《遥感数字图像处理》教学模式探索与实践

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王红平，高伟，陈启浩，张慧丽
摘要：针对本科生的特点，本文主要从科研能力和创新能力的培养、学生实践和动手能力的增强、多种教学模式的实施等方面进行探讨，初步证明了教学实施的特色和成果。
关键词：遥感图像处理；教学模式
1.引言
遥感数字图像处理与计算机科学、电磁辐射理论、地球科学、地质科学、航空摄影测量、地球物理、地球化学等学科相互交叉，是一门理论性和实践性都很强的边缘性学科。其涉及的主要技术有：遥感探测技术、图形图像处理技术、空间信息技术、数字地球技术、网络技术、光电技术、数据库理论与技术等。这就决定了《遥感数字图像处理》课程起点高、难度大，对教师教学的方式方法要求较高。
笔者围绕着如何提高教学质量、培养学生的科研能力和创新能力、开展多种教学模式有效结合以及提高学生实践和动手能力等方面进行阐述，对《遥感数字图像处理》课程教学做了一些有益的尝试和探索，为今后的改革和创新打下了良好的基础。
2.科研能力和创新能力的培养
随着科学技术的发展，培养具有创新能力和科研能力的高素质人才是目前高等院校教学改革的重要任务，也是适应21世纪社会对人才需求的重要举措。“一言堂”和“灌输式”的教学方式，在提倡素质教育的今天已经成为过去式，在现代教学过程中教师应注重学生能力的培养和非智力因素的启发。
2.1科研能力培养
针对目前本科生毕业后选择继续攻读研究生人数明显增加的趋势，有必要而且是迫切需要加强本科生科研能力的培养。而流畅的语言表达能力、准确精炼的写作功底、实事求是的科学作风、相互协作的团队精神等是科研人才必备的基本素质。
开放的网络资源、快速的网络传输，使信息的获取越来越便捷，学生应学会如何在浩如烟海的网络资源中快速筛选并提取自己需要的信息。在实施教学的过程中，教师除利用一切机会充分挖掘学生的主观能动性，也要给学生必要的指导。比如大部分本科生并不知道如何快速检索文献，教师可在布置学习任务时提示学生借助文献管理和分析软件NoteExpress或EndNote快速检索、下载和管理文献资料和论文，能起到事半功倍的效果。
准确精炼的写作功底，即将自己的研究成果清晰流畅的表达出来是科研工作者必备的素质，因此在课堂教学中教师要提供舞台，鼓励学生进行试探性科研写作，参与科技论文报告会，提高科研报告能力。通过让学生自主研究感兴趣点，形成总结性报告文档，并到讲台上讲解自己的研究内容和成果，可以从文字协作、演讲技巧、语言表达能力等方面培养学生的科研报告能力。
2.2创新能力培养
中国地质大学(武汉)所特有的“产学研”教学模式为学生创新能力的培养提供了丰厚的土壤。另外“课余科研基金”、“学生创新(拔尖)人才基金”、“‘李四光’本科创新人才培养方案”在一定程度上激励了学生在学术方面的创新研究。
在《遥感数字图像处理》的授课过程中，教师要有意识地激发学生的求知欲，鼓励学生在前人的研究基础上进行创新。在学习的过程中，学生要善于思考、提出问题，对比分析各种不同算法的优缺点，改进经典的算法。例如：小波变换理论是目前比较活跃的研究领域，在应用小波变换对图像进行去噪时，如何有效去除图像的“椒盐”噪声，提高图像分辨率和有效去除噪声二者兼得，对小波变换算法进行改进。
3.课堂教学模式的实施
3.1多媒体和传统教学方法并举
多媒体是现代教学过程中必不可少的工具，其表现形式多样、内容丰富、信息量大、直观明了，具有图文并茂、声像并举的优势，节省了教师在课堂教学过程中板书的时间，可以简洁有效地给学生传授更多更丰富的知识和信息；亦可以更通俗易懂的讲解相关重点、难点，帮助学生加深对所学知识的消化和理解。
在运用多媒体为主题的教学手段讲授理论知识的同时，传统的教学手段也是不容忽视的，应将多媒体和板书有效结合，提高教学的整体质量。遥感图像处理课程涉及大量的枯燥繁复的公式推导和算法运算，如果单纯的利用多媒体教学显然无法达到预定的效果，因此在教授时应该结合黑板板书进行演示，并对相关的难点进行详细的阐释，这样可以加深学生对公式和算法的理解，提高教学质量。
3.2启发式互动教学
本科生的教学是一个“教”与“学”的过程，教师授课时的个人魅力在一定程度上影响着学生对知识的吸收和消化能力，因而教师在备课时应做好充分的准备工作，对相关的难点、重点做出整体的把握。在课堂讲授的过程中能深入浅出的带领学生领悟，重点讲清楚基本理论、基本概念，对新算法、新理论的产生也要做相关的拓展，并要求学生课下查阅大量的文献资料加深理解，最终学生以课堂汇报交流的方式共同探讨，从而形成启发式教学方式。
教师在课前或课后和学生应该多交流，认真沟通，注重互动教学，了解学生的兴趣点、学习难点、建议等，据此对授课内容做必要的调整，以调动学生的注意力和参与性，提高课堂教学的活跃性。在《遥感数字图像处理》课程授课过程中，通过提问引导学生进行深层次、多角度的思考，通过讨论和交流培养协作学习能力，通过学生在讲台上讲解其所查找到的最新前沿理论知识培养其科研报告能力，这样不仅可以创造良好的学习氛围，而且加强了学生对知识的理解和消化，起到事半功倍的效果。
3.3理论教学和实践环节相结合
学以致用是教学工作所要达到的最终目的，在教学实施的过程中应注重培养学生分析问题、解决实际问题的能力。针对《遥感数字图像处理》所涉及的教学内容，如遥感图像基本处理、遥感数据的辐射校正、几何校正与正射校正、影像增强、影像特征提取、影像分类和遥感制图等，制定相应的理论验证性实验，要求学生能利用Matlab或者VC++编程实现图像信息的各种处理，引导学生将课堂所学的知识融合贯通，提高学生的实际应用能力，培养其横向思维和综合能力。
《遥感数字图像处理》是一门理论性和实践性很强的专业课程，在平时讲课的过程中对那些难以理解的理论知识，教师可以有选择的利用主流遥感图像处理软件来实现，帮助学生直观的了解该难点的实现过程和最终效果，达到理论和实践的完美结合。在实践环节，除了上述理论验证性实验，教师还应该进一步设计较高难度的综合性、设计性的实验，培养学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。教师可以根据教学内容设计多个综合性、设计性实验，允许学生自己选题或者采取3～4名学生结合成组完成实验内容，学生可以利用自己熟悉的ENVI、ERDAS、PCI、ER-Mapper等主流遥感处理软件对专题内容进行处理，最终提交包含选题的目的、意义、解决问题的思路、具体实现及试验结果分析等的实习报告，真正做到因材施教，培养学生的实践能力。
3.4考核方式多样化

培养具有创新能力和科研能力的高素质人才是目前高校教育的主要目标，本科生的教学既要保证学生科研能力的培养，又要保证不同层次的学生都能学到专业知识。在教学实施的过程中，多种教学模式的融合是提高学生整体素质的最佳途径，但学生的综合素质因人而异，比如有的学生编程能力比较强，有的学生理论功底比较深厚，有的学生对主流软件的操作比较感兴趣，因而在对学生学习能力进行考核的时候就不能简单的以试卷考试的形式定夺。
笔者在对学生考核时采取“试卷考试+实习报告+研究报告+学习总结及建议”的方式综合考量，全方位考察学生的能力。
（1）试卷考试采取闭卷形式，卷面内容反映学生对课程基本理论、重点、难点的掌握情况；
（2）实习报告要求学生保质保量的完成实验内容，并对实践过程中遇到的问题及解决办法进行说明，充分调动学生的积极性和探索性；
（3）研究报告则是对课堂教学的拓展，在课程开始之初布置任务，让学生根据自己的兴趣爱好对遥感热门研究领域进行学习，如高光谱遥感、微波遥感、雷达技术、高空间分辨率遥感等。在学期结束时，学生对自己的研究方向在课堂上进行汇报，培养学生自主学习和正确表述自己观点的能力，给学生提高舞台，使学生的聪明才智得到充分发挥，研究能力得到充分展示；
（4）学习总结及建议则主要展示学生对本课程的心得和体会，帮助教师在教学内容和教学方式上进行改进。
4.教学成效
本文所提及的教学方式的有效融合，不仅使学生掌握了遥感图像处理的基本理论和基本概念，而且也培养了学生综合运用所学的遥感图像处理知识进行遥感数据处理的能力，拓展了学生对遥感的认识和前沿理论的掌握，使学生有独立完成遥感科学在环境灾害监测、资源调查、气象监测、土地测绘、精细农业、森林植被监测等方面专题应用的能力，为他们将来走向工作岗位和科研工作打下坚实的基础。
研究性学习方法使学生有较多的学习主动权，可以使学生猎取知识的能力得到大幅度的提高，阅读面比较广，对遥感专业的把握更具前沿性；课堂汇报和讨论，可以督促学生加深对遥感图像处理的算法和理论的掌握，也使他们的演讲水平和写作能力得到较大程度的提高，学生对课堂教学的参与感更强，不同的观点相互碰撞、交流和补充，在一定程度上加深了对知识的理解。
从教学效果来看，学生普遍反应在整个教学过程中，学习的目的更加明确，学习效果非常显著，对知识的理解和掌握也更容易，而且学生科研能力和创新能力的提高对今后的学习深造是一个良好的开端。
5.结束语
一切的教学模式都应该以“学生”为主，让学生在实践中发现和探索问题，在研究中成长和进步，在学习中学会做人做事。《遥感数字图像处理》是一门理论性和实践性都很强的课程，因而本课程教学要求教师在教学中起到良好的引导作用。在整个教学环节，教师既是知识的传输者，又是教学的实施者，这就要求教师的专业素养过硬、人格魅力突出。教师在讲授过程中要不断改革内容，提高教学水平，真正培养具有科研能力和创新能力的高素质人才。
参考文献
[1] 刘福江，吴信才，郑贵洲，等. “研究型学习”模式在研究型大学GIS专业人才教育中的探索：以中国地质大学（武汉）为例[J]. 测绘通报，2008（11）：76-79.
[2] 沙晋明，林志垒，陈芬. 遥感课程的教学改革[J]. 福建地理，2002，17（2）：30-31，61.
[3] 林金辉.“学习-研究-教学实践三结合”研究生课程教学方法的理论与实践[J].吉林教育科学—高等研究，2000（3）：31-34.
[4] 刘健，余坤勇，赖日文，等. “3S技术”课程案例教学的研究[J].中国林业教育，2010，28（5)：76-80.
[5] 赵泉华，宋伟东. 测绘工程专业《数字图像处理》课程教学探索[J]. 辽宁工程技术大学学报：社会科学版，2010，12（4）：:435-437.
[6] 王淑晴. “地理信息系统”课程教学中学生综合能力的培养[J].中国地质教育，2005（5）：99-101.
[7] 徐美芳，王浩全，桂志国. 关于数字图像处理课程专题式教学模式的探讨[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2009，26（4）：122-123.
[8] 贾永红.现代化教学手段在数字图像处理教学中的应用研究[J].测绘通报，2006（1）：62- 64.
[9] 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，2007，30（6）：45-48.
[10] 明冬萍. 《数字图像处理》课程教学研究[J]. 中国科教创新导刊，2008，25：169-170.
第一作者简介：王红平，中国地质大学（武汉）信息工程学院遥感科学与技术系

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