“遥感数字图像处理”课程教学改革探析
摘要：本文根据国内外大学的教学改革模式，结合多年教学经验，在分析遥感数字图像处理课程教学现状与存在问题的基础上，主要从教学内容的组织、教学方法和实践教学等方面提出了几点建议，为该课程教学提供借鉴与参考。
关键词：遥感数字图像处理；实践教学；教学方法；教学手段
中图分类号：G420文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）08—0037—03
遥感是现代科学技术推动下发展起来的一门新兴科学，使人类得以从崭新的角度认识自己赖以生存的星球[1]。随着对地观测能力的提高，人类已积累了海量的遥感数据，然而目前这些数据并未得到充分的处理和应用，因此社会对遥感数据处理和分析人才的需求日益增长。“遥感数字图像处理”课程是为培养这方面技术人才而设置的，是地理科学类和测绘类专业的一门十分重要的专业基础课程[2]。2000年新疆师范大学地理科学与旅游学院地理信息系统专业开设了“遥感数字图像处理”课程。随着遥感数字图像处理内容的更新和学生对课程要求的提高，笔者从革新课程体系、优化教学内容、教学方法和丰富实践教学手段等方面进行一系列探析。这对提高地理信息系统专业学生的图像处理能力和应用遥感图像分析和解决实际地理问题的能力起到十分重要的指导作用。
一、课程教学现状
当前，遥感已经或正在走向全面应用阶段。国际遥感应用发展的实用化、业务化、产业化、精细化特征明显，但我国遥感应用水平还不高，根本原因是基础研究薄弱，缺乏多学科人才共同努力[3]。培养一大批经过系统知识培训、熟练掌握遥感科学理论和应用技能的地理信息科学人才，满足社会对地理遥感信息高技术人才的迫切需求，是高等教育的责任所在。然而现实教学情况与实际社会需要之间仍然存在着一定程度的差异，培养出来的学生在遥感技术技能方面存在一定程度的滞后现象。究其原因，主要有以下几个方面。
（一）教材内容滞后于遥感技术发展的现状
虽然国内有很多遥感图像处理教材，但是遥感技术是不断快速发展的，很多新的知识和遥感图像处理的最新方法不能及时编入教材中。在实际教学过程中，导致学生重复地学习而无法从教材中掌握新知识。
（二）实践教学环节的忽视，难以培养学生的感性认识
遥感数字图像处理是一门实践性很强的学科，实践教学在教学过程中是一个很重要的环节。我校“遥感数字图像处理”课程总学时为54学时，其中实践教学为10学时，实践教学与理论教学课时比基本达到1∶5。但各高校十分重视遥感实践教学环节，实践教学能够占总课程学时的1∶3左右[4]。我校实践教学学时不足，学生缺乏实际动手的机会，综合型实验少，遥感应用训练基础薄弱，实践能力差。
（三）教学手段单一，学生参与的机会较少， 创新能力不足
遥感图像处理理论和实践课虽然普遍使用了多媒体教学技术，但在整个环节中，仍以教师讲授为主，缺乏讨论、制作、文献检索、报告等手段。学生大部分时间只是在听讲和观看教师演示，从而抑制了学生参与的积极性，难以收到实质性的效果。部分教师只教不研，讲不出新意。有课题的教师将时间和精力投入到科研中，忽视了从科研成果到教学内容的转化，造成教学和科研相对分离的现实。这导致在教学中学生对基础理论掌握良好但不能从中挖掘创新点，学生的综合能力也就相对较弱。
二、教学改革的几点措施
（一）汇聚国内外优秀教材成果、科研成果，整合优化教学内容体系
随着遥感技术及其应用的迅速发展，人们已获得并积累了多样化的遥感数字图像处理方法。教材课程重点介绍常用算法，使同学们掌握数字图像处理原理。教学内容根据主讲教材，结合国内外多种教材，精选本学科相关的中英文期刊，本区域特色相关的科研热点项目等其他资料构建科学合理的教学内容和课程体系。教师将自己在科研中获得的新理论、新技术、新方法、新成果及时引入到教学中，不断充实和修正教学内容。通过一些发展中的、前沿性的算法着重介绍其思路和原理，教导学生注重思维培养而非局限于具体算法，培养学生的学习能力和创新思维。
（二） 灵活运用多种教学手段及教学方法
1.采用多媒体方式和传统方式相结合进行教学
“遥感数字图像处理”这门课程主要以遥感图像为信息载体，具有信息量大、色彩丰富、直观可视、立体感和动态性强等特点。多媒体技术能够充分满足课程教学需求，通过多媒体教学能激发学生兴趣、提高效率、丰富课堂信息。但教师在授课过程中注意不要过度依赖多媒体，应将多媒体和传统的板书相结合。其中原理部分涉及到的公式推导及算法，教师应利用板书展示推导过程，同时伴随着详细讲解，再用多媒体展示利用其算法进行图像处理的结果，加强学生对理论及算法的理解。
2.以问题为导向的互动式教学
在讲授课程过程中，创设问题情境，采用问题驱动式教学。通过问题，启发学生，引导学生深层次、多角度思考，从而激发学生的学习兴趣。笔者在教学过程中，利用Camtasia屏幕摄影软件，分单元录制遥感图像处理的整个过程，结合理论知识讲解，使得学生操作起来更加容易。在单元考核中，要求学生录制自己遥感图像处理的整个过程，并在课堂上展示，老师进行点评及总结，并指出学生理解错误的地方，以增强学生与学生之间、学生与老师之间的互动，调动了学生学习的兴趣和积极性。教师在课后可以通过网络平台和学生进行交流，让学生自由讨论学习中遇到的问题并及时帮助学生答疑解惑。
3.开展中英文双语教学
双语教学模式是教师在教学中改变传统的单纯以汉语为载体的教学方式，将英语教授和汉语的补充解释运用在教学过程中，相互融合、渗透。该模式不仅能够进一步体现遥感信息系统课程的专业特色，全面提高学生外语的专业应用能力和综合素质，而且能够适应培养国际人才目标的要求。
实施双语教学的前提是任课教师自身素质的提高。由于就业市场压力和学校的高度重视，学生外语学习的自觉性在增强。在专业课程中使用英文教学，可以提高学生的兴趣和积极性，这为双语教学的实施提供了强有力的条件。在教学资源方面，利用VB、AUTHORWARE软件开发的多媒体双语教学课件，将抽象概念和理论形象化、生动化，在教学中取得了良好的效果。由于双语教学的特殊性，在教学中可以针对教学内容和教学对象，采用新的教学方法。一方面，用中文来讲授现有教材中遥感数字图像处理的一般原理，另一方面，紧跟国际遥感图像处理技术的最新发展，用英文将前沿性知识传授给学生。这样，既可以使学生更全面地掌握遥感图像处理原理与技术方面的知识，又可以提高学生的外语水平，为今后的工作和深造打下坚实的基础。[5]
4.过程考核与期末考核相结合的考核方式
学生成绩评价是教学的重要环节之一。传统期末考试形式（期末考试卷面成绩70%+平时成绩30%）弊端很多，很难反映学生综合能力。课程考核需要改变传统“一考定全局”的总结性评价模式。笔者采用过程考核50%与期末考核50%相结合的考核方式。过程成绩为“实验技能成绩+实验报告成绩+小组专题报告成绩+个人平时讨论中表现成绩”。期末考核成绩为“期末考试卷面成绩+小论文质量成绩”。通过采用上述考核方式，能够提高学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。笔者指导的地理科学与旅游学院地理信息系统专业2007-4班和2008-2班的学生分别获得第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛新疆维吾尔自治区竞赛优秀奖和新疆师范大学2012年学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
（三）重视实践教学，丰富实践教学内容，鼓励学生创新
该课程实践性很强，为了培养学生真正掌握遥感图像处理的工作原理和方法，提高遥感图像处理软件的应用能力，应在教学过程中多为学生提供实践学习的机会。让学生自觉主动地实现对知识体系的建构，同时锻炼他们的实际操作和应用能力。为了培养学生们达到上述能力，从实验课程内容设计、案例教学、数据库建设、实验室开放项目、课外学术科技立项项目和教师科研课题等几个方面为学生提供多样化的实践途径。
1.采用案例教学
遥感数字图像处理软件的学习需要长期的摸索才能达到熟练的地步，而学生普遍具有依赖性，软件部分技能在老师的指导下可以完成，脱离了指导就难以完成。因此，必须给学生更多的自由时间让学生摸索软件的使用。这里采用案例教学法，老师提前将案例材料发给学生，让学生自由分组，通过组员的交流、讨论，让每个学生都能找到一种解决问题的办法，最后每组讲解该组对案例的分析和处理办法。这种教学方法不仅让学生掌握了知识，也提高了学生的交流能力和动手能力。
2.利用网上免费资源，结合地方特色区域，建设遥感教学数据库
目前互联网上可以下载的卫星遥感数据类型多，覆盖面积广，时间序列相对完整，极大丰富了遥感教学资源。新疆维吾尔自治区地处西北干旱区，具有干旱区所特有的一些地理环境特点。由于新疆独特的地理位置和大陆性气候的影响以及各城市的经济形态和生态环境的不同，形成了新疆城市不同于其他地区城市发展布局，其空间变化及其动力机制的演变也独具区域特色。比如在学生掌握遥感影像分类知识后，可结合乌鲁木齐市实际，根据乌鲁木齐市Landsat TM影像，分析乌鲁木齐市土地利用变化情况。在教学中，学生则分成多个小组，自由选择感兴趣的区域和题目，通过分工完成数据库建设。这种实验教学方式更多地调动了学生参与的积极性，也培养了学生的团结协作意识。
3.鼓励学生创新，参与项目课题
教师应鼓励学生根据自己的研究兴趣积极参与科研项目，使学生在完成项目的过程中掌握知识点，锻炼实际操作的能力。教师根据科研项目情况及数据可能的获取情况，确定相关选题。项目应该包含主要学习内容和知识点，执行一个完整的遥感分析流程，以在有限时间内实现为原则。近年来“挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛、大学学生课外学术科技立项、实验室开放课题等平台给学生提供了展示自我的机会。以此为契机，学生可自主开发创新性实验，将自己的创新点运用到实践中。
三、教学效果分析
本文中所提及的对教材内容的完善和教学方法的改进，不但使学生掌握了遥感技术的基本概念和方法，也培养了学生综合运用所学理论知识进行遥感数字图像处理的能力。学生能够主动、灵活地应用遥感数字图像处理方法综合性解决地理学中的实际问题。通过学生的课程总结报告和考核报告可以反应出取得了良好的教学效果。学生在学习过程中充分调动了主观能动性，在学习过程中目标更加明确，实际操作能力得到不断提高。例如，在应用遥感图像处理技术在干旱区植被、水体、环境、绿洲城市等方面的专题中，都有很好的表现。有不少学生积极参与大学生课外科技作品项目和教师科研课题，每年地理信息系统专业有80%以上的学生选择与遥感数字图像处理及遥感应用分析有关的毕业设计题目。经过问卷调查，85%的学生认为“遥感数字图像处理”课程很有意思，能锻炼自己的思维能力和实践能力，对将来毕业论文设计和深造学习有帮助。88%的学生认为课程考试压力小，功夫在平时，不用应付考试。90%的学生满意自己取得的成绩。当然，最重要的是学生动手能力和创新能力都得到提高，为今后的发展打下了坚实的技术基础并受到了用人单位的充分肯定。
四、结语
随着全球资源与环境问题的激化，越来越多的环境、社会和经济问题需要在遥感科学的支持下进行解决，社会对遥感人才的需求随之明显增长，这种需求不仅在数量上，而且体现在人才素质方面。虽然，运用本文中提及的教学方法，在实际教学过程中取得了良好的效果，但遥感技术具有动态发展的特点，所以遥感图像处理课程在教学方法上改进的空间仍然很大。如何不断适应遥感技术发展的需求，培养高水平的遥感专业人才，仍需要教师及研究者在教学过程中不断探索。
[参考文献]
[1]奥勇.《遥感图像处理》课程教学探究[J].测绘科学，2007（09）.
[2]唐红梅，王霞，李琦等.数字图像处理课程教学改革与实践[J].河北工业大学学报，2006（04）.
[3]秦文俊.《遥感图像处理》课程教学在地理学专业中的探索与实践[J].现代测绘，2007（11）.
[4]黄秋燕.GIS专业遥感概论课程实验教学改革探索[J].科技信息，2008（27）.
[5]王志勇.《微波遥感》课程教学改革与思考[J].遥感应用，2011（03）.