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遥感图像处理和解译课程教学改革和实践
李娜,赵慧洁,张颖
（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191）
摘 要：结合遥感科学与技术专业的“遥感图像处理与解译”课程教学改革与实践,重点对启发式教学方式以及教与学协同教学模式展开研究与实践,有机融合课堂教学、实践教学、网络平台、科研成果等多元教学模式,综合课程实例更新、交互性提升、过程管理等因素,提高教学质量,提升学生与工程实际问题分析能力和解决能力.
关键词：教学模式；启发教学；问题牵引
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）02-0079-03
收稿日期：2016-08-30
基金项目：2015年北京航空航天大学教改项目资助：遥感图像处理与解译教与学协同模式研究
作者简介：李娜（1978-）,女（汉族）,河北唐山人,讲师,研究方向：遥感信息处理、模式识别等.
引言：
我国2010—2020年中长期发展规划将“高分辨率对地观测”列为16个重大专项之一,对遥感领域的创新人才具有迫切需求.“遥感图像处理与解译”课程是遥感科学领域发展较快的热门基础研究方向,具有多学科交叉的特点,是一门理论与实践、原理与应用结合紧密的课程.
随着科学技术的发展以及国家对遥感领域人才的需求发展,“遥感图像处理与解译”涉及的一些理论不断完善和扩展,应用案例需要与目前遥感发展主流方向更新；此外,自1999年以来,我国高等教育开始向“大众化”目标迈进,大众化的高等教育质量得到广泛的关注[1].高等教学改革需求和该课程的特点,需要该课程的教学模式和教学方法不断改革和创新.教学模式和教学方法的改革是当前高校教学改革的重点方向之一[2],而且,改革过程中必须加入新的教学理念[3],加入与人才需求相结合的基础知识、专业知识、实践能力等的锻炼与培养环节.本文研究中开展启发式课堂教学,从教学形式、教学资源、教学管理等方面开展课程教与学协同模式创新研究与实践,提升教学质量；以问题牵引设计实践教学环节,培养学生的科学研究与科技创新能力,为理工学科如何提升教学质量、培养学生实践创新能力的教学模式提供有意义的借鉴.
一、启发式的课堂教学,提升学生课堂参与度与知识掌握度
在教学过程中进行教学设计,充分发挥学生的主观能动性和学生深度学习的潜力[4].在课堂教学过程中,主要采用启发式教学；课程改革后学生主要通过课程中心的课程资源进行主动学习基本理论、方法,课堂上主要进行重要知识点强化以及问题凝练、解答和主题讨论.课堂教学模式主要包括：（1 ）充分利用网络平台与学生进行互动,并根据学生学习过程中的反馈进一步优化教学方法和教学模式；（2）充分利用多媒体和主题讨论形式,深入浅出地以主题的形式讲解主要理论知识的应用,并根据学生们主题讨论的思路和知识运用情况,进一步优化教学设计；（3）充分利用科研成果,作为应用实例进行课题教学,进一步推动教学模式的延展与深入.在以上研究与实践的基础上,提升学生主动学习、批判学习的能力,同时能够有效掌握相关理论知识和实际应用情况,提升学生的知识掌握度.如图1所示.
1.结合学校网络平台.充分利用我校的课程中心的课程网络平台,结合与传统教学的互补关系,研究课程“课堂教学-网络互动”的教与学协同模式；我校的基于网络平台的课程中心能够实现课程课内、课外资源共享,同时能够与学生互动,该平台为提升课程学生的参与度提供了有效的支撑.在教学过程中,将课题理论内容和应用内容延伸,在我校的课程网络平台以提问的形式和日常生活实例的形式启发学生进一步阅读文献,进一步深入思考,并归纳总结提交网络平台,实现基于网络平台的启发式教学,并针对学生反馈、问题凝练等在课堂上进行重点问题解答,提高学生主动思考和课堂互动的积极性,提升学生课堂理论知识和应用实例掌握度.例如,结合遥感系统误差分析,给出遥感成像系统的成像质量评价如何评价？结合遥感数据处理方法,给出如何将所学的遥感图像特征提取方法应用到植被生长状况监测？等等.
2.多媒体和“圆桌”讨论相结合.充分利用多媒体技术和“圆桌”教学讨论手段,研究课程的“理论应用-实例互动”启发激励与交互教学的教与学协同模式；在教学过程中,课堂学生的积极参与到课程中,能够提升学生对课程内容的理解和知识的掌握度,为了实现这一目标,将多媒体与以“圆桌”形式的主题讨论相结合.结合在网络平台给出的主题,学生们课下查阅文献、延伸阅读,课堂上多媒体展示、分组讨论；此外,课程的理论知识与工程实践相结合、原理与应用实例相结合以多媒体课件的形式给出,并以“圆桌”形式的课程理论要点和应用案例进行讨论、分析.通过以上两种方式提升学生在课程中的参与度和知识掌握度.例如,给出主题讨论的题目：“图像处理滤波方法有哪些？请利用一种滤波方法进行遥感数据处理,并说明实现过程以及应用效果.”学生根据主题题目进行文献与参考书的扩展阅读,然后总结并利用多媒体进行展示,从而锻炼学生文献总结、知识归纳与综合运用、语言表达等能力；然后以“圆桌”分组讨论的形式结合主题和多媒体展示进行提问与讨论,从而提升学生课堂的参与度以及对基本理论方法的深入理解与综合运用能力.
3.科研成果应用案例.充分利用专家优势资源与科研、工程研究成果,研究课程“课题教学-专题研讨”的教与学协同模式.提升知识综合应用的能力.以科研成果作为应用案例进行讲解、讨论,有助于学生能够有效地掌握理论知识以及了解如何应用基本原理、基本方法等解决实际应用问题,理论应用内容则通过与科学研究、工程任务相结合的应用实例给出,并根据该学科技术发展不断更新实例内容,将最新研究成果与学科动态融合进来,激发学生对专业与课程的兴趣,掌握理论知识的应用领域,提高学生的主动性,提升学生将基本概念、基本理论和基本原理运用到实际的、复杂的具体情境中的能力.
例如,在课程教学过程中,利用矿产资源调查应用中的遥感数据进行矿物类型分类项目的科研成果作为应用案例,该应用案例主要包括从获取的原始遥感影像进行辐射校正、几何校正、图像增强以及图像分类等处理,涉及了课程讲述的主要基本原理与技术方法,同时是利用在轨卫星数据进行处理,并综合考虑载荷特性和应用需求,是科研成果与课程教学有机结合的典型的应用案例.这个过程不仅能够有助于学生对科研过程有了解,而且有助于学生针对科研成果应用案例进行知识的综合应用,提升对知识的理解深度和应用方法.
二、问题牵引的实践教学,培养创新能力
结合课堂教学,开展实践教学工作,使学生进一步巩固理论知识,提升动手能力.目前,高校中的实践教学多是观摩或简单的动手实践,很少是从实际问题中提炼实践内容[5],因此,本文研究过程中并课程在教学改革实践中,分三个层次由浅入深地开展实践环节,以实际科学问题为牵引设计实践教学内容,或由学生提出问题设计实践教学内容,深化学生对问题解决方式等的理解以及鼓励学生对较为复杂、深层次的问题进行挖掘和尝试解决,从而有效地培养学生的创新意识与创新能力.如图2所示,主要包括基本技能实践环节、课程设计实践环节、科研训练实践环节等不同难易程度的三个层次,使学生具备将理论知识和专业知识应用到基础研究和工程任务中的能力.
1.基本技能实践环节.打破传统教师设计实验,学生简单实现的实践教学模式,以专题实验与应用实验的形式扩充实践教学环节,充分调动学生积极性,避免了冗长、枯燥的课堂教学方式；开设大量的读图以及图像应用等课程实验环节,并在授课过程中不断更新遥感图像的类型与种类,根据学生反馈的问题和遥感相关专业的数据源更新,在满足基本技能实验目标的前提下及时更新和修正实践教学内容与方法.
课程改革和实践过程中,基本技能实践环节进行读图的环节进行了最新高分辨率的国产卫星数据,主要包括我国资源一号02C数据和高分一号数据,进行目视判读和基本的图像读取、显示、统计特征计算等实践.学生在应用最新图像的过程中了解图像特点、掌握遥感数据处理软件基本操作、目视解译基本方法等,并且能够了解我国卫星发展趋势以及我国高分辨率对地观测重大专项的前沿成果以及对遥感相关领域人才的需求.
2.课程设计实践环节.在基本技能掌握的基础上,通过软件操作、自主编程等方式开展课程设计实践.实践过程中只规定实验目标与实验内容,采用学生自主学习、自主创新的模式,学生根据实验目标自主设计实验,教师对学生完成实践环节的过程进行辅导,确保实验内容以及相关的学习内容顺利完成.
课程设计实践环节的实验目标为掌握遥感图像处理的基本原理和方法,实验内容包括数据预处理、特征增强、数据分类.课程改革和实践过程中,由原来的任课教师指定题目改革为由学生根据实验目标和实验内容进行自主设计实验,自拟题目,遥感数据处理软件二次开发或VS2010以上环境编程实现,在算法实现与编程调试过程中,学生能够自主查阅相关文献、更加主动地了解实验内容,掌握遥感图像处理算法开发过程,提升学生的遥感图像处理能力.
3.科研训练实践环节.结合科研与工程实际应用,设计包括基础实验和自主设计实验内容的综合实验,并与毕业设计相结合进行科研训练,主要包括前沿性的综合实验训练、设计与论文的综合训练等,对学生的学习能力、团队合作能力、创新能力进行全方位培养.该类的科研训练实践环节在之前的教学中是没有的,导致学生继续深造后,基本的科研方法都不掌握；直接就业工作的同学知识体系不能适应实际工作.因此,基于上述问题,通过把实践学习设置在复杂的实际工程实践问题中,通过解决实际的科学研究中的技术问题,使学生学习隐匿于其中的基础理论和科学知识,形成解决工程实际问题的技能,并培养自主学习、独立科研的能力.
课程改革和实践过程中,给出与遥感图像处理相关的科研训练实践题目,学生需要自己查阅文献,拟定需解决的关键问题以及设计技术方案,并且根据技术方案进行模型、算法开发,最后用实际的遥感图像进行验证分析,并撰写相关论文,完成多媒体展示、软硬件演示等.整个过程教师和助教以问题引导的方式进行辅导,加强学生自主设计、独立科研能力的训练,从而有效地提升学生解决科学问题和工程实践问题的能力.
三、小结
“遥感图像处理”课程之前主要以讲授为主,实践环节是传统的操作实验,学生课程参与度不高,且很难满足目前对遥感相关专业学生解决实际问题能力的人才培养的需求.针对上述问题,开展了课程教学改革与实践,在该过程中,利用网络平台、“圆桌”主题讨论与多媒体展示结合、科研成果应用案例等形式开展启发式的课堂教学,提升学生课堂参与度与知识掌握度；由学生根据实验目标和实验内容自主设计实验,分基本技能实践环节、课程设计实践环节、科研训练实践环节等三个层次由浅入深地开展实践环节,以实际科学问题、工程问题为牵引设计实践教学目标与内容,充分发挥学生的主观能动性,加强学生解决科学问题、工程问题的能力锻炼与培养.通过课堂教学与实践环节的教学改革,提升学生在课程中的主动权、主动性以及增强学生对遥感图像领域前沿发展与问题的了解,培养学生解决复杂科学问题与工程问题的能力以及创新能力,满足相关专业与领域的紧缺人才需求.
参考文献：
[1]邵士权.我国高等学校教学方法创新研究[D].武汉:华中科技大学,2011.
[2]王文静.中国教学模式改革的实践探索———“学为导向”综合型课堂教学模式[J].北京师范大学学报:社会科学版,2012,(1):18-24.
[3]李子建.课程、教学与学校改革:新世纪的教育发展[M].香港:香港中文大学出版社,2002.
[4]李子建.课程与教学改革的展望:加强理论与实践的对话[J].北京大学教育评论,2004,(2):75-87.
[5]冯露,亢一澜,王志勇,等.基于问题学习的探究式教学改革实践[J].高等工程教育研究,2013,(4):176-180.
图像处理论文范文结:
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