防灾减灾专业人才需求下的遥感原理与应用课程教学实践及改革

朱红 孟健 刘小阳 孙广通 钱安

摘 要：推进防灾减灾专业人才培养与教育教学的深度融合，通过教学内容、教学模式与教学方法的改革，培养导向性、创新性和专业性高校复合型人才是我国高等教育的重要任务之一。鉴于现有遥感科学发展与防灾减灾人才需求现状存在的问题，提出面向防灾减灾需求导向的遥感原理与应用课程建设及改革思路。从教学内容和实践环节入手，对遥感科学基础知识的教学进行强化，实时融合防灾减灾相关发展的需求，培养学生科学思维与防灾减灾技术能力的提高。通过改革措施的实践，为防灾减灾领域培养更多具备遥感素养及遥感灾害数据分析能力的综合型人才。

关键词：遥感原理与应用；防灾减灾；教学实践；人才培养

中图分类号：G64  文献标识码：A

1 概述

防灾减灾是国家治理体系和治理能力现代化的重要抓手和推动力。高等学校作为应对灾害全过程的培养者和参与者，为实现教育水平与当前防灾减灾专业人才需求和增长模式的相适应，高等教育及人才培养应该做到引领人才发展导向与科技创新［13］。在新工科时代发展背景的驱动下，以满足人才需求、多学科交叉融合及创新为导向，以培养复合型、创新型人才为目标，是当代中国特色国情的高等学校课程教育改革的必经之路［46］。我国作为世界上自然灾害最为严重的国家之一，自然灾害种类多、分布地域广、发生频率高、影响损失大。灾害的突发性、极端性和复杂性有增无减，防灾减灾形势依然严峻，防灾减灾救灾的高校人才教育、专业人才队伍建设刻不容缓［78］。由此可见，防灾减灾科技的支撑能力与专业人才培养，是保障减灾服务、统筹和激活防灾减灾救灾管理人才建设的关键所在。随着国家民用空间基础设施规划中遥感卫星体系的稳步推进，以及商业遥感卫星的蓬勃发展，遥感数据获取能力与质量呈现齐升之势，卫星图像构成了遥感大数据的主体，目前已经广泛应用于环境监测、灾害评估及应急指挥等领域中［912］。遥感大数据的发展为防灾减灾注入了新动力，扩大了遥感产业规模、深化行业应用。因此，遥感大数据背景下对复合型遥感科学人才的培养提出了更高要求。测绘工程专业针对遥感原理与应用课程学习应以培养具备足够竞争力的防灾减灾人才为目标，建立融合防灾减灾行业需求下的遥感专业人才培养目标、教学内容体系及实践环节势在必行。

本文从遥感原理与应用课程教学的角度，讨论了防灾减灾人才需求驱动下遥感原理教学和高校人才培养所带来的机遇与挑战，进而阐述了防灾减灾复合型人才需求下遥感原理与应用课程教学改革设想，以及所采取的具体措施。

2 防灾减灾行业人才需求驱动下遥感原理课程教学的机遇与挑战

防灾减灾人才需求为遥感原理课程的教学及发展带来了新的机遇。面对地震、洪涝、台风、干旱等极端自然灾害，及时有效地采取救灾措施至关重要，而这其中灾情数据的获取以及数据的时效是决定救灾措施有效性的关键所在［1314］。多源遥感影像作为灾害监测与评估的基础数据，其重要性不言而喻。因此，遥感科学基础知识的强化及遥感大数据的导向性应用将有助于灾害监测及防治管理。与此同时，从学术研究到应急管理决策，基于遥感大数据的灾害要素识别、灾害信息分析等，遥感在防灾减灾的具体应用中积累了大量的实际案例，有助于丰富遥感原理教学内容与实践设计，激发学生的学习热情。遥感理论与防灾减灾救灾的实际应用相结合，既符合当下多学科交叉融合发展的新趋势，也有助于拓展学生的专业知识面，培养具备综合分析能力的专业复合型人才。

目前，国内遥感原理与应用课程在教学模式上还存在一些问题，使其难以适应遥感大数据时代下防灾减灾的人才培养需求。现有问题大致可以归纳为以下几个方面：

（1）教学内容与防灾减灾案例融合薄弱，对顾及遥感大数据的防灾减灾应用的动态吸收较为匮乏。现有教材大多数的核心内容依然以传统的遥感图像原理以及应用为主，缺乏面向遥感大数据下的防灾减灾应用的具体结合与应用分析，致使教学内容缺少与行业特色需求的融合。

（2）课程实践设计缺乏行业背景需求的针对性，教学方式较为单一。目前，许多遥感原理与应用课程以ERDAS软件配套实验数据为主，学生对遥感影像数据的普及与应用了解甚少或掌握欠缺，对于具体行业应用需求下遥感影像数据精准下载的把控较弱，对于遥感影像数据的预处理及深入分析更是严重脱轨，无法有效地做到理论联系实际，提升学生的动手能力。

（3）融合防灾减灾特色的专业思维能力培养尚且欠缺，导致学生难以将遥感原理与防灾减灾实践相结合，从理论到实践时，学生缺乏发现问题、分析问题、解决问题的专业能力，对于遥感大数据容易出现误用和滥用遥感影像的问题。

（4）教学考核方法及内容较为传统，侧重于概念定义类型的记忆考查，难以体现学生对于行业背景专业掌握程度及灵活性，很难体现对学生技术实践能力的考量。

3 防灾减灾复合型人才需求背景下遥感原理课程教学改革探索

3.1 面向防灾减灾应用需求的遥感原理课程建设

3.1.1 設计塔式结构教学目标，满足防灾减灾行业需求下学生的差异性培养

遥感原理与应用对遥感科学的基础要求较高，由于学生在基础知识的理解、知识架构的把控、主观能动性等方面均存在不同差异，对于知识点的理解与吸收自然参差不齐。基于此，针对防灾减灾复合型人才需求背景下遥感原理与应用课程设计塔式结构教学目标。以激发不同层次学生对遥感专业知识与防灾减灾应用需求融合学习的积极性。从底层基础到顶层结构设计教学目标如下：

（1）规划基础教学目标，涵盖各个章节的主要内容，面向大多数学生，使其掌握基础知识结构，侧重培养学生在遥感基础知识方面的强化；

（2）设计行业特色的科学思维培养目标，重点强化专业重点及难点内容，引入遥感专业知识与防灾减灾应用的案例，培养学生分析行业需求下问题的分析与解决能力；

（3）实践能力及创新能力培养的终极目标，将各个章节的难点内容融入具体的遥感灾害实际案例当中，深刻体会章节中的重点与难点如果在实践中进行应用，培养学生在防灾减灾行业背景下创新实践能力及解决专业问题的灵活性。

3.1.2 创建动态教学模块，灵活融入防灾减灾应用

近年来，遥感技术发展迅速，遥感课程早已不局限于最初的遥感领域应用范畴。随着卫星遥感、人工智能及5G等前沿科技的快速发展，遥感数据驱动并深化了行业应用领域［15］，遥感科学技术也得到了广泛关注。因此，遥感课程的教学内容也应该做到与行业需求共同发展，将专业技术落实在具体的实际问题当中。特别是当前我国综合防灾减灾救灾专业教育的院校存在数量尚不充足、专业设置的合理性和培养模式有待进一步完善的问题，全方位、系统化、专业化和阶段性的高校人才培养迫在眉睫。

为兼顾传统遥感领域与防灾减灾行业的结合，确保遥感原理与应用课程内容的完整性，在借鉴国内外遥感专业课程改革经验的基础上，在教学内容中融入防灾减灾案例教学模块。培养学生形成科研论文检索的习惯，提升学生学习专业文献的能力，调动学生对防灾减灾需求下遥感技术的应用及最新灾害事件分析及管理的兴趣。通过融入遥感灾害案例教学模块及科研信息同步共享，提升遥感应用于原理课程的深度和综合性，展现遥感原理与应用课程在防灾减灾需求下的与时俱进，使学生可以深刻感受遥感学科在防灾减灾领域的作用和意义，开阔学生的专业视野。

3.2 面向防灾减灾应用需求的遥感原理实践教学改革

3.2.1 串联遥感基础知识点，形成以实例应用为主的教学策略

提出基于遥感大数据的防灾减灾应用实例作为教学的主要策略，结合已有的知识结构，融入遥感灾害实例应用，串联各章节知识点。通过遥感灾害应用实例驱动学生专业学习，运用遥感知识点解决自然灾害中存在的专业问题，让学生在具体案例中体会专业知识的魅力。不同于传统知识点碎片化讲解，在具体案例中串联知识点，不仅可以让学生学习重点知识，同时也可以让学生体会各个知识点及章节的关联性，避免将知识点做孤立化理解，形成以实例应用为主体的教学策略。在塔式结构教学目标的规划下，在实例应用的驱动下，寻求解决问题的专业方法。如讲授遥感影像判读，在遥感基础知识的讲解基础上，着重引导学生对灾害要素的判读能力，讲解不同灾种下灾害要素精准判读的重要性，在遥感图像自动识别分类知识点中，重点引导学生对灾害要素的自动识别及地物分类进行学习，依据某一自然灾害展开讲解，串联知识点讲授的同时完成灾害要素的识别及分类。通过翻转课堂的模式让学生展现各自的实验成果，分享案例中遥感数据的预处理、灾害要素的提取以及灾后的动态损失评估，增加学生解决实际问题的经验。最后，总结不同团队在复现过程中的优缺点，提升学生交流能力与合作意识，为学生后续毕业论文与毕业设计的完成提供支撑。

3.2.2 以专题应用模式提升学生编程能力，以多元化考核模式优化评价体系

不同于软件工程或者计算机专业学生，测绘工程专业学生的程序编写及程序设计能力相对薄弱。因此，为了更深入地学习与理解遥感原理的理论部分，复现经典的遥感图像处理方法，引导学生选择Matlab或Python等较为高级的编程语言进行学习。设计塔式结构的实践教学内容，如从遥感图像的读取到遥感图像处理再到基于遥感图像的灾害监测，不断提高学生的程序编写能力以便更好地解决实践中的专业问题。该环节先由教师带领学生先熟悉编程环境、语言规则等基本内容，通过由易到难、由浅入深的实践环节及内容设置，引导学生根据所学知识完成对应算法的编写，做到理论联系实际。例如，可以从设计一个简单的二分类线性分类器开始，让学生掌握数据输入、组织及分类基本流程；再逐渐进阶到支持向量机等多类分类器的设计和试验，并对这些分类器的分类效果进行比较分析。采用多维考核模式，公平有效地考量学生理论联系实际的真实能力，综合考勤、实践、案例复现成果等多个方面构成总成绩，可设置不同的权重比例，建立融入防灾减灾案例下的多元化实践考核体制。

结语

遥感大数据快速发展及其在防灾减灾行业迫切需求，使传统遥感原理与应用课程的教学重要性凸显，对该课程在培养学生科学解决问题、专业分析数据能力方面提出了更高的要求。尽管现阶段的遥感原理与应用课程的教学在与防灾减灾行业的结合下还存在较大的不足，但是通过合理的教学改革可以有效地、渐进地改变这一现状。一方面，在融入防灾减灾案例下强化学生对遥感专业知识的理解，引导学生动态学习遥感灾害专业知识的应用；另一方面，加强学生多学科交叉融合的思维能力培养，使其掌握遥感数据在防灾减灾领域的处理及应用。通过具体改革措施，提升遥感数据与防灾减灾领域多变需求想融合的能力，为学科和行业培养具备遥感素养和大数据灾害分析能力的复合型人才。

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基金项目：防灾科技学院教育研究与教学改革项目（No.JY2022B15）；河北省自然科学基金（No.D2020512 001）；中央高校基本科研业务费项目（No.ZY20200202）；廊坊市科学技术研究与发展计划自筹经费项目（No.2021013164）

*通讯作者：朱红（1989— ），女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事遥感图像目标检测、遥感图像超分辨率重建、灾害评估等方面的研究。