艾金泉，田 申，楊玉成，何海清

（東華理工大學(xué)測繪與空間信息工程學(xué)院 江西 南昌 330013）

人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算和虛擬仿真等新興技術(shù)的快速發(fā)展給遙感、地信等產(chǎn)業(yè)帶來了深遠的影響，對相關(guān)專業(yè)的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容也帶來了前未有的挑戰(zhàn)和機遇[1-3]。如何讓學(xué)生掌握扎實的理論基礎(chǔ)知識和過硬的實踐技術(shù)，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展與國家需求的創(chuàng)新型人才，是當前教學(xué)改革的熱點問題[4]。

成果導(dǎo)向教育（outcome-based education，OBE）是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，教學(xué)過程遵循“以學(xué)生為中心”，教學(xué)聚焦學(xué)習(xí)成果，反向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，并強調(diào)對教學(xué)的持續(xù)改進[5]。相比于傳統(tǒng)的教育模式，OBE 教育模式更強調(diào)學(xué)習(xí)方法和什么時候?qū)W習(xí)，更強調(diào)學(xué)生學(xué)會了什么以及是否能夠成功[6-7]。在OBE 教育模式下，教師對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達到的專業(yè)能力有明確的要求，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和評價方法來保障學(xué)生達到這些預(yù)期目標[8]，這也是當前教學(xué)改革的重要方向。

“遙感軟件應(yīng)用”是遙感專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)實踐課。目前，該課程教學(xué)側(cè)重基礎(chǔ)實驗操作的實現(xiàn)和遙感基礎(chǔ)應(yīng)用，課程內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性，學(xué)生對于如何把理論知識和遙感工程項目有機融合還存在諸多盲點，解決實際遙感工程問題的能力還需要進一步提高。針對這一現(xiàn)狀，授課教師團隊提出基于OBE 理念的課程教學(xué)改革，包括優(yōu)化、優(yōu)化課程教學(xué)目標、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、完善課程考核機制。實踐表明，這些措施能夠取得較好的實踐效果。

1 “遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)存在的主要問題

1.1 課程設(shè)計不能很好地解決實際遙感工程問題

舊版的“遙感軟件應(yīng)用”課程大綱，側(cè)重于ENVI 軟件操作實現(xiàn)，實驗項目設(shè)置偏容易，針對實際遙感工程問題的實踐教學(xué)偏少，實驗項目設(shè)置脫離了實際應(yīng)用工程背景。部分實驗項目設(shè)置與當前測繪遙感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向脫軌，無法較好地培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)最新人才需求的應(yīng)用技能，造成課程實驗項目教學(xué)缺乏實用性。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性

傳統(tǒng)的課程教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，最新的云計算遙感、深度學(xué)習(xí)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等最新熱點研究內(nèi)容和技術(shù)方法在教學(xué)內(nèi)容中缺乏，學(xué)生所學(xué)遙感圖像處理技能與社會現(xiàn)實需求有一定的差距。以“遙感圖像分類與制圖”實驗為例，舊版的大綱仍然以傳統(tǒng)的非監(jiān)督分類方法和最大似然方法等傳統(tǒng)的監(jiān)督分類方法進行地物分類，對于最新的隨機森林算法、深度學(xué)習(xí)分類技術(shù)并未介紹，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，亟須在實驗內(nèi)容設(shè)計方面進行優(yōu)化，提升課程的創(chuàng)新性。

1.3 課程考核機制不完善

目前，實驗類課程通常采用多元化的方法對學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果進行評價。然而，舊版的“遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)評價主要是教師依據(jù)實驗報告和平時出勤情況來確定學(xué)生的成績。這種評價方式比較單一，不利于真實地反映學(xué)生的實際掌握情況。因此，亟須優(yōu)化課程考核機制。

2 “遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)改革對策

2.1 優(yōu)化課程教學(xué)目標

基于OBE 理念，根據(jù)課程存在的問題，授課團隊優(yōu)化了課程教學(xué)目標（表1），使課程目標根植于學(xué)生畢業(yè)要求的指標點，聚焦學(xué)生能夠熟練使用常見的國內(nèi)外遙感軟件（學(xué)到什么），以及處理實際復(fù)雜遙感工程問題的能力（能做什么）這一核心思想。

表1 “遙感軟件應(yīng)用”課程目標與對應(yīng)畢業(yè)要求之間的關(guān)系

2.2 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

針對當前“遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)存在的問題，授課團隊基于OBE 理念對課程教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化（表2）。①引入最新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)、隨機森林算法、時序變化檢測技術(shù)、遙感云計算技術(shù)到相應(yīng)課程教學(xué)之中，解決學(xué)生知識陳舊、創(chuàng)新性不足、無法適應(yīng)社會最新技術(shù)潮流的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。②強化多源遙感數(shù)據(jù)智能處理與分析能力，特別是將最新的多種傳感器數(shù)據(jù)和新技術(shù)增加到教學(xué)實驗中，解決學(xué)生處理多源遙感數(shù)據(jù)集成使用和智能提取能力不足的問題。③引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，如新增“虛擬仿真技術(shù)在遙感影像分類中的應(yīng)用”的實驗，解決教學(xué)之中危險區(qū)域?qū)嶒灍o法實現(xiàn)的問題，增強學(xué)生的情景體驗感，激發(fā)學(xué)生的興趣。④引入國產(chǎn)遙感軟件PIE 和國產(chǎn)高分系列數(shù)據(jù)，更大力度支持國產(chǎn)高分辨遙感數(shù)據(jù)與國產(chǎn)軟件，解決學(xué)生就業(yè)中對于國產(chǎn)軟件和國產(chǎn)數(shù)據(jù)不懂處理的“怪現(xiàn)象”。⑤新增一個研究創(chuàng)新型實驗，替換原有的一個案例教學(xué)，讓學(xué)生圍繞“自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測”這一主題確定一個方向進行自主設(shè)計實驗，發(fā)揮學(xué)生的自主性。此外，為了讓學(xué)生有效發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性和自主能動性，教師可推薦學(xué)生參加相關(guān)專業(yè)比賽，踐行以賽促教，以賽促學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

表2 “遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

2.3 完善課程考核機制

傳統(tǒng)的“遙感軟件應(yīng)用”課程評價主要依據(jù)學(xué)生考勤、實驗報告。這種評價方法的缺點是強調(diào)了學(xué)生的實驗報告內(nèi)容，弱化了學(xué)生實驗過程的真實表現(xiàn)，考核指標無法體現(xiàn)學(xué)生的實際動手能力、創(chuàng)新思維能力和綜合能力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。為了解決這一問題，基于OBE 理念，圍繞學(xué)生能夠解決實際復(fù)雜遙感工程問題這一目標，授課團隊對學(xué)生實驗進行考核時需要采用更為靈活的方式，形成多元化的實驗考核機制（表3）。

表3 基于OBE 理念的實驗成績評價方法

3 “遙感軟件應(yīng)用”課程教學(xué)改革效果

3.1 多源遙感數(shù)據(jù)自動處理能力明顯提高

從數(shù)據(jù)源類型處理能力看，相比于舊版的課程大綱中實驗基于單一類型數(shù)據(jù)展開，新版課程大綱中實驗過程使用了無人機數(shù)據(jù)及MODIS、Landsat-8、Sentinel-1、Sentinel-2、GF-1 WFV、HJ-1A、GF-5 等多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，使得學(xué)生能夠較好地掌握國內(nèi)外不同類型的多光譜數(shù)據(jù)、高光譜數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)的處理過程，切實提升了多源遙感數(shù)據(jù)處理水平。從數(shù)據(jù)規(guī)模處理能力看，通過引入云遙感平臺，學(xué)生能夠高效地處理時序遙感大數(shù)據(jù)，強化了學(xué)生遙感大數(shù)據(jù)快速自動處理的能力。

3.2 創(chuàng)新能力明顯提升

“遙感軟件應(yīng)用”課程引入深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)、VR技術(shù)、無人機數(shù)據(jù)處理等最新熱點技術(shù)之后，學(xué)生創(chuàng)新能力明顯增強。通過以賽促教、以賽促學(xué)的形式，在校生參加國家級專業(yè)競賽獲獎數(shù)量和質(zhì)量明顯增加。例如，2020 級遙感專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)了“遙感軟件應(yīng)用”課程后，參加2022 年易智瑞杯中國大學(xué)生GIS 軟件開發(fā)競賽——遙感應(yīng)用組比賽，獲得了1 項二等獎、6 項三等獎，學(xué)生獲獎人數(shù)占班級人數(shù)高達60%，取得了該競賽近5 年來最好的成績。從科研成果來看，本科生省級和校級科技立項項目逐年遞增，科技論文和專利發(fā)表均逐年增加。根據(jù)不完全統(tǒng)計，遙感專業(yè)近三年來發(fā)表學(xué)術(shù)論文13 篇、專利3 項，相比以往都取得了較好的進步。

3.3 解決實際遙感工程問題的能力明顯提升

通過增加綜合性應(yīng)用實驗和研究創(chuàng)新型實驗，學(xué)生解決實際遙感工程問題的能力明顯提升。例如，針對2020 年鄱陽湖區(qū)洪澇淹沒過程監(jiān)測的實際遙感工程問題，學(xué)習(xí)完課程后，學(xué)生能夠通過文獻綜述學(xué)習(xí)洪水淹沒遙感提取的最新研究進展，下載光學(xué)與雷達衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，設(shè)計實驗方案，提出集成光學(xué)與雷達數(shù)據(jù)的洪水淹沒遙感監(jiān)測新方法，并最終在ESRI 競賽中獲得獎項。