劉亞文　段延松　王玥

［摘 要］科研育人在我國高等教育培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型人才中起重要引領(lǐng)作用，提高教師的科研能力、實踐教學(xué)能力是提高高校教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。文章以遙感實踐課程教學(xué)為例，提出借助多學(xué)科多領(lǐng)域的科研活動將測繪遙感最新科研成果轉(zhuǎn)化為與時俱進(jìn)的遙感實踐教學(xué)內(nèi)容，通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研和實踐教學(xué)活動，建立遙感科研成果與學(xué)生實踐活動的聯(lián)系，將科研訓(xùn)練和科研思維融入實踐教學(xué)育人之中。在科研融入實踐教學(xué)過程中，通過不斷探索合適的切入點和方式來提升教師的科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力，實現(xiàn)用高水平的科學(xué)研究培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］科研驅(qū)動；實踐教學(xué)能力；遙感實踐課程

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）21-0058-04

科研驅(qū)動實踐教學(xué)是高校提高教學(xué)質(zhì)量的重要模式，即將科研能力或科研成果轉(zhuǎn)化為促進(jìn)實踐教學(xué)質(zhì)量提升的積極因素。在這種模式下，教師個體需要具備某種素質(zhì)或技能才能實現(xiàn)科研到實踐教學(xué)的這一轉(zhuǎn)化[1-2]。研究表明科研與實踐教學(xué)相互結(jié)合的過程，一方面能夠使最前沿的科研成果和理論融入實踐教學(xué)內(nèi)容之中，提高實踐教學(xué)質(zhì)量；另一方面，將科研的思維方式融入實踐教學(xué)之中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐探索精神，同時激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識[3-4]。目前一些高?？蒲序?qū)動實踐教學(xué)方面還存在一些亟待解決的問題，比如科研和實踐教學(xué)結(jié)合不夠緊密[5]，教師實踐教學(xué)以教材內(nèi)容為主，教材內(nèi)容相較于學(xué)科的迅速發(fā)展較為滯后等；同時，在實踐教學(xué)方法上，對科研思維和科研育人的理念融入實踐教學(xué)的重視度不夠[6]。針對這些問題，本文以遙感實踐課程為依托，就如何提升高校教師的科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力展開研究，以期進(jìn)一步提升實踐教學(xué)質(zhì)量，為雙一流高校三全育人理念的有效實施奠定基礎(chǔ)。

許多學(xué)者對如何提高科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力進(jìn)行了研究[6-10]。徐文成[6]提出教師可以通過將科研方法以及自己的科研經(jīng)驗融入實踐教學(xué)活動，關(guān)注學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，來提高科研融入實踐教學(xué)程度。趙志丹等[7]提出通過將科研成果融入實踐課程教材和實踐活動等途徑來提升科研對實踐教學(xué)的驅(qū)動度，進(jìn)而有效提升本科生實踐課程教學(xué)水平。苗春雨等[8]提出實踐教學(xué)應(yīng)積極主動尋找科學(xué)研究聯(lián)系實踐應(yīng)用的接口，深入科研思維和方法與實踐教學(xué)方法的結(jié)合。劉獻(xiàn)君和吳洪富[9]針對青年教師如何能盡快地實現(xiàn)實踐教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合，提出重視實踐教學(xué)反思與研究，反思實踐教學(xué)設(shè)計是否吸收了足夠的科研成果和接觸到多少前沿問題等。周光禮和馬海泉[3]對科研成果如何轉(zhuǎn)化為實踐課程內(nèi)容進(jìn)行了深入研究，聚焦教師的科研成果和實踐教學(xué)的融合，特別是科研成果對實踐教學(xué)的推動和支撐作用。本文在借鑒上述研究基礎(chǔ)上，以遙感實踐課程教學(xué)為例，提出借助多學(xué)科多領(lǐng)域的科研實踐教學(xué)活動、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研實踐教學(xué)活動來積極提升教師科研融入實踐教學(xué)的能力，實現(xiàn)用高水平的科學(xué)研究支撐高質(zhì)量的高等教育，達(dá)到培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

一、科研驅(qū)動實踐教學(xué)面臨的問題

（一）隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，部分高校教師的科研驅(qū)動教學(xué)能力水平難以滿足新經(jīng)濟(jì)模式下人才培養(yǎng)的需求

當(dāng)今，前沿學(xué)科知識的更新?lián)Q代遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了書本知識更新的速度，迫切需要高校教師能夠通過自身對新理論、新知識、新技術(shù)的學(xué)習(xí)來填補書本知識的滯后。同時，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的加速推進(jìn)，迫切需要具有強實踐能力、創(chuàng)新精神和國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才[11] 。這些“新工科”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)需要高校開展多種多樣的大學(xué)生創(chuàng)新項目、創(chuàng)業(yè)大賽等實踐活動。教師只有自身具備精湛的學(xué)術(shù)水平、扎實的科研基礎(chǔ)才能引領(lǐng)學(xué)生在創(chuàng)造性實踐活動中產(chǎn)生新穎、獨特的想法。因此，教師需要不斷提升自身科研驅(qū)動教學(xué)能力，才能跟上知識的快速更新及適應(yīng)人才培養(yǎng)的新需求，實時在教學(xué)中融入科研最新成果及交叉學(xué)科知識，保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，同時用高水準(zhǔn)的專業(yè)知識和高水平的科研思維、方法指導(dǎo)學(xué)生實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）青年科研人才成為高校教師隊伍的重要組成部分，與科研水平不對等的科研驅(qū)動教學(xué)能力限制了青年科研人才在教學(xué)中發(fā)揮自身科研育人的優(yōu)勢

培養(yǎng)一流人才是“雙一流”高校建設(shè)的關(guān)鍵之一，而一流人才培養(yǎng)需要高校擁有一支教學(xué)科研水平高的教師隊伍[10]。近年來，國家加大高水平人才引進(jìn)力度，國內(nèi)許多高校在全球范圍內(nèi)招募科研教學(xué)人員，高校教師隊伍中海外歸國的青年教授、博士后越來越多。這些青年科研人才的科學(xué)研究水平與世界接軌，掌握學(xué)科領(lǐng)域的前沿動態(tài)，極大提高了高校教師隊伍的整體科研水平。如果這種優(yōu)勢在本科教學(xué)中充分發(fā)揮，對于高校一流人才培養(yǎng)具有積極作用。然而，一些任職初期的青年科研人才教學(xué)經(jīng)驗不夠豐富，在教學(xué)過程中結(jié)合科研與實踐教學(xué)的能力還需要提高。因此，快速提升青年科研人才自身的科研驅(qū)動教學(xué)能力，充分發(fā)揮高水平科研對實踐教學(xué)的促進(jìn)作用是十分重要的。

二、科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力提高的途徑

（一）參加多學(xué)科多領(lǐng)域的科研活動，儲備跨學(xué)科、多領(lǐng)域的先進(jìn)知識和研究成果，為科研驅(qū)動實踐教學(xué)提供必備基礎(chǔ)條件

通過跨學(xué)科參與科研活動，教師可以吸取交叉學(xué)科領(lǐng)域的科研成果，拓寬自身知識領(lǐng)域，在實踐教學(xué)過程中動態(tài)更新與調(diào)整實踐課程內(nèi)容的廣度和深度，從而實現(xiàn)實踐教學(xué)質(zhì)量的提升及教師自身將科研成果轉(zhuǎn)化到實踐教學(xué)能力的提高。在這個過程中，科研成果、新知識等以怎樣的方式和適合度加入實踐教學(xué)是關(guān)鍵，是教師科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力的體現(xiàn)。

以遙感實踐課程為例，新型傳感器和平臺發(fā)展迅速，包括影像傳感器、定姿定位傳感器和距離傳感器等，低空無人機(jī)遙感系統(tǒng)正逐步成為衛(wèi)星、有人機(jī)遙感和地面遙感的有效補充手段[12]。在遙感理論與算法方面，計算機(jī)視覺中的一些匹配算法如尺度不變特征轉(zhuǎn)換、半全局匹配、多視影像匹配等在遙感數(shù)據(jù)處理中取得了很好的效果。同時，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，傾斜攝影的多相機(jī)聯(lián)合平差，引入多源控制信息或公開且可穩(wěn)定獲取的公眾地理信息數(shù)據(jù)的平差也逐漸成為影像無控平差的可選擇方式[13]。另外，深度學(xué)習(xí)已經(jīng)廣泛用于遙感圖像的分類、識別、檢索和信息提取，在語義提取方面較傳統(tǒng)方法有更好的表現(xiàn)。這些新型傳感器、平臺及影像數(shù)據(jù)處理新方法需要教師通過參與科研或相關(guān)學(xué)術(shù)交流活動等方式獲得，并實時補充到實踐教學(xué)中，保證實踐教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。

在遙感實踐課程中，新知識和科研成果的加入是在原有實踐課程內(nèi)容體系基礎(chǔ)上的拓寬和深入，比如空中三角測量部分，GPS輔助空中三角測量是原有內(nèi)容，隨著我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗定位的穩(wěn)定和可靠性走向?qū)嵱秒A段[14]，可將這部分新知識插入GPS輔助空中三角測量內(nèi)容中，深度方面則側(cè)重通過調(diào)用算法模塊復(fù)現(xiàn)整個GPS和北斗聯(lián)合空中三角測量的完整過程，在較高的學(xué)習(xí)階段中可增加進(jìn)一步改善北斗輔助空中三角測量精度方面的實踐內(nèi)容。可以看出，教師首先要具備新知識，其次要能以合適的嵌入方式將新知識融入實踐教學(xué)之中，通過不斷地實踐與摸索，提高自身的科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力。

（二）開展產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研和實踐教學(xué)活動，提升教師將科研成果與實踐教學(xué)活動、科研方法與學(xué)生創(chuàng)造能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合的能力

企業(yè)、公司通常承擔(dān)著行業(yè)先進(jìn)技術(shù)的研究、應(yīng)用及生產(chǎn)任務(wù)，比如一些城市的測繪研究院，承擔(dān)大量城市級實景三維項目，最先使用行業(yè)先進(jìn)的航空測量系統(tǒng)如徠卡機(jī)載混合測量系統(tǒng)CityMapper等；又如武漢兆格信息技術(shù)有限公司，借助網(wǎng)絡(luò)平臺、大數(shù)據(jù)及計算硬件，研發(fā)了國內(nèi)首個攝影測量的混合云協(xié)作數(shù)據(jù)生產(chǎn)作業(yè)平臺，開創(chuàng)了行業(yè)新型測繪數(shù)據(jù)處理模式。將企業(yè)先進(jìn)的研究、生產(chǎn)業(yè)務(wù)與實踐教學(xué)緊密結(jié)合，對于提升教師科研驅(qū)動實踐教學(xué)及學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了條件。在產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研與實踐教學(xué)融合的過程中，需要考慮適當(dāng)?shù)那腥朦c和方式。由于科研項目的實踐需要學(xué)生具備一定專業(yè)知識基礎(chǔ)，因此時段選擇在相關(guān)專業(yè)知識課程教學(xué)完成后。教師的引導(dǎo)方式對學(xué)生的科研思維培養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新能力提升具有引領(lǐng)作用，實踐教學(xué)中教師展示科研成果的過程實際上也是教師將科研方法、解決問題的思路回溯給學(xué)生的過程。

下以產(chǎn)學(xué)研項目“傾斜攝影城市三維建筑提取研究”與遙感實踐課程教學(xué)內(nèi)容“城市點云模型語義分割方法”結(jié)合為例，用項目研究的建筑物提取方法和實驗結(jié)果具體化點云模型語義分割實踐內(nèi)容。項目中建筑物提取首先采用RandLA?Net[15]作為點云空間幾何特征提取的網(wǎng)絡(luò)模型。RandLA?Net模型兼顧了數(shù)據(jù)點特征提取的感受野和計算效率，非常適合大規(guī)模點云語義分割。其次，采用U?Net [16]卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為傾斜影像建筑物紋理特征提取的網(wǎng)絡(luò)模型。U?Net跳躍鏈接的方式能夠大量保留影像的上下文信息，實現(xiàn)對不同類別、尺寸的建筑物進(jìn)行像素級別分割。最后，引入注意力機(jī)制的特征融合，將影像特征和點云特征聚合后，通過多層感知器MLP（Multilayer Perceptron）得到注意力權(quán)重值，并以殘差和方式得到融合后的點云特征，用于網(wǎng)絡(luò)模型語義分割。 以國際攝影測量與遙感學(xué)會ISPRS公開數(shù)據(jù)集中Vaihingen航空點云和影像為實驗數(shù)據(jù)，點云和影像包含的地物有電力線、低矮植被、不透水面、汽車、圍欄、建筑物、立面、灌木和樹木等。建筑物點云提取結(jié)果表明，點云特征和影像特征結(jié)合的建筑物點云提取結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注更接近，效果更好。在實踐教學(xué)中，將學(xué)生分小組，每個小組承擔(dān)建筑物提取方法中的一個步驟，比如利用RandLA?Net進(jìn)行建筑物點云特征提取或利用U?Net進(jìn)行建筑物影像特征提取，各個小組在綜合各自完成的模塊后，就能完整地實踐到整個研究項目的建筑物提取方法。將產(chǎn)學(xué)研項目成果融入實踐教學(xué)，學(xué)生經(jīng)過模擬真實項目的實踐鍛煉，能夠體會到具體的科研思維即用多元信息解決問題的有效性，比如相對單一特征而言，影像特征和點云特征的結(jié)合能有效提高建筑物點云提取精度。同時，學(xué)生也能感悟如何將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為解決行業(yè)問題的方法和算法，在實踐中提升專業(yè)創(chuàng)造力和創(chuàng)新力。教師在科研融入實踐教學(xué)的過程中，不斷總結(jié)產(chǎn)學(xué)研項目與實踐教學(xué)的結(jié)合度，學(xué)生融入教學(xué)實踐的契合度，從而不斷提高自身的科研驅(qū)動教學(xué)的能力。

三、結(jié)語

教師的實踐教學(xué)素養(yǎng)和教學(xué)水平直接影響著高校人才培養(yǎng)質(zhì)量。全面提升高校教師的實踐教學(xué)能力是“雙一流”高校培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的重要保障。遙感實踐課程是遙感科學(xué)與技術(shù)交叉學(xué)科的主干課程，該課程的實時性與先進(jìn)性與測繪遙感領(lǐng)域科研進(jìn)展息息相關(guān)，對測繪遙感領(lǐng)域人才培養(yǎng)起重要作用。本文以遙感實踐課程為例，提出通過參與多學(xué)科多領(lǐng)域的科研和實踐教學(xué)活動來拓寬教師自身知識和科研領(lǐng)域，完善知識和能力儲備，將最新科研成果轉(zhuǎn)化為與時俱進(jìn)的實踐教學(xué)內(nèi)容；通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科研和實踐教學(xué)活動，搭建科研成果與學(xué)生實踐活動連接的橋梁，將科研訓(xùn)練和科研思維貫穿于學(xué)生探究能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程之中。教師需要在實踐中不斷嘗試適合的科研融入實踐教學(xué)的切入點、方式和深度，在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不斷提高自身的科研驅(qū)動實踐教學(xué)能力，最終達(dá)到提高實踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高質(zhì)量、高水平創(chuàng)新型人才的目的。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：雷 艷］

［收稿時間］2023-07-11

［基金項目］武漢大學(xué)本科教育質(zhì)量建設(shè)綜合改革項目“深度交叉融合驅(qū)動的遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)改革探索”。

［作者簡介］劉亞文（1970—），女，陜西人，博士，教授，研究方向為攝影測量、遙感科研與教學(xué)。