實(shí)施科教融合提升課堂教學(xué)質(zhì)量
——以《遙感原理與應(yīng)用》課程為例

方 剛

(宿州學(xué)院 環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

2011年，周光禮首次提出“科教融合”概念[1]。2012年，中國(guó)科學(xué)院和教育部聯(lián)合提出“科教融合，聯(lián)合育人”新的育才理念[2]。2017年1月，國(guó)務(wù)院出臺(tái)中國(guó)教育十三五規(guī)劃綱要，“科教融合”寫(xiě)入了國(guó)家教育“十三五”規(guī)劃綱要[3]。2018年8月，教育部、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委出臺(tái)《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，“科教融合”寫(xiě)入了關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)[4]。筆者抓住“科教融合”機(jī)遇，結(jié)合《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容和皖北資源環(huán)境現(xiàn)狀，以“遙感技術(shù)在皖北應(yīng)用研究”為切入點(diǎn)，從事資源環(huán)境遙感等方面的科學(xué)研究，取得了較豐富的科研成果，并將科研成果融入《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)以科研促進(jìn)教學(xué)，教學(xué)科研相長(zhǎng)的效果，有效提升了《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)質(zhì)量。

一、科教融合的研究基礎(chǔ)

筆者運(yùn)用遙感技術(shù)手段和方法對(duì)皖北地區(qū)土地利用/土地覆蓋、景觀格局、城市擴(kuò)展、生態(tài)環(huán)境、熱島效應(yīng)、植被覆蓋度、水體信息提取等進(jìn)行了大量研究，并取得一定成果。主持安徽省科技計(jì)劃(軟科學(xué))重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目1項(xiàng)、自然災(zāi)害過(guò)程與防控研究安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題1項(xiàng)、安徽省高等學(xué)校優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目1項(xiàng)[5]、宿州學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目3項(xiàng)，參與廳級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)，在《測(cè)繪科學(xué)》《土壤通報(bào)》《International Journal of Earth Sciences and Engineering》《International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems》《江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》《資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)》等期刊公開(kāi)發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中2篇論文分別獲安徽省第七屆和第八屆自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文三等獎(jiǎng)，1項(xiàng)成果獲安徽省科技成果登記。

二、科教融合的主要做法與實(shí)踐效果

1.以“科教融合”為引領(lǐng)，優(yōu)化課程體系，及時(shí)調(diào)整和更新教學(xué)內(nèi)容

《遙感原理與應(yīng)用》課程是宿州學(xué)院測(cè)繪工程、地理科學(xué)、地質(zhì)工程、自然地理與資源環(huán)境、工程測(cè)量與監(jiān)理、地理教育等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課或核心課，在專業(yè)課程設(shè)置中起著承上起下的關(guān)鍵作用，占有重要的教學(xué)地位。筆者針對(duì)《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容多與課時(shí)少的矛盾、實(shí)踐課時(shí)嚴(yán)重不足、理論教材繁雜、實(shí)踐教材少且針對(duì)性不強(qiáng)、教學(xué)方法較單一、教學(xué)手段落后等問(wèn)題，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)十多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)研究，在熟悉學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和教師的教學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)上，抓住機(jī)遇，以“科教融合”為契機(jī)，著眼于高素質(zhì)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，正確處理專業(yè)體系與課程體系、嚴(yán)謹(jǐn)性與可讀性、思想性與知識(shí)性、系統(tǒng)性與針對(duì)性、穩(wěn)定性與前瞻性等五個(gè)關(guān)系，并將基礎(chǔ)理論、軟件操作能力與科研訓(xùn)練能力結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建了新的課程體系，見(jiàn)下頁(yè)圖1。

筆者認(rèn)為，科研是教學(xué)的“源頭活水”，可支撐和反哺教學(xué)，及時(shí)補(bǔ)充遙感學(xué)科前沿的知識(shí)、技術(shù)和方法。例如，在講到遙感分類時(shí)，由于課本上的分類法大多比較陳舊過(guò)時(shí)，上課過(guò)程中將最新的決策樹(shù)、面向?qū)ο?、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等分類算法補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容里，并進(jìn)行演示操作。充分融入課堂教學(xué)，同時(shí)，把“遙感技術(shù)在皖北應(yīng)用”最新科研成果不斷更新到實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中。例如，在講到遙感應(yīng)用時(shí)，結(jié)合自己做的項(xiàng)目和撰寫(xiě)的遙感學(xué)術(shù)論文，以宿州市為例，介紹遙感技術(shù)在城市擴(kuò)展、水體信息提取、植被覆蓋度、城市熱島效應(yīng)中的應(yīng)用等?！翱平倘诤稀钡膶?shí)施，大大提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和學(xué)習(xí)興趣，有效解決了教學(xué)內(nèi)容滯后，理論、方法與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不夠緊密，彌補(bǔ)了原有課程知識(shí)與最新研究之間的“斷層”。經(jīng)過(guò)多年的“科教融合”實(shí)踐，課程教學(xué)效果優(yōu)秀，同時(shí)得到廣大同行及社會(huì)的認(rèn)可和好評(píng)：2008—2019年連續(xù)12年在校教學(xué)測(cè)評(píng)中都是“優(yōu)秀”，2008年被評(píng)為校級(jí)“教壇新秀”、2009年榮獲校級(jí)教學(xué)比賽一等獎(jiǎng)，2010年被評(píng)為“安徽省教壇新秀”，2014年被評(píng)為校級(jí)“教學(xué)名師”。

圖1 《遙感原理與應(yīng)用》課程體系圖

2.以“科教融合”為基礎(chǔ)，推進(jìn)課程建設(shè)

積極整合優(yōu)秀的教學(xué)與科研資源、吸取先進(jìn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)手段，引入筆者與課程相關(guān)的“遙感技術(shù)在皖北應(yīng)用”科研成果，將抽象生硬的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)具體的科研案例，加強(qiáng)《遙感原理與應(yīng)用》課程建設(shè)。經(jīng)過(guò)十多年的不懈努力，《遙感原理與應(yīng)用》課程建設(shè)取得的各項(xiàng)成果在省內(nèi)同類課程中具有較好的應(yīng)用效果、推廣性和示范性?！哆b感原理與應(yīng)用》網(wǎng)絡(luò)課程榮獲安徽省多媒體教育軟件比賽(高教網(wǎng)絡(luò)課程組)三等獎(jiǎng)，《遙感原理與應(yīng)用》課件榮獲第五屆全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)課件比賽三等獎(jiǎng)，目前(截至2019年)仍然是安徽省所有高校同類課程中唯一獲獎(jiǎng)的課程[5]?！哆b感原理與應(yīng)用》課程2011年被評(píng)為宿州學(xué)院精品課程(szxyjpkc201101)，2013年成功轉(zhuǎn)型升級(jí)為安徽省精品資源共享課程(2013gxk097)，2016年被評(píng)為安徽省大規(guī)模在線開(kāi)放課程(2016mooc303，2019年11月安徽省教育廳公布的數(shù)據(jù)顯示，該課程各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到省級(jí)MOOC結(jié)項(xiàng)要求)。

3.以“科教融合”為抓手，推進(jìn)課程教學(xué)改革

在搞好學(xué)術(shù)科學(xué)研究的同時(shí)，一直不忘教學(xué)改革的研究?！皯?yīng)用型示范高校《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革與實(shí)踐”成功獲批安徽省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目(20101069)，“《遙感原理與應(yīng)用》課程改革與實(shí)踐”2012年榮獲宿州學(xué)院教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，“《遙感原理與應(yīng)用》課程建設(shè)與教學(xué)研究”2015年榮獲宿州學(xué)院教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，“加強(qiáng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)背景下的《遙感原理與應(yīng)用》課程多元化教學(xué)改革與實(shí)踐”2019年榮獲宿州學(xué)院教學(xué)成果三等獎(jiǎng)[5]，發(fā)表“基于IHS和PCA的CBERS與TM數(shù)據(jù)融合研究”“遙感原理與應(yīng)用大規(guī)模在線開(kāi)放課程的建設(shè)與思考”“《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革與實(shí)踐”“《遙感原理與應(yīng)用》精品課程的轉(zhuǎn)型升級(jí)建設(shè)——以宿州學(xué)院為例”等4篇與《遙感原理與應(yīng)用》課程相關(guān)的課程建設(shè)與教學(xué)改革論文。

4.以“科教融合”為動(dòng)力，推進(jìn)課程教材建設(shè)

科研成果經(jīng)過(guò)教師的有效整合，可轉(zhuǎn)化為適合學(xué)生使用的教材。為了更好地提高學(xué)生動(dòng)手操作能力，促進(jìn)應(yīng)用型本科高校建設(shè)，作者結(jié)合宿州學(xué)院相關(guān)專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀，在了解和掌握應(yīng)用型本科高校地學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和基礎(chǔ)上，結(jié)合多年實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，整合自己的教學(xué)與科研資源，將“遙感技術(shù)在皖北應(yīng)用” 研究成果融入進(jìn)去，編寫(xiě)了一本實(shí)用性、綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)和具有一定特色的《遙感原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程》教材[5]，2014年1月由合肥工業(yè)大學(xué)出版社出版，是安徽省唯一的一門(mén)遙感類省級(jí)規(guī)劃教材(先后被評(píng)為安徽省“十二五”規(guī)劃教材、安徽省“十三五”規(guī)劃教材、安徽省“一流本科”教材)。該教材將作者主持的安徽省科技計(jì)劃項(xiàng)目“城市擴(kuò)展與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的多目標(biāo)遙感綜合研究”中的“宿州市土地利用變化及預(yù)測(cè)分析”研究成果已寫(xiě)進(jìn)教材“影像自動(dòng)配準(zhǔn)”和“遙感制圖”之中，既有一定理論深度，又有大量應(yīng)用操作實(shí)例。2019年對(duì)《遙感原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程》進(jìn)行了修訂，在保持原有科研案例的基礎(chǔ)上，教材中增加皖北地區(qū)植被覆蓋度、水體信息、土壤信息、建筑信息等專題信息提取。

5.以“科教融合”為目標(biāo)，加大課程考試改革力度，提升學(xué)生遙感技術(shù)應(yīng)用水平

為了改變傳統(tǒng)考試模式“閉卷考試(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%)”的弊端(學(xué)生只會(huì)考試即所謂“高分低能”現(xiàn)象，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力、分析問(wèn)題能力和解決問(wèn)題能力不強(qiáng)等)，《遙感原理與應(yīng)用》課程抓住“科教融合”的機(jī)遇，以宿州學(xué)院“高水平大學(xué)建設(shè)”“應(yīng)用型本科高校建設(shè)”和“新工科”建設(shè)為契機(jī)，以“學(xué)生為主體”為理念，以“知識(shí)、能力、素質(zhì)”培養(yǎng)為中心，著眼于高素質(zhì)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，努力提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。《遙感原理與應(yīng)用》課程較早地參加學(xué)校組織的考試改革，2013年申請(qǐng)課程考試改革，并經(jīng)教務(wù)處同意試行，由原來(lái)的“閉卷考試(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%)”改為“課程論文(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%)，其中課程論文成績(jī)=論文成績(jī)(50%)+答辯成績(jī)(50%)”，課程論文要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的遙感知識(shí)和遙感軟件操作，從國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)網(wǎng)站自己下載遙感圖像、處理遙感圖像、提取相關(guān)數(shù)據(jù)或信息，并學(xué)會(huì)分析相關(guān)地學(xué)問(wèn)題；嚴(yán)控遙感綜述論文(10%以內(nèi))。經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)踐和努力，2015年順利通過(guò)學(xué)校課程考試改革驗(yàn)收?？荚嚫母镥憻捔藢W(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、綜合分析、文字處理和自我展示能力，每屆都有5—6篇課程論文達(dá)到三類學(xué)報(bào)發(fā)表水平，10多篇課程論文達(dá)到宿州學(xué)院本科畢業(yè)論文水平(大二學(xué)生)，也為省級(jí)和國(guó)家級(jí)GIS大賽打下扎實(shí)基礎(chǔ)?！哆b感原理與應(yīng)用》課程實(shí)行考試改革后，在后續(xù)課程尤其畢業(yè)設(shè)計(jì)中，同學(xué)們表現(xiàn)出較強(qiáng)的綜合分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力，畢業(yè)論文指導(dǎo)教師普遍感到經(jīng)過(guò)考試改革的學(xué)生設(shè)計(jì)思路清晰、上手快，論文指導(dǎo)難度減小，考試改革成效顯著。

筆者根據(jù)“遙感技術(shù)在皖北應(yīng)用”研究的成果，積極指導(dǎo)各類大學(xué)生科研立項(xiàng)、畢業(yè)論文、各種競(jìng)賽等，在指導(dǎo)過(guò)程中指點(diǎn)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，不斷開(kāi)拓學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和研究能力，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和實(shí)踐能力[6]。培養(yǎng)的本科生具有較高遙感技術(shù)應(yīng)用水平，成果頗豐：獲批國(guó)家級(jí)大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)、省級(jí)大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)、校級(jí)大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目9項(xiàng)(其中重點(diǎn)項(xiàng)目4項(xiàng))。獲全國(guó)高校GIS技能大賽一等獎(jiǎng)(全國(guó)第一名)1項(xiàng)，全國(guó)高校GIS技能大賽(遙感制圖操作組)優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng)；安徽省首屆GIS大賽制圖組一等獎(jiǎng)1項(xiàng)；安徽省第九屆大學(xué)生GIS技能大賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；安徽省大學(xué)生GIS應(yīng)用技能大賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、優(yōu)勝獎(jiǎng)6項(xiàng)；Esri杯中國(guó)大學(xué)生GIS軟件開(kāi)發(fā)競(jìng)賽(遙感應(yīng)用組)5項(xiàng)；安徽省第四屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；校級(jí)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)和三等獎(jiǎng)5項(xiàng)；指導(dǎo)本科生第一作者發(fā)表三類學(xué)術(shù)論文6篇，2019年本科生第一作者學(xué)術(shù)論文5篇在本科學(xué)報(bào)審稿中；指導(dǎo)有關(guān)遙感方面的本科畢業(yè)論文100余篇。

表1 2011—2019指導(dǎo)學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目一覽表

表2 2010年以來(lái)指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況一覽表

表2(續(xù))

表3 指導(dǎo)本科生發(fā)表學(xué)術(shù)論文一覽表

表4 指導(dǎo)2019屆本科生畢業(yè)論文一覽表

三、結(jié)論

科研和教學(xué)是推動(dòng)宿州學(xué)院發(fā)展的兩翼，也是宿州學(xué)院人才培養(yǎng)的兩大支柱，只有將兩者有機(jī)融合，把高水平遙感科技創(chuàng)新資源轉(zhuǎn)化為高水平育人資源，把遙感科技創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為育人優(yōu)勢(shì)，通過(guò)遙感科技創(chuàng)新成果進(jìn)課堂、進(jìn)教材和全方位滲透，不斷更新《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容，才能培養(yǎng)出創(chuàng)新型的遙感技術(shù)人才和提高遙感技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。雖然“科教融合”的育人理念已得到共識(shí)且《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)質(zhì)量得到有效提升，但“科教融合”的具體形式和實(shí)現(xiàn)途徑仍需不斷探索，需要合理的政策、方針及評(píng)價(jià)機(jī)制來(lái)保證。在今后的教學(xué)過(guò)程中，需要將更多和更高質(zhì)量的遙感科技成果融合到《遙感原理與應(yīng)用》課程內(nèi)容和教材中，使《遙感原理與應(yīng)用》課程教學(xué)質(zhì)量得到不斷提升。