劉立志，唐 沖，馬洋洋，楊 懿 ，王海濤

(1.黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100； 2.中國測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

基于項(xiàng)目教學(xué)法的《遙感影像程序設(shè)計(jì)》教學(xué)改革研究

劉立志1，唐 沖1，馬洋洋1，楊 懿2，王海濤1

(1.黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100； 2.中國測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》是攝影測(cè)量與遙感專業(yè)的核心課程，由于涉及到算法設(shè)計(jì)以及程序編寫方面的內(nèi)容，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升教學(xué)效果，提出了一種基于項(xiàng)目的教學(xué)改革方法。該方法通過項(xiàng)目平臺(tái)的搭建，將具體的教學(xué)案例融合到項(xiàng)目平臺(tái)中，以項(xiàng)目分解的方式指導(dǎo)學(xué)生，改進(jìn)了教學(xué)方法和考核方式，豐富了教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)結(jié)果表明，該教學(xué)方法有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度。

遙感影像；程序設(shè)計(jì)；項(xiàng)目教學(xué)；改革研究

遙感作為一門新興的學(xué)科，始于20世紀(jì)60年代，我國開展遙感理論與技術(shù)的研究相對(duì)較晚，始于20世紀(jì)70年代，最先應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)方面，以風(fēng)云系列遙感衛(wèi)星為代表，經(jīng)過幾十年的研究與努力，遙感事業(yè)蓬勃發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估、工程測(cè)繪與勘察、水利資源遙感調(diào)查與評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)、土地資源調(diào)查等領(lǐng)域。[1-4]國內(nèi)林業(yè)類、農(nóng)業(yè)類、測(cè)繪類、氣象類、土地管理類等專業(yè)相繼開設(shè)遙感課程，遙感影像作為遙感信息獲取的主要形式，通過對(duì)其進(jìn)行變換、分析等操作提取的信息，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。[5-8]由于遙感技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用如Erdas、ENVI、Ecognation、PCI等遙感影像處理軟件已不能滿足需求，因此，開設(shè)遙感影像程序設(shè)計(jì)方面的課程，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才很有必要。

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》涉及到遙感科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)，知識(shí)量大，生澀難懂，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力具有較高的要求。[9]教學(xué)過程中，出現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，接受速度慢、老師難以講授的問題，阻礙了教學(xué)進(jìn)度，針對(duì)這一問題，本文提出了一種基于項(xiàng)目教學(xué)的課程改革方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容的改革以及考核方式的改革，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到課程要求。

一、課程教學(xué)存在的問題

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》是一門涉及到圖形圖像學(xué)、遙感、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、地理學(xué)等的一門綜合性交叉學(xué)科。在實(shí)際的教學(xué)中，存在以下幾點(diǎn)問題。

1.教學(xué)材料匱乏，教材發(fā)展滯后

遙感作為一門新興科技，發(fā)展比較晚，其對(duì)應(yīng)的教學(xué)材料比較少，目前國內(nèi)《遙感影像程序設(shè)計(jì)》配套教材主要以數(shù)字圖像處理方面書籍為主，雖然在一定程度上具有參考價(jià)值，但遙感影像在大小、儲(chǔ)存形式以及波段數(shù)上都與普通的數(shù)字圖像有較大區(qū)別，其處理方式也存在不同，針對(duì)于遙感圖像處理方面的教學(xué)材料較少。就現(xiàn)有的教材內(nèi)容而言，缺少對(duì)最新遙感影像處理方面算法的介紹，學(xué)生所接觸的都是幾年前甚至十幾年前的算法；造成學(xué)生無法全面系統(tǒng)地通過教材掌握遙感影像處理的方法。

2.知識(shí)點(diǎn)龐雜，學(xué)生接受難度大，學(xué)習(xí)興趣低

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》課程是一門交叉課程，在數(shù)學(xué)方面，涉及到矩陣、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、卷積變換、小波變換、傅里葉變換等數(shù)學(xué)知識(shí)；在計(jì)算機(jī)方面，涉及到編程語言的學(xué)習(xí)、算法設(shè)計(jì)以及程序流程設(shè)計(jì)等內(nèi)容；在實(shí)際的操作過程中，學(xué)生往往不能對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用，不熟悉計(jì)算機(jī)程序的編寫，隨之經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)程序錯(cuò)誤而需要程序調(diào)試，對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來說，會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，使學(xué)生產(chǎn)生不良情緒，從而降低學(xué)習(xí)的積極性。

3.教學(xué)手段單一，學(xué)生注意力分散

在課堂教學(xué)過程中，老師通過備課，準(zhǔn)備教學(xué)資料，將知識(shí)以講授和展示的方式傳遞給學(xué)生，學(xué)生通過課堂的聽講和課下的復(fù)習(xí)達(dá)到吸收知識(shí)的目的。然而，這種教學(xué)方式使得課堂以老師為主，師生之間、生生之間互動(dòng)少，學(xué)生以一種被動(dòng)方式在學(xué)習(xí)，主要通過模仿老師進(jìn)行學(xué)習(xí)，課堂學(xué)習(xí)效果不佳；在課下，學(xué)生復(fù)習(xí)主要通過課堂筆記或老師提供的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行復(fù)習(xí)，造成學(xué)生過于依賴指導(dǎo)書的現(xiàn)象，嚴(yán)重抑制了學(xué)生主動(dòng)性、創(chuàng)造性的發(fā)揮。

二、教學(xué)改革內(nèi)容

在以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的時(shí)代背景下，更新教學(xué)內(nèi)容，改變教學(xué)方法成為新形勢(shì)下高校課程改革的重點(diǎn)內(nèi)容。傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，教學(xué)形式固定，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，學(xué)習(xí)效率低。針對(duì)這些問題，本文提出了一種基于項(xiàng)目的教學(xué)方法，該方法將《遙感影像程序設(shè)計(jì)》的理論知識(shí)與編程實(shí)踐過程有機(jī)地融入到項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)中，以項(xiàng)目為中心進(jìn)行課程內(nèi)容的組織，通過完成制作項(xiàng)目模塊來進(jìn)行學(xué)習(xí)。具體的改革內(nèi)容如下。

1.教學(xué)資源建設(shè)

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》教學(xué)資源匱乏，單純地依靠教材、填鴨式的教學(xué)，效果不佳。因此，需要進(jìn)行教學(xué)資源的建設(shè)。首先，編寫課程指導(dǎo)書，內(nèi)容涉及數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)，并且附有程序代碼，方便學(xué)生學(xué)習(xí)；錄制教學(xué)視頻，將課程中難點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行視頻錄制；建立課程交流群，將課程指導(dǎo)書、教學(xué)視頻等教學(xué)材料上傳，跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對(duì)共性和代表性的問題進(jìn)行指導(dǎo)答疑；對(duì)各個(gè)小組的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤，并定期公布進(jìn)展，形成對(duì)比，有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.項(xiàng)目體系的建立

課程知識(shí)量大，知識(shí)點(diǎn)繁多，涉及交叉學(xué)科，需要將學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程融入到遙感圖像處理軟件的建立中，并將項(xiàng)目進(jìn)行模塊分解，現(xiàn)將其分解為七個(gè)模塊，具體如下。

(1) 影像顯示與儲(chǔ)存模塊

影像的顯示與儲(chǔ)存模塊是建立其它模塊的基礎(chǔ)，需要借助外部函數(shù)庫CXimage在MFC上對(duì)影像進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。通過對(duì)該模塊的建立，能夠加深學(xué)生對(duì)遙感影像結(jié)構(gòu)的理解程度，并熟悉CXimage的使用，通過應(yīng)用指針、數(shù)組、循環(huán)等C++編程知識(shí)，對(duì)遙感影像顯示與儲(chǔ)存，達(dá)到鍛煉學(xué)生邏輯思維能力與動(dòng)手能力的目的。

(2) 影像預(yù)處理模塊

遙感影像預(yù)處理是遙感影像信息提取的前提，通過對(duì)遙感影像預(yù)處理的操作，能提高人和計(jì)算機(jī)對(duì)信息的識(shí)別能力。影像預(yù)處理包括波段組合、直方圖拉伸、平滑、銳化等操作，考察學(xué)生對(duì)遙感影像預(yù)處理理論知識(shí)的理解，并鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

(3) 影像融合模塊

遙感影像融合能將不同影像上的信息富集到一張影像上，通過全色影像與多光譜影像的融合，使結(jié)果影像不僅具有全色影像的高空間分辨率，而且具有多光譜影像的光譜特性。常用的影像融合算法有：HIS、Brovey、PCA、高通濾波法等。

(4) 影像變換模塊

本模塊中主要集成了傅里葉變換、K-L變換、櫻冒變換和小波變換等多種影像變換算法，能夠?qū)崿F(xiàn)信息提取，壓縮數(shù)據(jù)量，通過算法的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生直觀地感受影像變換的功能，有利于增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(5) 影像形態(tài)學(xué)分析模塊

形態(tài)學(xué)分析是一門新興的影像處理技術(shù)，主要有開閉運(yùn)算、膨脹與腐蝕、細(xì)化與加粗等，通過教師教授，學(xué)生理解，將該算法應(yīng)用于遙感影像處理。

(6) 影像邊緣檢測(cè)模塊

邊緣檢測(cè)是遙感影像處理中常用的功能，經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法較多，主要有一階算子Robort、Prewitt、Sobel、Kirsch以及二階的laplace算子，學(xué)生通過應(yīng)用不同算子進(jìn)行遙感影像處理，能夠使學(xué)生對(duì)邊緣檢測(cè)算法有較深刻的理解。

(7) 影像分割分類模塊

遙感影像的分割分類是遙感影像自動(dòng)解譯中比較重要的模塊，算法眾多，并且實(shí)現(xiàn)起來難度較大。常見的分割算法有基于圖論的、基于能量泛函數(shù)的、基于邊緣檢測(cè)的、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的以及基于分水嶺的等等。

圖1 項(xiàng)目分解模塊示意圖

3. 課堂教學(xué)

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》課程在課堂教學(xué)過程中，教師除按項(xiàng)目模塊進(jìn)行理論內(nèi)容講授外，需要借助多媒體設(shè)備進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的演示，使學(xué)生能夠看到程序設(shè)計(jì)的過程。除此之外，學(xué)生的課堂組織也是課堂教學(xué)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，為了加強(qiáng)學(xué)生之間的溝通，相互學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，將學(xué)生分為若干個(gè)小組，小組成員之間可以協(xié)同完成項(xiàng)目模塊的設(shè)計(jì)，并且定期進(jìn)行成果展示，通過小組間的對(duì)比尋找不足，達(dá)到相互激勵(lì)的效果。

4.考核模式

《遙感影像程序設(shè)計(jì)》程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生除了要學(xué)習(xí)相關(guān)的遙感圖像處理的理論知識(shí)外，還要進(jìn)行大量的程序編寫訓(xùn)練，傳統(tǒng)基于平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)的考核方式并不能完全真實(shí)地反映出學(xué)生的真實(shí)水平，基于此，將上機(jī)考試作為考核的主要形式，設(shè)計(jì)試題庫，學(xué)生隨機(jī)抽取試題庫中的試題，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以代碼的書寫規(guī)范性和程序功能的完整性來給出上機(jī)成績(jī)，綜合學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)(出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)等)得到本門課程的最終成績(jī)。針對(duì)于本門課程的成績(jī)?cè)u(píng)定方法能夠真實(shí)地反映出學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)與實(shí)際的程序?qū)崿F(xiàn)能力，是一種成績(jī)與能力相對(duì)等的評(píng)價(jià)方法。

結(jié)束語

本文通過對(duì)當(dāng)前《遙感影像程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)過程中存在的問題，從包括教學(xué)資源建設(shè)、項(xiàng)目體系構(gòu)建、課堂教學(xué)以及考核方式入手，進(jìn)行了改革。通過幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，此種教學(xué)方法能夠有效地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且切實(shí)地鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手編程能力，這表明，基于項(xiàng)目展開的遙感影像程序設(shè)計(jì)的教學(xué)方法是有效的。

[1]胡興樹,龔健雅,潘建平.當(dāng)代遙感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2003, 36(s1).

[2]孫玉英,曹瑞軍,金成德.遙感技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].林業(yè)科技情報(bào), 2006, 38(1).

[3]王峰, 吳云東.無人機(jī)遙感平臺(tái)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].遙感信息,2010(2).

[4]李博,陳華,楊健.遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中國資源綜合利用,2007,25(9).

[5]陳鋒銳,喬家君,閆衛(wèi)陽,等.“遙感數(shù)字圖像處理”教學(xué)改革初探[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2013(6).

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[7]楊保華,王菁,何小年.基于matlab的數(shù)字圖像處理實(shí)踐教學(xué)[J].課程教育研究,2016(22).

[8]呂勇,牛春暉,劉力雙.基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的《數(shù)字圖像處理》課教學(xué)改革研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版)，2013(26).

[9]郭建林.應(yīng)用型本科數(shù)字圖像處理教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào),2010(4).

Class No.:G642.0 Document Mark：A

(責(zé)任編輯：宋瑞斌)

Reform of Remote Sensing Image Program Design Based on the Project Teaching Method

Liu Lizhi1，Tang Chong1，Ma Yangyang1，Yang Yi2，Wang Haitao1

(1.Heilongjiang University of Technology, Jixi, Heilongjiang 158100, China；2.Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100830，China)

The remote sensing image programming is one of the core courses of photogrammetry and remote sensing. Because of the complexity of the course, students do not have much more interest in the course. In order to improve the teaching effect , this paper proposes a teaching method based on project. Through the construction of the project platform, the concrete teaching case can be blended in it. In this way, the teaching methods can be improved and the teaching content can be enriched. We also reform the examination way. The teaching result shows that this teaching method can improve the students' interest in learning effectively and the understanding of knowledge.

remote sensing image; program design; project; reform

劉立志，碩士，助教，黑龍江工業(yè)學(xué)院資源工程系。研究方向：遙感影像處理與教學(xué)。

測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào)：201412008)；黑龍江省“十三五”高等教育改革立項(xiàng)(編號(hào)：16G491)。

1672-6758(2017)05-0006-3

G642.0

A