王彥芳 尚國

摘 要 土地整治工程專業(yè)在生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國建設(shè)背景下孕育而生。目前，全國已有十幾所高校開設(shè)該專業(yè)，但專業(yè)和課程體系設(shè)置尚處于不斷探索和完備階段。遙感、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)構(gòu)成的3S技術(shù)體系是現(xiàn)代土地整治的關(guān)鍵支撐，也是土地整治工程專業(yè)學(xué)生必須掌握的專業(yè)基礎(chǔ)技能，本研究在分析3S技術(shù)在土地整治中的作用的基礎(chǔ)上，探討工程認(rèn)證背景下土地整治專業(yè)中3S相關(guān)課程體系建設(shè)。

關(guān)鍵詞 土地整治工程 遙感 地理信息系統(tǒng) 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.022

Abstract he Land Consolidation Engineering was established under the background of ecological civilization and beautiful China. At present， more than ten universities have set up this specialty， but the specialty and curriculum system are still in the stage of exploration and perfection. The 3S technology system composed of Remote Sensing， Global Navigation Satellite System and Geographic Information System is the key support of modern land consolidation. The 3S techniques are the professional basic skills that the students of Land Consolidation Engineering must have. Based on the analysis of the role of 3S technology in land consolidation， the paper discusses the construction of 3S related curriculum system in Land Consolidation Engineering under the background of engineering education professional accreditation.

Keywords land consolidation engineering; remote sensing; global navigation satellite system; geographic information system

0引言

土地是人類賴以生存與發(fā)展的重要資源和物質(zhì)保障，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化水平不斷提高，人地矛盾越來越尖銳，稀缺的土地資源已經(jīng)成為制約可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要因素。土地整治是對低效利用、不合理利用和未利用的土地進(jìn)行治理，對生產(chǎn)建設(shè)破壞和自然災(zāi)害毀壞的土地進(jìn)行恢復(fù)利用，以提高土地利用率的活動，[1]是提高土地利用效率、增加有效耕地面積和實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用的重要手段。從《土地復(fù)墾條例》到《全國土地整治規(guī)劃（2016—2020年）》再到《土壤污染防治行動計劃》，土地整治涉及國家糧食安全、生態(tài)安全、城鎮(zhèn)化、新農(nóng)村建設(shè)、可持續(xù)發(fā)展等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略部署。

土地整治國家戰(zhàn)略和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，需要高層次、復(fù)合型專業(yè)人才支撐。 2017年，教育部批準(zhǔn)中國地質(zhì)大學(xué)（北京）和長安大學(xué)成為全國首批開創(chuàng)土地整治工程專業(yè)的高校。到目前為止，已有東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北地質(zhì)大學(xué)等14所高校開辦土地整治工程專業(yè)。[2]然而，目前土地整治工程專業(yè)建設(shè)尚處于不斷完善時期，在人才培養(yǎng)和課程體系設(shè)置與教學(xué)上仍處于探索階段。[3-4]

土地整治工程專業(yè)是以國家土地整治戰(zhàn)略和土地整治行業(yè)需求為向?qū)В瑢ν恋刭Y源開發(fā)、利用、整治與保護(hù)的全過程進(jìn)行研究，內(nèi)容涵蓋土地開發(fā)、礦區(qū)土地復(fù)墾、耕地及高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田整治、農(nóng)村居民點(diǎn)整治、城市建設(shè)用地整治、山水林田湖草生態(tài)修復(fù)等。該專業(yè)涵蓋了信息科學(xué)、測繪科學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理學(xué)等，是典型多學(xué)科領(lǐng)域交叉、綜合性非常強(qiáng)的新工科專業(yè)，且具有較強(qiáng)的工程與技術(shù)特性，以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能為核心，包括以3S技術(shù)為核心專業(yè)基礎(chǔ)技能和土地整治相關(guān)的專業(yè)核心技能（土地規(guī)劃設(shè)計、土地整治項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計與預(yù)算編制及土地復(fù)墾方案編制）。其中遙感技術(shù)（Remote Sensing）、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System）和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）的3S技能是土地整治工程專業(yè)的基本技能，在專業(yè)學(xué)習(xí)和土地整治工程中發(fā)揮重要作用。3S技術(shù)在土地整治工程的作用如何？相關(guān)課程如何設(shè)置？如何進(jìn)行課程改革，提升學(xué)生基本技能？本研究從3S相關(guān)技能在土地整治工程中的作用談起，綜合分析3S課程在土地整治工程人才培養(yǎng)中的作用和地位，最后以新工科專業(yè)建設(shè)和工程認(rèn)證為背景，對課程設(shè)置和經(jīng)驗(yàn)提供針對性建議。

1 3S技術(shù)在土地整治的作用

傳統(tǒng)的土地整治利用全站儀和RTK逐個田塊施測觀測，存在丈量難、效率低，定位難、監(jiān)管難、決策難等問題，且無法實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的存儲、分析、管理和應(yīng)用，無法滿足高效、精確的土地整治工程要求。[5]3S技術(shù)可以方便快捷地獲取項(xiàng)目地形、地物要素，精準(zhǔn)地確定項(xiàng)目區(qū)相關(guān)地物的空間位置，同時實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)計分析、專題地圖制作及項(xiàng)目的實(shí)時監(jiān)管，成為土地整治的核心技術(shù)。[6]

數(shù)據(jù)的快速獲取與定位。土地整治實(shí)施需要采集大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而且整治區(qū)域地形地貌條件往往較為復(fù)雜，傳統(tǒng)采集方法難度大問題多。對高分辨率正射影像進(jìn)行解譯，可以大大縮減外業(yè)觀測時間，同時，結(jié)合現(xiàn)有的大比例尺土地利用現(xiàn)狀圖等數(shù)據(jù);外業(yè)通過GPS、北斗等GNSS系統(tǒng)對項(xiàng)目區(qū)部分控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，進(jìn)行影像的配準(zhǔn)與校正，采用無人機(jī)航拍、RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)對場地和研究區(qū)域的全面調(diào)查分析并補(bǔ)測高程及變更數(shù)據(jù)，聯(lián)合應(yīng)用RS和GIS技術(shù)，制作適合規(guī)劃應(yīng)用的大比例尺現(xiàn)狀圖。

數(shù)據(jù)信息化管理、分析與建模?；贕IS空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)對土地整理過程中所需要的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分類管理，形成功能全面的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，更好地滿足土地整治數(shù)據(jù)庫建設(shè)需求。結(jié)合土地整治基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，例如土方平整工程量計算，為土地整治提供決策服務(wù)。此外，利用GIS技術(shù)則可以便捷地規(guī)劃布局與制圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等，制作規(guī)劃圖及統(tǒng)計各類工程量，為土地綜合整治項(xiàng)目的開展提供技術(shù)支持。

土地整治工程可視化與動態(tài)監(jiān)測。以土地利用變更調(diào)查成果及總體規(guī)劃成果為基礎(chǔ)，集合潛力調(diào)查評價成果，利用GIS完成土地整治規(guī)劃布局。基于GIS對土地整理區(qū)進(jìn)行虛擬地理環(huán)境可視化模型的構(gòu)建，直觀地展示整理后的規(guī)劃效果，更好地為政府提供豐富的決策信息。還可以用于土地整治項(xiàng)目監(jiān)管中，依托3S技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對土地整治工程全過程的動態(tài)化控制，尤其是GIS結(jié)合BIM技術(shù)，運(yùn)用BIM核心建模軟件進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)土地整治工程三維可視化與周圍地理環(huán)境進(jìn)行關(guān)聯(lián)，查看進(jìn)度和成本。一方面增強(qiáng)工程項(xiàng)目虛擬場景的仿真性，同時也為工程項(xiàng)目成果展示提供科學(xué)依據(jù)，有利于土地整治行為的審查、分析和研究。[7]

2土地整治專業(yè)中3S課程設(shè)置與能力培養(yǎng)

3S相關(guān)課程是土地整治專業(yè)學(xué)生的基本專業(yè)技能，3S技術(shù)涉及土地整治工程中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、測繪、規(guī)劃、信息化管理、動態(tài)監(jiān)測等主要內(nèi)容，為土地工程整治提供了基礎(chǔ)平臺，是必備技能。綜合分析不同高校的培養(yǎng)方案，土地整治工程專業(yè)中涉及的3S課程主要有遙感導(dǎo)論，地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)、土地信息系統(tǒng)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等課程，不同高校在專業(yè)設(shè)置上存在一定差異，例如部分高校開設(shè)地圖學(xué)課程，GNSS課程有的高校作為選修課程，有的高校則包含在測繪學(xué)相關(guān)課程，部分高校開設(shè)了土地信息系統(tǒng)，但遙感導(dǎo)論與地理信息系統(tǒng)是各高校都開設(shè)的課程。

3S相關(guān)課程開設(shè)的目的主要使學(xué)生掌握遙感影像數(shù)據(jù)獲取與處理，通過測量學(xué)和GNSS和遙感概論相關(guān)課程學(xué)習(xí)，熟悉測繪工作的基本流程，掌握現(xiàn)代地理信息、測繪儀器的基本使用方法，熟悉信息數(shù)據(jù)采集與處理的過程。并以空間處理技術(shù)為核心，掌握土地信息及其他空間數(shù)據(jù)的獲取、儲存、管理、處理、分析和可視化等各種技術(shù)體系的集成與融合，研究土地信息的組成和相互聯(lián)系的一般性規(guī)律。

3S相關(guān)課程與知識涉及土地整治工程的數(shù)據(jù)獲取、校正、規(guī)劃、工程信息化管理和動態(tài)表達(dá)等過程，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握土地信息和其他空間數(shù)據(jù)處理和分析的基本技能和實(shí)踐應(yīng)用能力。在能力培養(yǎng)方面，3S技術(shù)相關(guān)課程，可以鍛煉學(xué)生綜合解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力，利用系統(tǒng)思維進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用分析的能力，以及利用3S信息技術(shù)手段解決國土空間規(guī)劃和空間分析能力。具體到土地整治工程，可以利用3S技術(shù)輔助實(shí)現(xiàn)在農(nóng)田綜合整治、農(nóng)村建設(shè)用地綜合整治、采礦用地綜合整治、生態(tài)用地綜合整治等土地整治項(xiàng)目的調(diào)查、工程勘測、規(guī)劃、實(shí)施、評估等過程，提高項(xiàng)目實(shí)施和管理的基本技能（見圖1）。

3土地整治專業(yè)中3S課程提升建議

3.1 以工程認(rèn)證理念指導(dǎo)3S課程體系建設(shè)

以CDIO工程教育認(rèn)證、產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）的教育理念為指導(dǎo)，綜合考慮學(xué)校自身特色以及社會對人才的需求，制定各門課程教學(xué)框架和內(nèi)容。以CDIO大綱中所提出四個層面的能力為主要培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合土地整治工程的構(gòu)思—設(shè)計—實(shí)施—運(yùn)行的工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，構(gòu)建基于工程教育的3S課程體系和教學(xué)方法。同時，3S課程是一組課程群，應(yīng)以工程為線索，注重課程群內(nèi)部課程先后順序和遞進(jìn)關(guān)系。并加強(qiáng)3S課程群與土地整治專業(yè)課程如“土地工程基礎(chǔ)”“土地利用規(guī)劃”“土地工程概預(yù)算與招投標(biāo)”“灌溉與排水工程學(xué)”等銜接，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)校學(xué)習(xí)實(shí)踐到行業(yè)應(yīng)用型人才的“零適應(yīng)”自然轉(zhuǎn)換。

3.2 理論+實(shí)驗(yàn)+科研式的課堂教學(xué)模式

3S相關(guān)課程都具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，均涉及相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)和操作，在教學(xué)中應(yīng)處理好理論和實(shí)踐課程之間的關(guān)系，既不能偏重理論而忽略了鍛煉學(xué)生的動手能力，也不能一味的強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)而弱化理論的重要性，后者造成學(xué)生對操作十分熟練，卻缺乏分析問題和解決問題的能力。要做到理論結(jié)合實(shí)踐，一方面要掌握相關(guān)理論原理，然后以軟件為例，說明其表現(xiàn)方式和實(shí)現(xiàn)路徑。并在個別關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重點(diǎn)內(nèi)容為例進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生科研思維的鍛煉。例如以內(nèi)插方法為例，先通過理論講授內(nèi)插的定義、原理、方法及用途，然后以具體軟件為例講解具體操作，最后形成以內(nèi)插方法評價為主題的科研活動，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。最終形成理論+實(shí)驗(yàn)+科研式的課堂教學(xué)模式，科研與教學(xué)互動，并及時把最新科研成果轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)內(nèi)容。

3.3 探索線上+線下的混合式教育模式

3S技術(shù)課程涉及很多具體的實(shí)踐案例和上機(jī)操作，傳統(tǒng)的講授法和演示法的效果有限。而且受課時限制，無法保證給足學(xué)生足夠的練習(xí)時間，因而達(dá)不到滿意的教學(xué)效果。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，慕課、學(xué)習(xí)通、雨課堂等一批優(yōu)秀的教學(xué)平臺的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)教學(xué)提供了豐富的教學(xué)手段和教學(xué)資源，老師可以通過向在線式、混合式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來。線上平臺的引入，不僅可以提供課下鞏固知識的方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，同時也有利于培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)習(xí)慣?；诰€上教學(xué)平臺，教師可以將相關(guān)的教學(xué)計劃、講義、導(dǎo)入問題、教學(xué)視頻等上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以提前對課程進(jìn)行預(yù)習(xí)，對相關(guān)問題進(jìn)行思考。課上更有針對性地抓住主要難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，而且可以利用平臺進(jìn)行師生互動和問題調(diào)查，增加課堂的趣味性和針對性。課下，學(xué)生可以通過平臺內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，而且隨時隨地和老師進(jìn)行問題探討和溝通。

4結(jié)束語

遙感技術(shù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的3S技術(shù)涉及土地整治的規(guī)劃、測繪、實(shí)施和可視化等主要過程，是土地整治專業(yè)學(xué)生需掌握的核心專業(yè)基礎(chǔ)技能。在復(fù)合應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求下，土地整治專業(yè)的3S相關(guān)課程設(shè)置應(yīng)以工程認(rèn)證理念為指導(dǎo)，構(gòu)建基于工程教育的3S課程體系和教學(xué)方法，嘗試?yán)碚?實(shí)驗(yàn)+科研式的課堂教學(xué)模式，以線上+線下的混合式教育模式彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的短板，為土地整治國家戰(zhàn)略奠定堅實(shí)的人才需求基礎(chǔ)。

基金項(xiàng)目：河北省高校新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目：面向新工科專業(yè)土地整治工程的人才培養(yǎng)模式與實(shí)踐平臺構(gòu)建（2017GJXGK024）

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