)的應(yīng)用”等。

2.3 基于OBE理念的項(xiàng)目教學(xué)法基于OBE理念構(gòu)建項(xiàng)目為中心的教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中，基于OBE教學(xué)理念以工程實(shí)踐項(xiàng)目為中心，制定各項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)，小組選題、自主擬定方法和技術(shù)路線，小組采用PPT匯報(bào)成果并集中討論，與行業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的方案、技術(shù)路線進(jìn)行比對(duì)。在完成項(xiàng)目過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題后研讀項(xiàng)目相關(guān)的代表性論文和前沿論文、分析問(wèn)題、探索解決辦法，深入研究，將項(xiàng)目研究成果內(nèi)容撰寫(xiě)科技論文并發(fā)表，完成本科畢業(yè)論文的撰寫(xiě)。

2.4 采用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)手段在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大環(huán)境下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)豐富的教學(xué)資源，借助互聯(lián)網(wǎng)社交平臺(tái)、公眾號(hào)和教育APP等手段輔助教學(xué)。首先，利用慕課平臺(tái)、公眾號(hào)等資源引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)體系，學(xué)習(xí)“互聯(lián)網(wǎng)+”在國(guó)土資源調(diào)查的案例分析。其次，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上豐富的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資料，下載其家鄉(xiāng)或校園等熟悉地區(qū)的遙感影像或互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)驗(yàn)收的遙感項(xiàng)目資料，讓學(xué)生以小組為單元開(kāi)展遙感影像判讀案例，輔佐實(shí)地勘探或互聯(lián)網(wǎng)云任務(wù)發(fā)布的方式或遙感解譯樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，從而增加遙感技術(shù)核心技能的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；可引導(dǎo)不同小組對(duì)不同平臺(tái)、不同數(shù)據(jù)類(lèi)型、不同空間尺度的數(shù)據(jù)判讀方法差異進(jìn)行分析。利用手機(jī)微信、QQ平臺(tái)、教學(xué)助手APP、雨課堂APP等工具，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)了解和實(shí)時(shí)輔導(dǎo)。

3 教學(xué)成效

在新工科專(zhuān)業(yè)升級(jí)與促進(jìn)“工農(nóng)”結(jié)合的背景下，本課程實(shí)踐的教學(xué)改革探索激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富了學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升了學(xué)生解決問(wèn)題的能力與科研探索精神。依托本課程實(shí)踐成果，在OBE教育理念的引導(dǎo)下，所在學(xué)校本科生以興趣點(diǎn)獨(dú)立做實(shí)驗(yàn)，撰寫(xiě)科研論文，最后發(fā)表到中文核心期刊、學(xué)術(shù)會(huì)議論文并獲獎(jiǎng)，以及以課程實(shí)踐成果為藍(lán)本完成了畢業(yè)論文；將實(shí)踐內(nèi)容融入到學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽中，多個(gè)小組獲得學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)和省校級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)立項(xiàng)。經(jīng)過(guò)本課程前沿論文的匯報(bào)討論，學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力得到了顯著提高，曾有學(xué)生表示在本科階段發(fā)表了SCI論文，選擇課題新穎和難度較大的畢業(yè)論文和畢業(yè)實(shí)習(xí)人數(shù)顯著增加。另外，首次出現(xiàn)主動(dòng)聯(lián)系新興產(chǎn)業(yè)無(wú)人機(jī)操控手培訓(xùn)實(shí)踐的學(xué)生。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合新工科背景下對(duì)農(nóng)林類(lèi)院校遙感技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐課程進(jìn)行探索，對(duì)遙感技術(shù)與應(yīng)用課程實(shí)踐內(nèi)容體系更新升級(jí)，將遙感技術(shù)和國(guó)土資源、農(nóng)林等多行業(yè)進(jìn)行了多學(xué)科交叉與深度融合，基于OBE教學(xué)理念構(gòu)建項(xiàng)目教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了其工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。