基于OBE 理念的“遥感软件应用”课程教学改革与实践

艾金泉，田 申，杨玉成，何海清

（东华理工大学测绘与空间信息工程学院 江西 南昌 330013）

人工智能、大数据、云计算和虚拟仿真等新兴技术的快速发展给遥感、地信等产业带来了深远的影响，对相关专业的教学体系和教学内容也带来了前未有的挑战和机遇[1-3]。如何让学生掌握扎实的理论基础知识和过硬的实践技术，培养出适应社会发展与国家需求的创新型人才，是当前教学改革的热点问题[4]。

成果导向教育（outcome-based education，OBE）是基于学习产出的教育模式，教学过程遵循“以学生为中心”，教学聚焦学习成果，反向设计教学内容和教学过程，并强调对教学的持续改进[5]。相比于传统的教育模式，OBE 教育模式更强调学习方法和什么时候学习，更强调学生学会了什么以及是否能够成功[6-7]。在OBE 教育模式下，教师对学生毕业时应达到的专业能力有明确的要求，在此基础上，设计相应的教学内容、教学模式和评价方法来保障学生达到这些预期目标[8]，这也是当前教学改革的重要方向。

“遥感软件应用”是遥感专业开设的一门重要专业基础实践课。目前，该课程教学侧重基础实验操作的实现和遥感基础应用，课程内容缺乏创新性，学生对于如何把理论知识和遥感工程项目有机融合还存在诸多盲点，解决实际遥感工程问题的能力还需要进一步提高。针对这一现状，授课教师团队提出基于OBE 理念的课程教学改革，包括优化、优化课程教学目标、优化课程教学内容、完善课程考核机制。实践表明，这些措施能够取得较好的实践效果。

1 “遥感软件应用”课程教学存在的主要问题

1.1 课程设计不能很好地解决实际遥感工程问题

旧版的“遥感软件应用”课程大纲，侧重于ENVI 软件操作实现，实验项目设置偏容易，针对实际遥感工程问题的实践教学偏少，实验项目设置脱离了实际应用工程背景。部分实验项目设置与当前测绘遥感产业的发展方向脱轨，无法较好地培养学生适应最新人才需求的应用技能，造成课程实验项目教学缺乏实用性。

1.2 课程教学内容缺乏创新性

传统的课程教学内容相对陈旧，最新的云计算遥感、深度学习、人工智能、虚拟现实等最新热点研究内容和技术方法在教学内容中缺乏，学生所学遥感图像处理技能与社会现实需求有一定的差距。以“遥感图像分类与制图”实验为例，旧版的大纲仍然以传统的非监督分类方法和最大似然方法等传统的监督分类方法进行地物分类，对于最新的随机森林算法、深度学习分类技术并未介绍，不利于培养学生的创新能力。因此，亟须在实验内容设计方面进行优化，提升课程的创新性。

1.3 课程考核机制不完善

目前，实验类课程通常采用多元化的方法对学生课程学习效果进行评价。然而，旧版的“遥感软件应用”课程教学评价主要是教师依据实验报告和平时出勤情况来确定学生的成绩。这种评价方式比较单一，不利于真实地反映学生的实际掌握情况。因此，亟须优化课程考核机制。

2 “遥感软件应用”课程教学改革对策

2.1 优化课程教学目标

基于OBE 理念，根据课程存在的问题，授课团队优化了课程教学目标（表1），使课程目标根植于学生毕业要求的指标点，聚焦学生能够熟练使用常见的国内外遥感软件（学到什么），以及处理实际复杂遥感工程问题的能力（能做什么）这一核心思想。

表1 “遥感软件应用”课程目标与对应毕业要求之间的关系

2.2 优化课程教学内容

针对当前“遥感软件应用”课程教学存在的问题，授课团队基于OBE 理念对课程教学内容进行了优化（表2）。①引入最新的深度学习技术、随机森林算法、时序变化检测技术、遥感云计算技术到相应课程教学之中，解决学生知识陈旧、创新性不足、无法适应社会最新技术潮流的问题，培养学生的创新能力。②强化多源遥感数据智能处理与分析能力，特别是将最新的多种传感器数据和新技术增加到教学实验中，解决学生处理多源遥感数据集成使用和智能提取能力不足的问题。③引入虚拟现实技术，如新增“虚拟仿真技术在遥感影像分类中的应用”的实验，解决教学之中危险区域实验无法实现的问题，增强学生的情景体验感，激发学生的兴趣。④引入国产遥感软件PIE 和国产高分系列数据，更大力度支持国产高分辨遥感数据与国产软件，解决学生就业中对于国产软件和国产数据不懂处理的“怪现象”。⑤新增一个研究创新型实验，替换原有的一个案例教学，让学生围绕“自然生态环境监测”这一主题确定一个方向进行自主设计实验，发挥学生的自主性。此外，为了让学生有效发挥学生的创新性和自主能动性，教师可推荐学生参加相关专业比赛，践行以赛促教，以赛促学，充分调动学生的学习积极性。

表2 “遥感软件应用”课程教学内容优化

2.3 完善课程考核机制

传统的“遥感软件应用”课程评价主要依据学生考勤、实验报告。这种评价方法的缺点是强调了学生的实验报告内容，弱化了学生实验过程的真实表现，考核指标无法体现学生的实际动手能力、创新思维能力和综合能力，不利于培养学生的创新能力和综合素质。为了解决这一问题，基于OBE 理念，围绕学生能够解决实际复杂遥感工程问题这一目标，授课团队对学生实验进行考核时需要采用更为灵活的方式，形成多元化的实验考核机制（表3）。

表3 基于OBE 理念的实验成绩评价方法

3 “遥感软件应用”课程教学改革效果

3.1 多源遥感数据自动处理能力明显提高

从数据源类型处理能力看，相比于旧版的课程大纲中实验基于单一类型数据展开，新版课程大纲中实验过程使用了无人机数据及MODIS、Landsat-8、Sentinel-1、Sentinel-2、GF-1 WFV、HJ-1A、GF-5 等多种卫星遥感数据，使得学生能够较好地掌握国内外不同类型的多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的处理过程，切实提升了多源遥感数据处理水平。从数据规模处理能力看，通过引入云遥感平台，学生能够高效地处理时序遥感大数据，强化了学生遥感大数据快速自动处理的能力。

3.2 创新能力明显提升

“遥感软件应用”课程引入深度学习、机器学习、VR技术、无人机数据处理等最新热点技术之后，学生创新能力明显增强。通过以赛促教、以赛促学的形式，在校生参加国家级专业竞赛获奖数量和质量明显增加。例如，2020 级遥感专业学生学习了“遥感软件应用”课程后，参加2022 年易智瑞杯中国大学生GIS 软件开发竞赛——遥感应用组比赛，获得了1 项二等奖、6 项三等奖，学生获奖人数占班级人数高达60%，取得了该竞赛近5 年来最好的成绩。从科研成果来看，本科生省级和校级科技立项项目逐年递增，科技论文和专利发表均逐年增加。根据不完全统计，遥感专业近三年来发表学术论文13 篇、专利3 项，相比以往都取得了较好的进步。

3.3 解决实际遥感工程问题的能力明显提升

通过增加综合性应用实验和研究创新型实验，学生解决实际遥感工程问题的能力明显提升。例如，针对2020 年鄱阳湖区洪涝淹没过程监测的实际遥感工程问题，学习完课程后，学生能够通过文献综述学习洪水淹没遥感提取的最新研究进展，下载光学与雷达卫星遥感数据，设计实验方案，提出集成光学与雷达数据的洪水淹没遥感监测新方法，并最终在ESRI 竞赛中获得奖项。