趙晉陵

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)c++程序設(shè)計(jì)與學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)脫節(jié)的現(xiàn)象，重點(diǎn)討論c++程序設(shè)計(jì)在遙感影像處理中的教學(xué)特點(diǎn)，提出從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)3個(gè)方面革新現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)c++課程教學(xué)體系，對(duì)提高課程的教學(xué)效果具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；遙感影像處理；教學(xué)改革；c++程序設(shè)計(jì)

1、背景

物聯(lián)網(wǎng)（The Intemet ofThings）作為21世紀(jì)我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的市場(chǎng)需求?！段锫?lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》圈定9大領(lǐng)域重點(diǎn)示范工程，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療、智能家居。作為培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才的學(xué)科，物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)在20：10年被教育部批準(zhǔn)成立。物聯(lián)網(wǎng)涉及的研究與應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如何在高校的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中設(shè)置與高校特色相匹配的課程體系，成為我們必須考慮的首要問(wèn)題。作為智慧地球應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保障，GNSS（GlobalNavigation Satellite System，衛(wèi)星導(dǎo)航，地理信息，遙感）與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合被用于多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

遙感信息技術(shù)是空間信息科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要組成部分。近年來(lái)，隨著空間技術(shù)、大測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，遙感技術(shù)得到了快速發(fā)展，全國(guó)眾多高校先后開(kāi)設(shè)了與遙感相關(guān)的專(zhuān)業(yè)和課程。在圖像處理方面，由于C++代碼執(zhí)行效率高，有著豐富的類(lèi)庫(kù)可供程序直接調(diào)用，被廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)工程的應(yīng)用研究中。此外，VC++提供了各種功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)向?qū)?，使之成為遙感圖像預(yù)處理、色彩增強(qiáng)和專(zhuān)題地類(lèi)解譯的最佳選擇。圖1所示為基于c++程序設(shè)計(jì)的遙感影像處理流程。眾多科技工作者已經(jīng)采用C++或VC與其他編程語(yǔ)言混合的模式開(kāi)展遙感信息提取、影像處理等研究工作。針對(duì)傳統(tǒng)c++語(yǔ)言的教學(xué)與改革，有教育工作者作了相應(yīng)的研究，并對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的C++教學(xué)工作進(jìn)行了探索。然而，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)中的遙感信息處理，如何將C++課程教學(xué)與本專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合成為亟須解決的問(wèn)題。

2、教學(xué)方法革新

良好的教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保障。傳統(tǒng)的c++教學(xué)中，教師側(cè)重于講授，而學(xué)生則被動(dòng)接受。當(dāng)整個(gè)課程結(jié)束時(shí)，雖然教師已講授了所有要點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，但學(xué)生掌握的只是大量的離散知識(shí)點(diǎn)，無(wú)法系統(tǒng)學(xué)習(xí)到課程的體系結(jié)構(gòu)和精髓，更不會(huì)自如地應(yīng)用c++去解決實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，學(xué)生對(duì)為什么要學(xué)習(xí)編程技術(shù)，學(xué)完有什么用并不明確，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不高。因此，革新傳統(tǒng)教學(xué)方法是提高本課程教學(xué)效果的前提。

2.1 編程興趣培養(yǎng)

在遙感影像的處理和分析過(guò)程中，有許多現(xiàn)成的應(yīng)用軟件可供選擇，如著名的ERDAS、ENVI、PCI、ArcGIS等。學(xué)生在實(shí)際操作這些軟件時(shí)，只是選取特定的集成模塊，輸入規(guī)定的參數(shù)后便可得到最終的處理結(jié)果，且容易被每一次影像處理后的效果所吸引，但并不明白具體的處理細(xì)節(jié)如何實(shí)現(xiàn)。教師可以根據(jù)學(xué)生普遍感興趣的操作模塊，選擇其中有代表性的應(yīng)用案例，講明c++關(guān)鍵程序原理和具體實(shí)現(xiàn)流程，讓學(xué)生自己動(dòng)手去編程實(shí)現(xiàn)；并說(shuō)明這些功能模塊并不是最優(yōu)，尚有很多改進(jìn)空間，以此激發(fā)學(xué)生自己研究算法并編程實(shí)現(xiàn)。最終，讓學(xué)生明白所學(xué)專(zhuān)業(yè)和編程語(yǔ)言之間的緊密關(guān)系，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)興趣和編程興趣，增加學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

2.2 互動(dòng)教學(xué)方法

現(xiàn)階段，各高校都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多媒體輔助教學(xué)。教師通過(guò)PPT將所講授內(nèi)容展示給學(xué)生，節(jié)約了大量板書(shū)時(shí)間，提高了工作效率，增加了單位課時(shí)的信息量。但是，編程是一門(mén)循序漸進(jìn)的課程，C++語(yǔ)言從語(yǔ)法上有對(duì)C語(yǔ)言的繼承，但也有大量的變化。這些變化的部分可以通過(guò)PPT直觀(guān)展現(xiàn)給學(xué)生，但要加深印象效果卻不佳。在一些市場(chǎng)化的計(jì)算機(jī)軟件培訓(xùn)中，培訓(xùn)師采取的是動(dòng)手演示操作過(guò)程，讓學(xué)員跟著模仿操作，進(jìn)而學(xué)會(huì)實(shí)際操作步驟，加深流程的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。同理，可以將這種教學(xué)方法引入到課堂教學(xué)中。教師講授完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)后，不要直接用PPT顯示一個(gè)完整的實(shí)例程序段，而是直接打開(kāi)c++編程環(huán)境，手工輸入這個(gè)程序段，一邊輸入一邊解釋每一個(gè)變量是怎么定義的，每一個(gè)程序片段要實(shí)現(xiàn)哪些功能，其中涉及哪些語(yǔ)法和變量；最后，顯示編程效果，驗(yàn)證程序段的可靠性。在整個(gè)互動(dòng)的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生直觀(guān)看到了一段程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，理解了輸入?yún)?shù)、運(yùn)算過(guò)程和輸出結(jié)果的相互關(guān)系，會(huì)加深其記憶和理解。同時(shí)，采用互動(dòng)的方式，挑選學(xué)生到講臺(tái)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)編程過(guò)程，并在敲打代碼的時(shí)候給臺(tái)下的學(xué)生講解，加深知識(shí)點(diǎn)的掌握和記憶。經(jīng)過(guò)這個(gè)鍛煉過(guò)程，學(xué)生在編程時(shí)會(huì)不由自主地模仿編程細(xì)節(jié)，達(dá)到靈活掌握相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，養(yǎng)成良好編程習(xí)慣的目的。

2.3 理論聯(lián)系實(shí)際

傳統(tǒng)教學(xué)中，受限于學(xué)時(shí)、教學(xué)條件等因素，教師無(wú)法將每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，而是中規(guī)中矩地講授語(yǔ)法知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完所有知識(shí)點(diǎn)后，不能將其組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一些基本功能，更別說(shuō)解決復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。學(xué)習(xí)編程的目的是為了解決實(shí)際問(wèn)題，而這種講授方式顯然違背了編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)的初衷。因此，教師在講解每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中，應(yīng)該與專(zhuān)業(yè)背景和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。比如：對(duì)矩陣的處理是c++語(yǔ)言的一項(xiàng)基本操作，而遙感影像的數(shù)字化存儲(chǔ)采取的就是矩陣存儲(chǔ)方式；還有指針的操作，對(duì)影像數(shù)據(jù)的顏色操作就有基于指針的檢索。通過(guò)這種理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方式，學(xué)生自然而然就將所學(xué)的C++語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)與本專(zhuān)業(yè)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)提高編程水平和解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題都很有幫助。

3、教學(xué)內(nèi)容革新

3.1 基礎(chǔ)語(yǔ)法教學(xué)革新

在C++教學(xué)中，因語(yǔ)法的繼承性，很多教師花費(fèi)了大量時(shí)間在重復(fù)講授c語(yǔ)言的基礎(chǔ)語(yǔ)法知識(shí)。從編程語(yǔ)言的集成和擴(kuò)展方面，c語(yǔ)言讓大家學(xué)會(huì)了程序設(shè)計(jì)的方法，而c++則提出了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的新風(fēng)格。因此，在c++程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，教師應(yīng)該只占用少量的時(shí)間去介紹C語(yǔ)言與C++語(yǔ)言的繼承部分，而把大量時(shí)間投入c++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想與語(yǔ)法教學(xué)中，如類(lèi)與對(duì)象、重載與模版、繼承與派生等。

3.2 良好編程規(guī)范培養(yǎng)

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師很少對(duì)編程規(guī)范作出要求，致使學(xué)生所寫(xiě)的程序段只有自己認(rèn)識(shí)，甚至一段時(shí)間后，有些代碼連自己都不認(rèn)識(shí)，這都是因?yàn)榫帉?xiě)不規(guī)范所致。編程規(guī)范同時(shí)也是良好的編程習(xí)慣，對(duì)增加程序段共享、移植、修改等有重要的制約作用。教學(xué)過(guò)程中和布置課后作業(yè)時(shí)，可從變量定義、程序段格式、語(yǔ)法選擇、注釋等幾個(gè)方面去注意培養(yǎng)，具體如下：（1）變量定義采用可識(shí)別的英文名稱(chēng)或縮寫(xiě)表示；（2）程序段中每一對(duì){}都要保證上下對(duì)齊，且每一對(duì){}都對(duì)應(yīng)于段首和段尾；（3）每一對(duì){}內(nèi)的語(yǔ)句左對(duì)齊；（4）每一程序行上只寫(xiě)一條語(yǔ)句；（5）不同的語(yǔ)句段采用縮進(jìn)格式以示區(qū)別；（6）盡量選擇程序段精簡(jiǎn)、執(zhí)行效率高的程序方式去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能；（7）關(guān)鍵語(yǔ)句及程序段均要作出注釋。

3.3 案例程序庫(kù)建設(shè)

C++教學(xué)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，配合案例程序會(huì)增加對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握。教師可以針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的基礎(chǔ)案例，用于驗(yàn)證該知識(shí)點(diǎn)。由教師講解一部分，學(xué)生自行練習(xí)一部分。隨著教學(xué)深入，開(kāi)始設(shè)計(jì)包括幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的小型程序，同樣由教師講解一部分，學(xué)生課后自行練習(xí)一部分。當(dāng)一個(gè)大的知識(shí)塊學(xué)完后，可以設(shè)計(jì)綜合案例，用于驗(yàn)證整塊知識(shí)的掌握程度和靈活運(yùn)用能力，由學(xué)生自行完成后教師講評(píng)。因此，教師可以針對(duì)各知識(shí)點(diǎn)建立起案例程序庫(kù)，每講完一部分，即從程序庫(kù)中抽取案例進(jìn)行講解與練習(xí)，提高教學(xué)效果。

4、實(shí)踐環(huán)節(jié)革新

C++語(yǔ)言的靈活性較大，對(duì)動(dòng)手能力要求較高，要求學(xué)生必須加大練習(xí)量。對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革可從實(shí)驗(yàn)課改革和課后實(shí)踐交流2個(gè)方面展開(kāi)。

4.1 實(shí)踐過(guò)程指導(dǎo)

傳統(tǒng)c++教學(xué)中，分為教師課堂講授和實(shí)驗(yàn)練習(xí)課。通常情況下，教師在課堂上講授相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行編程實(shí)踐，重在編程結(jié)果，而輕于過(guò)程指導(dǎo)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)課上完成了所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證，但并不能發(fā)現(xiàn)編程過(guò)程中隱藏的各種問(wèn)題，如變量命名不規(guī)范、程序風(fēng)格較差、選用方法效率低等。

作為課程的主導(dǎo)者，教師在實(shí)踐課上可以選取一位學(xué)生為代表，令其完成程序編制，其他同學(xué)在旁觀(guān)看。在該學(xué)生編寫(xiě)程序的過(guò)程中，逐一指出問(wèn)題所在，直至一個(gè)規(guī)范的程序段編寫(xiě)完畢，運(yùn)行正常為止。這一過(guò)程中，學(xué)生對(duì)自己存在的問(wèn)題有了明確的認(rèn)識(shí)，而其他同學(xué)存在的共性問(wèn)題也能得到集中解決，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證效果良好。

4.2 實(shí)踐交流平臺(tái)建設(shè)

隨著網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)的發(fā)展，網(wǎng)站、博客、QQ空間、QQ聊天工具等成為當(dāng)前不可缺少的交流工具。由于每一門(mén)課程都有其規(guī)定的教學(xué)課時(shí)，在課堂外，教師基本不再與學(xué)生接觸，使得學(xué)生有問(wèn)題時(shí)很難及時(shí)得到幫助。為了增強(qiáng)與學(xué)生之間的實(shí)踐交流，教師可以選擇一種網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)作為課后交流方式。當(dāng)學(xué)生在自我編程中遇到問(wèn)題時(shí)，可隨時(shí)與教師進(jìn)行交流。同時(shí)，教師可以在交流平臺(tái)上發(fā)布編程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)文章，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。采取這種實(shí)時(shí)的交流方式，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)的興趣，又可以豐富教師的教學(xué)手段和內(nèi)容，同時(shí)也增強(qiáng)了教學(xué)效果。

5、結(jié)語(yǔ)

c++程序設(shè)計(jì)是物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在教學(xué)過(guò)程中難免遇到非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)基礎(chǔ)不足、興趣不高、教學(xué)效果不好等難題，加之c++語(yǔ)言本身語(yǔ)法內(nèi)容多，使用靈活等特點(diǎn)，加大了這門(mén)課程的教學(xué)難度。通過(guò)本研究的深入分析和案例支撐，為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)如何提高C++程序設(shè)計(jì)的教學(xué)效果提供了有益參考，也為該課程教學(xué)效果的再提高提供了實(shí)踐探索。