大数据智能时代遥感课程实践教学模式的改革与探索_陈杰.pdf
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1、测绘通报2023 年第 6 期引文格式:陈杰,邓敏,侯东阳 大数据智能时代遥感课程实践教学模式的改革与探索J 测绘通报,2023(6):176-179 DOI:10 13474/j cnki11-2246 2023 0190大数据智能时代遥感课程实践教学模式的改革与探索陈杰,邓敏,侯东阳(中南大学地球科学与信息物理学院,湖南 长沙 410083)摘要:大数据与人工智能的迅猛发展给遥感学科增添了新活力。许多高校在遥感课程的教学实践中依然遵循传统的教育模式,忽略了大数据与人工智能技术带来的遥感应用创新。为抢抓大数据与人工智能技术带来的机遇,应对人才知识结构面临的严峻挑战,迫切需要调整人才培养的知识
2、结构体系和教学教育模式。为此,本文进行了大数据智能时代遥感类课程实践教学的尝试,旨在结合专业特色,因材施教地培养具有较强实践能力兼具创新意识的本科人才。关键词:大数据;人工智能;遥感;实践教学;人才培养中图分类号:P64文献标识码:A文章编号:0494-0911(2023)06-0176-04Reform and exploration of the practical teaching mode of remotesensing course in the era of big data and artificial intelligenceCHEN Jie,DENG Min,HOU Don
3、gyang(School of Geosciences and Info-Physics,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract:The development of big data and artificial intelligence has added new vitality to related disciplines In the practice oftraining undergraduates majoring in remote sensing or geo-information,many univ
4、ersities still follow the traditional education model,ignore the innovation of remote sensing applications brought about by big data and artificial intelligence technology To cope with theopportunities and challenges brought by big data and artificial intelligence technology,talent training needs to
5、 be reformed accordinglyTo this end,we explore the practical teaching of remote sensing courses in the context of big data and artificial intelligence,aiming tocombine professional characteristics and train undergraduate talents with strong practical ability and innovative consciousnessKey words:big
6、 data;artificial intelligence;remote sensing;practical teaching;talent training遥感是自 20 世纪 60 年代逐渐发展起来的一门实用型综合对地观测技术,涉及现代物理学、空间科学、计算机科学、数学与地球科学等众多领域的理论和方法,是一门新兴的交叉型学科。遥感课程的实践教学是其中一个重要内容,是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的关键环节1。遥感实践目的与内容的设计是否合理,直接关系到实践教学的效果,进而影响遥感课程的教学效果2。当前,大数据与人工智能等高新科技快速改变着现代工业、经济社会发展和劳动力市场,从科学发现
7、到技术或产品转化的时间不断缩短。2017 年教育部印发了 高等学校人工智能创新行动计划,旨在提升高校人工智能领域科技创新、人才培养和服务国家需求的能力3。人工智能与大数据技术激发了遥感应用创新,使遥感信息能够更加快速、广泛地应用于不同领域4。中国科学院院士龚健雅表示:“传统的测绘遥感技术人才已不具备相当的竞争力。本科大学生不仅要精通传统技术,还要适应时代的需求,向着人工智能领域探索与发展5”。我国相关高校在遥感科技领域的研究具有非常鲜明的特色,但在大数据与人工智能时代,遥感课程教学面临着再突破发展的瓶颈 知识结构优化问题。如 遥感实习教程 中将实习内容分为地物光谱特征及其测量方法、遥感影像特征
8、、遥感影像处理、遥感影像判读、遥感影像计算机信息提取及遥感应用6,在使用遥感软件基本功能的基础上以验证性和设计性试验为主1。当前遥感课程实践教学中理论知识与创新实践存在一定程度的滞后现象。培养671收稿日期:2022-08-30基金项目:教育部产学合作协同育人项目(220802313204730);大数据与人工智能背景下遥感创新性实践教学研究(2019jy053);线上线下相结合的遥感“学用相长”创新教育改革研究(2021CG013);新工科背景下地理信息科学专业“赛-课”相长教学模式改革探索(2021jy006)作者简介:陈杰(1980)男,博士,教授,主要从事人工智能的遥感应用工作。E-m
9、ail:cj2011 csu edu cn通信作者:侯东阳。E-mail:Loudongyang1986 csu edu cn2023 年第 6 期陈杰,等:大数据智能时代遥感课程实践教学模式的改革与探索掌握理论知识与具有创新实践能力的人才,需要培养学生成为掌握并结合遥感技术及相关专业的基础理论、前沿知识、先进技能,融工程实践创新能力和科研能力为一体的复合型专业人才。1现状分析随着人工智能的发展,遥感领域发生了巨大的变化,并呈现出新的发展势态。人工智能技术在遥感领域的应用趋势大致可分为两个方面:一是新方法与新理论迭代迅速,卷积神经网络、图神经网络、循环神经网络等深度学习算法飞速发展,并在遥感领
10、域得到了广泛应用,如遥感图像分类、变化检测等;二是应用场景多元化,人工智能技术在遥感的多个研究领域得到广泛应用,如农作物识别与分类、地质灾害预测等,开辟了不同应用场景下的创新思路。目前,遥感类课程实践还停留在传统模式,有必要积极创造人工智能创新实践的条件。部分学者已对遥感类课程教学改革进行了相关探索。文献 7从优化教学内容、结合专业应用案例进行课堂教学、引导学生编写算法伪代码 3 个方面开展模式识别课程建设;文献 8从国家和企业两方面分析了人工智能和大数据高速发展背景下遥感数字图像处理课程的教学内容现状;文献 9 针对新工科对测绘遥感类专业人才培养的需求和教学实际,探讨了“人工智能+无人机测绘
11、”试验教学改革。目前教学改革大多是从教学课程内容上进行优化探索,对教学工具改革及遥感实践的探索较少。鉴于此,探讨大数据与人工智能背景下的遥感课程实践教学改革具有现实意义。2遥感实践教学改革重点(1)改善单一的课程知识体系。现有遥感类课程主要集中于传统遥感知识的传授,无法满足人工智能背景下对知识融合的要求。为达到相应培养目标,需要进一步完善遥感本科生培养方案课程体系中的教学课程,优化调整教学内容,统筹知识布局,增设交叉研讨环节,修订实践形式,建立全面高效的课程实践教学知识体系。(2)借助技术强化课程综合性。综合性是遥感最大的特色之一,大数据与人工智能背景下的遥感科学需要合理借助相关领域新工具与技
12、术的力量,引导并坚持遥感科学的综合性特色,提供学生多维度感受相关学科知识的途径,探索遥感数据和人工智能模型双驱动的遥感实践,以培养学生掌握遥感专业知识和人工智能技术能力。(3)培养学生创新性实践能力。为锻造学生对复杂环境的掌控能力,以及提升运用理论知识解决实际问题的能力,需要更加注重实践环节的创新性与挑战性,使学生建立关于遥感大数据的思维和智能计算的思维,培养学生结合人工智能技术开展地理空间规律认知、地理信息表达及描述、地理环境发展演化分析的基本能力。3遥感实践教学设计与实施3.1科学设计遥感实践课程遥感实践教学是获取实测数据、强化方法应用、实践遥感理论、发展遥感技术的重要基础手段,对于大学本
13、科期间相关遥感课程的学习具有举足轻重的作用。然而,大多数高校在制定遥感课程教学大纲时,把它等同于其他的一般性课程,过多局限于使用专业软件进行基本功能操作,这很难提高学生的创新技能,也影响学生对新兴知识的接受与理解。为此,本文围绕新时代科技和交叉学科发展的需要,以探索遥感的创新性实践教学方式为研究目标,以遥感科学与技术课程体系和教学实践中存在的问题及其对策为研究对象,在实施遥感课程实践教学时,有意让学生选择做一些结合大数据与人工智能的题目。即并非让他们完全深度掌握大数据与人工智能的相关理论与方法,而是在从事相关工作的过程中,接触到相关的问题、数据、理论、方法,从而引发他们关于如何解决相关问题的思
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