“遙感圖像處理與解譯”課程教學(xué)改革與實(shí)踐研究

李娜+趙慧潔+張穎

摘要：結(jié)合遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“遙感圖像處理與解譯”課程教學(xué)改革與實(shí)踐，重點(diǎn)對(duì)啟發(fā)式教學(xué)方式以及教與學(xué)協(xié)同教學(xué)模式展開研究與實(shí)踐，有機(jī)融合課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、科研成果等多元教學(xué)模式，綜合課程實(shí)例更新、交互性提升、過程管理等因素，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生與工程實(shí)際問題分析能力和解決能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；啟發(fā)教學(xué)；問題牽引

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）02-0079-03

引言：

我國2010—2020年中長期發(fā)展規(guī)劃將“高分辨率對(duì)地觀測(cè)”列為16個(gè)重大專項(xiàng)之一，對(duì)遙感領(lǐng)域的創(chuàng)新人才具有迫切需求?！斑b感圖像處理與解譯”課程是遙感科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展較快的熱門基礎(chǔ)研究方向，具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，是一門理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及國家對(duì)遙感領(lǐng)域人才的需求發(fā)展，“遙感圖像處理與解譯”涉及的一些理論不斷完善和擴(kuò)展，應(yīng)用案例需要與目前遙感發(fā)展主流方向更新；此外，自1999年以來，我國高等教育開始向“大眾化”目標(biāo)邁進(jìn)，大眾化的高等教育質(zhì)量得到廣泛的關(guān)注[1]。高等教學(xué)改革需求和該課程的特點(diǎn)，需要該課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法不斷改革和創(chuàng)新。教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革是當(dāng)前高校教學(xué)改革的重點(diǎn)方向之一[2]，而且，改革過程中必須加入新的教學(xué)理念[3]，加入與人才需求相結(jié)合的基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力等的鍛煉與培養(yǎng)環(huán)節(jié)。本文研究中開展啟發(fā)式課堂教學(xué)，從教學(xué)形式、教學(xué)資源、教學(xué)管理等方面開展課程教與學(xué)協(xié)同模式創(chuàng)新研究與實(shí)踐，提升教學(xué)質(zhì)量；以問題牽引設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究與科技創(chuàng)新能力，為理工學(xué)科如何提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)模式提供有意義的借鑒。

一、啟發(fā)式的課堂教學(xué)，提升學(xué)生課堂參與度與知識(shí)掌握度

在教學(xué)過程中進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)生深度學(xué)習(xí)的潛力[4]。在課堂教學(xué)過程中，主要采用啟發(fā)式教學(xué)；課程改革后學(xué)生主要通過課程中心的課程資源進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)基本理論、方法，課堂上主要進(jìn)行重要知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)化以及問題凝練、解答和主題討論。課堂教學(xué)模式主要包括：（1）充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的反饋進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)模式；（2）充分利用多媒體和主題討論形式，深入淺出地以主題的形式講解主要理論知識(shí)的應(yīng)用，并根據(jù)學(xué)生們主題討論的思路和知識(shí)運(yùn)用情況，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)；（3）充分利用科研成果，作為應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行課題教學(xué)，進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)模式的延展與深入。在以上研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、批判學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)能夠有效掌握相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用情況，提升學(xué)生的知識(shí)掌握度。如圖1所示。

1.結(jié)合學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。充分利用我校的課程中心的課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，結(jié)合與傳統(tǒng)教學(xué)的互補(bǔ)關(guān)系，研究課程“課堂教學(xué)-網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)”的教與學(xué)協(xié)同模式；我校的基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課程中心能夠?qū)崿F(xiàn)課程課內(nèi)、課外資源共享，同時(shí)能夠與學(xué)生互動(dòng)，該平臺(tái)為提升課程學(xué)生的參與度提供了有效的支撐。在教學(xué)過程中，將課題理論內(nèi)容和應(yīng)用內(nèi)容延伸，在我校的課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以提問的形式和日常生活實(shí)例的形式啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步閱讀文獻(xiàn)，進(jìn)一步深入思考，并歸納總結(jié)提交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的啟發(fā)式教學(xué)，并針對(duì)學(xué)生反饋、問題凝練等在課堂上進(jìn)行重點(diǎn)問題解答，提高學(xué)生主動(dòng)思考和課堂互動(dòng)的積極性，提升學(xué)生課堂理論知識(shí)和應(yīng)用實(shí)例掌握度。例如，結(jié)合遙感系統(tǒng)誤差分析，給出遙感成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量評(píng)價(jià)如何評(píng)價(jià)？結(jié)合遙感數(shù)據(jù)處理方法，給出如何將所學(xué)的遙感圖像特征提取方法應(yīng)用到植被生長狀況監(jiān)測(cè)？等等。

2.多媒體和“圓桌”討論相結(jié)合。充分利用多媒體技術(shù)和“圓桌”教學(xué)討論手段，研究課程的“理論應(yīng)用-實(shí)例互動(dòng)”啟發(fā)激勵(lì)與交互教學(xué)的教與學(xué)協(xié)同模式；在教學(xué)過程中，課堂學(xué)生的積極參與到課程中，能夠提升學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和知識(shí)的掌握度，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將多媒體與以“圓桌”形式的主題討論相結(jié)合。結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)給出的主題，學(xué)生們課下查閱文獻(xiàn)、延伸閱讀，課堂上多媒體展示、分組討論；此外，課程的理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合、原理與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合以多媒體課件的形式給出，并以“圓桌”形式的課程理論要點(diǎn)和應(yīng)用案例進(jìn)行討論、分析。通過以上兩種方式提升學(xué)生在課程中的參與度和知識(shí)掌握度。例如，給出主題討論的題目：“圖像處理濾波方法有哪些？請(qǐng)利用一種濾波方法進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)處理，并說明實(shí)現(xiàn)過程以及應(yīng)用效果?！睂W(xué)生根據(jù)主題題目進(jìn)行文獻(xiàn)與參考書的擴(kuò)展閱讀，然后總結(jié)并利用多媒體進(jìn)行展示，從而鍛煉學(xué)生文獻(xiàn)總結(jié)、知識(shí)歸納與綜合運(yùn)用、語言表達(dá)等能力；然后以“圓桌”分組討論的形式結(jié)合主題和多媒體展示進(jìn)行提問與討論，從而提升學(xué)生課堂的參與度以及對(duì)基本理論方法的深入理解與綜合運(yùn)用能力。

3.科研成果應(yīng)用案例。充分利用專家優(yōu)勢(shì)資源與科研、工程研究成果，研究課程“課題教學(xué)-專題研討”的教與學(xué)協(xié)同模式。提升知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。以科研成果作為應(yīng)用案例進(jìn)行講解、討論，有助于學(xué)生能夠有效地掌握理論知識(shí)以及了解如何應(yīng)用基本原理、基本方法等解決實(shí)際應(yīng)用問題，理論應(yīng)用內(nèi)容則通過與科學(xué)研究、工程任務(wù)相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例給出，并根據(jù)該學(xué)科技術(shù)發(fā)展不斷更新實(shí)例內(nèi)容，將最新研究成果與學(xué)科動(dòng)態(tài)融合進(jìn)來，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)與課程的興趣，掌握理論知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，提高學(xué)生的主動(dòng)性，提升學(xué)生將基本概念、基本理論和基本原理運(yùn)用到實(shí)際的、復(fù)雜的具體情境中的能力。

例如，在課程教學(xué)過程中，利用礦產(chǎn)資源調(diào)查應(yīng)用中的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行礦物類型分類項(xiàng)目的科研成果作為應(yīng)用案例，該應(yīng)用案例主要包括從獲取的原始遙感影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)以及圖像分類等處理，涉及了課程講述的主要基本原理與技術(shù)方法，同時(shí)是利用在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并綜合考慮載荷特性和應(yīng)用需求，是科研成果與課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合的典型的應(yīng)用案例。這個(gè)過程不僅能夠有助于學(xué)生對(duì)科研過程有了解，而且有助于學(xué)生針對(duì)科研成果應(yīng)用案例進(jìn)行知識(shí)的綜合應(yīng)用，提升對(duì)知識(shí)的理解深度和應(yīng)用方法。

二、問題牽引的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

結(jié)合課堂教學(xué)，開展實(shí)踐教學(xué)工作，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)，提升動(dòng)手能力。目前，高校中的實(shí)踐教學(xué)多是觀摩或簡單的動(dòng)手實(shí)踐，很少是從實(shí)際問題中提煉實(shí)踐內(nèi)容[5]，因此，本文研究過程中并課程在教學(xué)改革實(shí)踐中，分三個(gè)層次由淺入深地開展實(shí)踐環(huán)節(jié)，以實(shí)際科學(xué)問題為牽引設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，或由學(xué)生提出問題設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，深化學(xué)生對(duì)問題解決方式等的理解以及鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)較為復(fù)雜、深層次的問題進(jìn)行挖掘和嘗試解決，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力。如圖2所示，主要包括基本技能實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)、科研訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)等不同難易程度的三個(gè)層次，使學(xué)生具備將理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到基礎(chǔ)研究和工程任務(wù)中的能力。

1.基本技能實(shí)踐環(huán)節(jié)。打破傳統(tǒng)教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生簡單實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐教學(xué)模式，以專題實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的形式擴(kuò)充實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，避免了冗長、枯燥的課堂教學(xué)方式；開設(shè)大量的讀圖以及圖像應(yīng)用等課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并在授課過程中不斷更新遙感圖像的類型與種類，根據(jù)學(xué)生反饋的問題和遙感相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)源更新，在滿足基本技能實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的前提下及時(shí)更新和修正實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與方法。

課程改革和實(shí)踐過程中，基本技能實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行讀圖的環(huán)節(jié)進(jìn)行了最新高分辨率的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，主要包括我國資源一號(hào)02C數(shù)據(jù)和高分一號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行目視判讀和基本的圖像讀取、顯示、統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算等實(shí)踐。學(xué)生在應(yīng)用最新圖像的過程中了解圖像特點(diǎn)、掌握遙感數(shù)據(jù)處理軟件基本操作、目視解譯基本方法等，并且能夠了解我國衛(wèi)星發(fā)展趨勢(shì)以及我國高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)的前沿成果以及對(duì)遙感相關(guān)領(lǐng)域人才的需求。

2.課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)。在基本技能掌握的基礎(chǔ)上，通過軟件操作、自主編程等方式開展課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。實(shí)踐過程中只規(guī)定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的模式，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師對(duì)學(xué)生完成實(shí)踐環(huán)節(jié)的過程進(jìn)行輔導(dǎo)，確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容順利完成。

課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為掌握遙感圖像處理的基本原理和方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征增強(qiáng)、數(shù)據(jù)分類。課程改革和實(shí)踐過程中，由原來的任課教師指定題目改革為由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自擬題目，遙感數(shù)據(jù)處理軟件二次開發(fā)或VS2010以上環(huán)境編程實(shí)現(xiàn)，在算法實(shí)現(xiàn)與編程調(diào)試過程中，學(xué)生能夠自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)、更加主動(dòng)地了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握遙感圖像處理算法開發(fā)過程，提升學(xué)生的遙感圖像處理能力。

3.科研訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)。結(jié)合科研與工程實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合實(shí)驗(yàn)，并與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行科研訓(xùn)練，主要包括前沿性的綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、設(shè)計(jì)與論文的綜合訓(xùn)練等，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行全方位培養(yǎng)。該類的科研訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)在之前的教學(xué)中是沒有的，導(dǎo)致學(xué)生繼續(xù)深造后，基本的科研方法都不掌握；直接就業(yè)工作的同學(xué)知識(shí)體系不能適應(yīng)實(shí)際工作。因此，基于上述問題，通過把實(shí)踐學(xué)習(xí)設(shè)置在復(fù)雜的實(shí)際工程實(shí)踐問題中，通過解決實(shí)際的科學(xué)研究中的技術(shù)問題，使學(xué)生學(xué)習(xí)隱匿于其中的基礎(chǔ)理論和科學(xué)知識(shí)，形成解決工程實(shí)際問題的技能，并培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立科研的能力。

課程改革和實(shí)踐過程中，給出與遙感圖像處理相關(guān)的科研訓(xùn)練實(shí)踐題目，學(xué)生需要自己查閱文獻(xiàn)，擬定需解決的關(guān)鍵問題以及設(shè)計(jì)技術(shù)方案，并且根據(jù)技術(shù)方案進(jìn)行模型、算法開發(fā)，最后用實(shí)際的遙感圖像進(jìn)行驗(yàn)證分析，并撰寫相關(guān)論文，完成多媒體展示、軟硬件演示等。整個(gè)過程教師和助教以問題引導(dǎo)的方式進(jìn)行輔導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、獨(dú)立科研能力的訓(xùn)練，從而有效地提升學(xué)生解決科學(xué)問題和工程實(shí)踐問題的能力。

三、小結(jié)

“遙感圖像處理”課程之前主要以講授為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)是傳統(tǒng)的操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生課程參與度不高，且很難滿足目前對(duì)遙感相關(guān)專業(yè)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的人才培養(yǎng)的需求。針對(duì)上述問題，開展了課程教學(xué)改革與實(shí)踐，在該過程中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、“圓桌”主題討論與多媒體展示結(jié)合、科研成果應(yīng)用案例等形式開展啟發(fā)式的課堂教學(xué)，提升學(xué)生課堂參與度與知識(shí)掌握度；由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分基本技能實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)、科研訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)等三個(gè)層次由淺入深地開展實(shí)踐環(huán)節(jié)，以實(shí)際科學(xué)問題、工程問題為牽引設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生解決科學(xué)問題、工程問題的能力鍛煉與培養(yǎng)。通過課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革，提升學(xué)生在課程中的主動(dòng)權(quán)、主動(dòng)性以及增強(qiáng)學(xué)生對(duì)遙感圖像領(lǐng)域前沿發(fā)展與問題的了解，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜科學(xué)問題與工程問題的能力以及創(chuàng)新能力，滿足相關(guān)專業(yè)與領(lǐng)域的緊缺人才需求。

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The Teaching Reform and Practice of "Remote Sensing Image Processing and Interpretation"

LI Na，ZHAO Hui-jie，ZHANG Ying

（School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）

Abstract：Based on the teaching reform and practice of "Remote Sensing image processing and interpretation" in remote sensing science and technology discipline，this paper focuses on research and practice of heuristic teaching and coordination teaching pattern on "teaching –learning". Classroom teaching，practice teaching，network platform，scientific research and other multi-mode teachings are organic integrated，synthetical examples of courses update，interactive promotion，process management and other factors are combined，in order to improve the teaching quality and enhance students' analytical and solving skills on practical engineering problems.

Key words：teaching pattern；heuristic teaching；problem-based