王彦芳 尚国

摘 要 土地整治工程专业在生态文明建设和美丽中国建设背景下孕育而生。目前，全国已有十几所高校开设该专业，但专业和课程体系设置尚处于不断探索和完备阶段。遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统构成的3S技术体系是现代土地整治的关键支撑，也是土地整治工程专业学生必须掌握的专业基础技能，本研究在分析3S技术在土地整治中的作用的基础上，探讨工程认证背景下土地整治专业中3S相关课程体系建设。

关键词 土地整治工程 遥感 地理信息系统 全球导航卫星系统

中图分类号：G642                                     文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.022

Abstract he Land Consolidation Engineering was established under the background of ecological civilization and beautiful China. At present， more than ten universities have set up this specialty， but the specialty and curriculum system are still in the stage of exploration and perfection. The 3S technology system composed of Remote Sensing， Global Navigation Satellite System and Geographic Information System is the key support of modern land consolidation. The 3S techniques are the professional basic skills that the students of Land Consolidation Engineering must have. Based on the analysis of the role of 3S technology in land consolidation， the paper discusses the construction of 3S related curriculum system in Land Consolidation Engineering under the background of engineering education professional accreditation.

Keywords land consolidation engineering; remote sensing; global navigation satellite system; geographic information system

0引言

土地是人類赖以生存与发展的重要资源和物质保障，随着经济的高速发展，城市化水平不断提高，人地矛盾越来越尖锐，稀缺的土地资源已经成为制约可持续发展战略的一个重要因素。土地整治是对低效利用、不合理利用和未利用的土地进行治理，对生产建设破坏和自然灾害毁坏的土地进行恢复利用，以提高土地利用率的活动，[1]是提高土地利用效率、增加有效耕地面积和实现土地资源可持续利用的重要手段。从《土地复垦条例》到《全国土地整治规划（2016—2020年）》再到《土壤污染防治行动计划》，土地整治涉及国家粮食安全、生态安全、城镇化、新农村建设、可持续发展等诸多领域，已经上升为国家战略部署。

土地整治国家战略和相关行业的发展，需要高层次、复合型专业人才支撑。 2017年，教育部批准中国地质大学（北京）和长安大学成为全国首批开创土地整治工程专业的高校。到目前为止，已有东北农业大学、河南农业大学、甘肃农业大学、云南农业大学、河北农业大学、河北地质大学等14所高校开办土地整治工程专业。[2]然而，目前土地整治工程专业建设尚处于不断完善时期，在人才培养和课程体系设置与教学上仍处于探索阶段。[3-4]

土地整治工程专业是以国家土地整治战略和土地整治行业需求为向导，对土地资源开发、利用、整治与保护的全过程进行研究，内容涵盖土地开发、矿区土地复垦、耕地及高标准基本农田整治、农村居民点整治、城市建设用地整治、山水林田湖草生态修复等。该专业涵盖了信息科学、测绘科学、地球科学、环境科学、管理学等，是典型多学科领域交叉、综合性非常强的新工科专业，且具有较强的工程与技术特性，以培养学生专业技能为核心，包括以3S技术为核心专业基础技能和土地整治相关的专业核心技能（土地规划设计、土地整治项目规划、设计与预算编制及土地复垦方案编制）。其中遥感技术（Remote Sensing）、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）和地理信息系统（Geographic Information System）的3S技能是土地整治工程专业的基本技能，在专业学习和土地整治工程中发挥重要作用。3S技术在土地整治工程的作用如何？相关课程如何设置？如何进行课程改革，提升学生基本技能？本研究从3S相关技能在土地整治工程中的作用谈起，综合分析3S课程在土地整治工程人才培养中的作用和地位，最后以新工科专业建设和工程认证为背景，对课程设置和经验提供针对性建议。

1 3S技术在土地整治的作用

传统的土地整治利用全站仪和RTK逐个田块施测观测，存在丈量难、效率低，定位难、监管难、决策难等问题，且无法实现观测数据的存储、分析、管理和应用，无法满足高效、精确的土地整治工程要求。[5]3S技术可以方便快捷地获取项目地形、地物要素，精准地确定项目区相关地物的空间位置，同时实现项目规划设计、统计分析、专题地图制作及项目的实时监管，成为土地整治的核心技术。[6]

数据的快速获取与定位。土地整治实施需要采集大量基础数据，而且整治区域地形地貌条件往往较为复杂，传统采集方法难度大问题多。对高分辨率正射影像进行解译，可以大大缩减外业观测时间，同时，结合现有的大比例尺土地利用现状图等数据;外业通过GPS、北斗等GNSS系统对项目区部分控制点进行实测，进行影像的配准与校正，采用无人机航拍、RTK技术实现对场地和研究区域的全面调查分析并补测高程及变更数据，联合应用RS和GIS技术，制作适合规划应用的大比例尺现状图。

数据信息化管理、分析与建模。基于GIS空间数据库技术对土地整理过程中所需要的空间数据和属性数据进行有效的分类管理，形成功能全面的数据库管理技术，更好地满足土地整治数据库建设需求。结合土地整治基础数据进行空间分析，例如土方平整工程量计算，为土地整治提供决策服务。此外，利用GIS技术则可以便捷地规划布局与制图，进行数据分析等，制作规划图及统计各类工程量，为土地综合整治项目的开展提供技术支持。

土地整治工程可视化与动态监测。以土地利用变更调查成果及总体规划成果为基础，集合潜力调查评价成果，利用GIS完成土地整治规划布局。基于GIS对土地整理区进行虚拟地理环境可视化模型的构建，直观地展示整理后的规划效果，更好地为政府提供丰富的决策信息。还可以用于土地整治项目监管中，依托3S技术，实现对土地整治工程全过程的动态化控制，尤其是GIS结合BIM技术，运用BIM核心建模软件进行三维建模，实现土地整治工程三维可视化与周围地理环境进行关联，查看进度和成本。一方面增强工程项目虚拟场景的仿真性，同时也为工程项目成果展示提供科学依据，有利于土地整治行为的审查、分析和研究。[7]

2土地整治专业中3S课程设置與能力培养

3S相关课程是土地整治专业学生的基本专业技能，3S技术涉及土地整治工程中的基础数据获取、测绘、规划、信息化管理、动态监测等主要内容，为土地工程整治提供了基础平台，是必备技能。综合分析不同高校的培养方案，土地整治工程专业中涉及的3S课程主要有遥感导论，地图学、地理信息系统、土地信息系统，全球导航卫星系统等课程，不同高校在专业设置上存在一定差异，例如部分高校开设地图学课程，GNSS课程有的高校作为选修课程，有的高校则包含在测绘学相关课程，部分高校开设了土地信息系统，但遥感导论与地理信息系统是各高校都开设的课程。

3S相关课程开设的目的主要使学生掌握遥感影像数据获取与处理，通过测量学和GNSS和遥感概论相关课程学习，熟悉测绘工作的基本流程，掌握现代地理信息、测绘仪器的基本使用方法，熟悉信息数据采集与处理的过程。并以空间处理技术为核心，掌握土地信息及其他空间数据的获取、储存、管理、处理、分析和可视化等各种技术体系的集成与融合，研究土地信息的组成和相互联系的一般性规律。

3S相关课程与知识涉及土地整治工程的数据获取、校正、规划、工程信息化管理和动态表达等过程，通过课程的学习，使学生掌握土地信息和其他空间数据处理和分析的基本技能和实践应用能力。在能力培养方面，3S技术相关课程，可以锻炼学生综合解决实际复杂工程问题的能力，利用系统思维进行实践应用分析的能力，以及利用3S信息技术手段解决国土空间规划和空间分析能力。具体到土地整治工程，可以利用3S技术辅助实现在农田综合整治、农村建设用地综合整治、采矿用地综合整治、生态用地综合整治等土地整治项目的调查、工程勘测、规划、实施、评估等过程，提高项目实施和管理的基本技能（见图1）。

3土地整治专业中3S课程提升建议

3.1 以工程认证理念指导3S课程体系建设

以CDIO工程教育认证、产出导向（OBE）的教育理念为指导，综合考虑学校自身特色以及社会对人才的需求，制定各门课程教学框架和内容。以CDIO大纲中所提出四个层面的能力为主要培养目标，结合土地整治工程的构思—设计—实施—运行的工程项目为导向，构建基于工程教育的3S课程体系和教学方法。同时，3S课程是一组课程群，应以工程为线索，注重课程群内部课程先后顺序和递进关系。并加强3S课程群与土地整治专业课程如“土地工程基础”“土地利用规划”“土地工程概预算与招投标”“灌溉与排水工程学”等衔接，有助于实现学生从学校学习实践到行业应用型人才的“零适应”自然转换。

3.2 理论+实验+科研式的课堂教学模式

3S相关课程都具有很强的实践性，均涉及相关软件的学习和操作，在教学中应处理好理论和实践课程之间的关系，既不能偏重理论而忽略了锻炼学生的动手能力，也不能一味的强调实验环节而弱化理论的重要性，后者造成学生对操作十分熟练，却缺乏分析问题和解决问题的能力。要做到理论结合实践，一方面要掌握相关理论原理，然后以软件为例，说明其表现方式和实现路径。并在个别关键环节和重点内容为例进行拓展，实现对学生科研思维的锻炼。例如以内插方法为例，先通过理论讲授内插的定义、原理、方法及用途，然后以具体软件为例讲解具体操作，最后形成以内插方法评价为主题的科研活动，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。最终形成理论+实验+科研式的课堂教学模式，科研与教学互动，并及时把最新科研成果转化为课堂教学内容。

3.3 探索线上+线下的混合式教育模式

3S技术课程涉及很多具体的实践案例和上机操作，传统的讲授法和演示法的效果有限。而且受课时限制，无法保证给足学生足够的练习时间，因而达不到满意的教学效果。随着网络技术的发展，慕课、学习通、雨课堂等一批优秀的教学平台的出现，为传统教学提供了丰富的教学手段和教学资源，老师可以通过向在线式、混合式教学模式转变，将传统学习方式的优势与互联网络学习的优势结合起来。线上平台的引入，不仅可以提供课下巩固知识的方式，提高学生学习的主动性，同时也有利于培养学生终身学习习惯。基于线上教学平台，教师可以将相关的教学计划、讲义、导入问题、教学视频等上传至网络平台，学生可以提前对课程进行预习，对相关问题进行思考。课上更有针对性地抓住主要难点和重点内容，而且可以利用平台进行师生互动和问题调查，增加课堂的趣味性和针对性。课下，学生可以通过平台内容进行复习，而且随时随地和老师进行问题探讨和沟通。

4结束语

遥感技术、全球导航卫星系统和地理信息系统的3S技术涉及土地整治的规划、测绘、实施和可视化等主要过程，是土地整治专业学生需掌握的核心专业基础技能。在复合应用型技术人才培养目标的要求下，土地整治专业的3S相关课程设置应以工程认证理念为指导，构建基于工程教育的3S课程体系和教学方法，尝试理论+实验+科研式的课堂教学模式，以线上+线下的混合式教育模式弥补传统教学的短板，为土地整治国家战略奠定坚实的人才需求基础。

基金项目：河北省高校新工科研究与实践项目：面向新工科专业土地整治工程的人才培养模式与实践平台构建（2017GJXGK024）

参考文献

[1] 黄善林，杨凤海，李玉清.土地整治专业人才培养方案研究——以东北农业大学为例[J].中国农业教育，2015（03）：24-29.

[2] 曹银贵，白中科，王金满，等.试论新时代下“土地整治学”课程的内涵延伸与教学安排调整[J].教育教学论坛，2020（33）：1-4.

[3] 王金满，白中科，周伟，等.面向国家需求的土地整治工程专业建设支撑体系构建[J].中国地质教育，2019，28（04）：33-39.

[4] 赵占轻，陈艳红，周铭，等.面向土地整治工程专业的测绘课程设置与教学探讨[J].河北水利电力学院学报，2020（3）：73-76.

[5] 罗飞雪，陈附图，谢小魁，等.3S技术在农村土地综合整治中的集成应用研究[J].农村经济与科技，2016，27（05）：18-19，22.

[6] 黄晓峰.3S集成技术在土地整治中的应用[J].湖北第二师范学院学报，2016，33（02）：57-60.

[7] 曹锦雪，奥勇.GIS和BIM技术在土地整治项目中的可视化研究[J].测绘与空间地理信息，2020，43（07）：63-66，76.