實施科教融合提升課堂教學質量
——以《遙感原理與應用》課程為例

方 剛

(宿州學院 環境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000)

2011年，周光禮首次提出“科教融合”概念[1]。2012年，中國科學院和教育部聯合提出“科教融合，聯合育人”新的育才理念[2]。2017年1月，國務院出臺中國教育十三五規劃綱要，“科教融合”寫入了國家教育“十三五”規劃綱要[3]。2018年8月，教育部、財政部、國家發展改革委出臺《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》，“科教融合”寫入了關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見[4]。筆者抓住“科教融合”機遇，結合《遙感原理與應用》課程教學內容和皖北資源環境現狀，以“遙感技術在皖北應用研究”為切入點，從事資源環境遙感等方面的科學研究，取得了較豐富的科研成果，并將科研成果融入《遙感原理與應用》課程教學，實現以科研促進教學，教學科研相長的效果，有效提升了《遙感原理與應用》課程教學質量。

一、科教融合的研究基礎

筆者運用遙感技術手段和方法對皖北地區土地利用/土地覆蓋、景觀格局、城市擴展、生態環境、熱島效應、植被覆蓋度、水體信息提取等進行了大量研究，并取得一定成果。主持安徽省科技計劃(軟科學)重點項目1項、安徽省高等學校自然科學研究項目1項、自然災害過程與防控研究安徽省重點實驗室開放課題1項、安徽省高等學校優秀青年人才基金項目1項[5]、宿州學院校級科研項目3項，參與廳級項目10余項，在《測繪科學》《土壤通報》《International Journal of Earth Sciences and Engineering》《International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems》《江蘇農業學報》《資源開發與市場》等期刊公開發表學術論文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優秀學術論文三等獎，1項成果獲安徽省科技成果登記。

二、科教融合的主要做法與實踐效果

1.以“科教融合”為引領，優化課程體系，及時調整和更新教學內容

《遙感原理與應用》課程是宿州學院測繪工程、地理科學、地質工程、自然地理與資源環境、工程測量與監理、地理教育等專業的專業基礎課或核心課，在專業課程設置中起著承上起下的關鍵作用，占有重要的教學地位。筆者針對《遙感原理與應用》課程教學內容多與課時少的矛盾、實踐課時嚴重不足、理論教材繁雜、實踐教材少且針對性不強、教學方法較單一、教學手段落后等問題，在充分調研的基礎上，根據十多年的實踐教學經驗和教學研究，在熟悉學生的認知規律和教師的教學規律基礎上，抓住機遇，以“科教融合”為契機，著眼于高素質應用型和創新型人才培養，正確處理專業體系與課程體系、嚴謹性與可讀性、思想性與知識性、系統性與針對性、穩定性與前瞻性等五個關系，并將基礎理論、軟件操作能力與科研訓練能力結合起來，構建了新的課程體系，見下頁圖1。

筆者認為，科研是教學的“源頭活水”，可支撐和反哺教學，及時補充遙感學科前沿的知識、技術和方法。例如，在講到遙感分類時，由于課本上的分類法大多比較陳舊過時，上課過程中將最新的決策樹、面向對象、支持向量機、隨機森林等分類算法補充到教學內容里，并進行演示操作。充分融入課堂教學，同時，把“遙感技術在皖北應用”最新科研成果不斷更新到實踐教學內容中。例如，在講到遙感應用時，結合自己做的項目和撰寫的遙感學術論文，以宿州市為例，介紹遙感技術在城市擴展、水體信息提取、植被覆蓋度、城市熱島效應中的應用等。“科教融合”的實施，大大提高了學生的動手操作能力和學習興趣，有效解決了教學內容滯后，理論、方法與實際應用結合不夠緊密，彌補了原有課程知識與最新研究之間的“斷層”。經過多年的“科教融合”實踐，課程教學效果優秀，同時得到廣大同行及社會的認可和好評：2008—2019年連續12年在校教學測評中都是“優秀”，2008年被評為校級“教壇新秀”、2009年榮獲校級教學比賽一等獎，2010年被評為“安徽省教壇新秀”，2014年被評為校級“教學名師”。

圖1 《遙感原理與應用》課程體系圖

2.以“科教融合”為基礎，推進課程建設

積極整合優秀的教學與科研資源、吸取先進的教學經驗和教學手段，引入筆者與課程相關的“遙感技術在皖北應用”科研成果，將抽象生硬的知識點轉化為生動具體的科研案例，加強《遙感原理與應用》課程建設。經過十多年的不懈努力，《遙感原理與應用》課程建設取得的各項成果在省內同類課程中具有較好的應用效果、推廣性和示范性。《遙感原理與應用》網絡課程榮獲安徽省多媒體教育軟件比賽(高教網絡課程組)三等獎，《遙感原理與應用》課件榮獲第五屆全國高等學校計算機課件比賽三等獎，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的課程[5]。《遙感原理與應用》課程2011年被評為宿州學院精品課程(szxyjpkc201101)，2013年成功轉型升級為安徽省精品資源共享課程(2013gxk097)，2016年被評為安徽省大規模在線開放課程(2016mooc303，2019年11月安徽省教育廳公布的數據顯示，該課程各項指標完全達到省級MOOC結項要求)。

3.以“科教融合”為抓手，推進課程教學改革

在搞好學術科學研究的同時，一直不忘教學改革的研究。“應用型示范高校《遙感原理與應用》課程教學改革與實踐”成功獲批安徽省教育廳教學研究項目(20101069)，“《遙感原理與應用》課程改革與實踐”2012年榮獲宿州學院教學成果二等獎，“《遙感原理與應用》課程建設與教學研究”2015年榮獲宿州學院教學成果一等獎，“加強應用型和創新型人才培養背景下的《遙感原理與應用》課程多元化教學改革與實踐”2019年榮獲宿州學院教學成果三等獎[5]，發表“基于IHS和PCA的CBERS與TM數據融合研究”“遙感原理與應用大規模在線開放課程的建設與思考”“《遙感原理與應用》課程教學改革與實踐”“《遙感原理與應用》精品課程的轉型升級建設——以宿州學院為例”等4篇與《遙感原理與應用》課程相關的課程建設與教學改革論文。

4.以“科教融合”為動力，推進課程教材建設

科研成果經過教師的有效整合，可轉化為適合學生使用的教材。為了更好地提高學生動手操作能力，促進應用型本科高校建設，作者結合宿州學院相關專業教學現狀，在了解和掌握應用型本科高校地學相關專業學生的特點和基礎上，結合多年實踐教學經驗，整合自己的教學與科研資源，將“遙感技術在皖北應用” 研究成果融入進去，編寫了一本實用性、綜合性、實踐性強和具有一定特色的《遙感原理與應用實驗教程》教材[5]，2014年1月由合肥工業大學出版社出版，是安徽省唯一的一門遙感類省級規劃教材(先后被評為安徽省“十二五”規劃教材、安徽省“十三五”規劃教材、安徽省“一流本科”教材)。該教材將作者主持的安徽省科技計劃項目“城市擴展與生態環境響應的多目標遙感綜合研究”中的“宿州市土地利用變化及預測分析”研究成果已寫進教材“影像自動配準”和“遙感制圖”之中，既有一定理論深度，又有大量應用操作實例。2019年對《遙感原理與應用實驗教程》進行了修訂，在保持原有科研案例的基礎上，教材中增加皖北地區植被覆蓋度、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，加大課程考試改革力度，提升學生遙感技術應用水平

為了改變傳統考試模式“閉卷考試(70%)+平時成績(30%)”的弊端(學生只會考試即所謂“高分低能”現象，學生實際動手操作能力、分析問題能力和解決問題能力不強等)，《遙感原理與應用》課程抓住“科教融合”的機遇，以宿州學院“高水平大學建設”“應用型本科高校建設”和“新工科”建設為契機，以“學生為主體”為理念，以“知識、能力、素質”培養為中心，著眼于高素質應用型和創新型人才培養，努力提升學生的創新能力和工程實踐能力。《遙感原理與應用》課程較早地參加學校組織的考試改革，2013年申請課程考試改革，并經教務處同意試行，由原來的“閉卷考試(70%)+平時成績(30%)”改為“課程論文(70%)+平時成績(30%)，其中課程論文成績=論文成績(50%)+答辯成績(50%)”，課程論文要求學生運用所學的遙感知識和遙感軟件操作，從國內外數據網站自己下載遙感圖像、處理遙感圖像、提取相關數據或信息，并學會分析相關地學問題；嚴控遙感綜述論文(10%以內)。經過兩年多的實踐和努力，2015年順利通過學校課程考試改革驗收。考試改革鍛煉了學生發現問題、解決問題、綜合分析、文字處理和自我展示能力，每屆都有5—6篇課程論文達到三類學報發表水平，10多篇課程論文達到宿州學院本科畢業論文水平(大二學生)，也為省級和國家級GIS大賽打下扎實基礎。《遙感原理與應用》課程實行考試改革后，在后續課程尤其畢業設計中，同學們表現出較強的綜合分析和解決實際問題能力，畢業論文指導教師普遍感到經過考試改革的學生設計思路清晰、上手快，論文指導難度減小，考試改革成效顯著。

筆者根據“遙感技術在皖北應用”研究的成果，積極指導各類大學生科研立項、畢業論文、各種競賽等，在指導過程中指點學生如何發現問題、分析問題和解決問題，不斷開拓學生的學術視野，有意識地培養學生的創新思維能力和研究能力，重點培養學生的科研能力和實踐能力[6]。培養的本科生具有較高遙感技術應用水平，成果頗豐：獲批國家級大學生訓練計劃項目2項、省級大學生訓練計劃項目3項、校級大學生科研立項項目9項(其中重點項目4項)。獲全國高校GIS技能大賽一等獎(全國第一名)1項，全國高校GIS技能大賽(遙感制圖操作組)優秀獎3項；安徽省首屆GIS大賽制圖組一等獎1項；安徽省第九屆大學生GIS技能大賽二等獎1項；安徽省大學生GIS應用技能大賽一等獎1項、二等獎3項、優勝獎6項；Esri杯中國大學生GIS軟件開發競賽(遙感應用組)5項；安徽省第四屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎1項；校級“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎1項、二等獎2項和三等獎5項；指導本科生第一作者發表三類學術論文6篇，2019年本科生第一作者學術論文5篇在本科學報審稿中；指導有關遙感方面的本科畢業論文100余篇。

表1 2011—2019指導學生科研立項項目一覽表

表2 2010年以來指導學生競賽獲獎情況一覽表

表2(續)

表3 指導本科生發表學術論文一覽表

表4 指導2019屆本科生畢業論文一覽表

三、結論

科研和教學是推動宿州學院發展的兩翼，也是宿州學院人才培養的兩大支柱，只有將兩者有機融合，把高水平遙感科技創新資源轉化為高水平育人資源，把遙感科技創新優勢轉化為育人優勢，通過遙感科技創新成果進課堂、進教材和全方位滲透，不斷更新《遙感原理與應用》課程教學內容，才能培養出創新型的遙感技術人才和提高遙感技術人才的培養質量。雖然“科教融合”的育人理念已得到共識且《遙感原理與應用》課程教學質量得到有效提升，但“科教融合”的具體形式和實現途徑仍需不斷探索，需要合理的政策、方針及評價機制來保證。在今后的教學過程中，需要將更多和更高質量的遙感科技成果融合到《遙感原理與應用》課程內容和教材中，使《遙感原理與應用》課程教學質量得到不斷提升。