殷學永，李京忠

（許昌學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學院，河南 許昌 461000）

1 “遙感數(shù)字圖像處理”課程概述

“遙感數(shù)字圖像處理”是地理信息科學專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，注重學生實踐能力的培養(yǎng)。該課程是隨著計算機技術(shù)發(fā)展起來的新興交叉學科，遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)的興起和發(fā)展，為人們進行土地資源開發(fā)、研究環(huán)境狀況、研究全球變化提供了新的認識途徑。許昌學院從2002年招生地理信息技術(shù)專科開始設(shè)置本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，很多學生已通過該課程的訓練進入了遙感圖像處理的行業(yè)。許昌學院升本以后，分別于2006年和2009年增設(shè)了地理信息系統(tǒng)（2013年改名為地理信息學科學）和測繪工程兩個專業(yè)，“遙感數(shù)字圖像處理”作為專業(yè)基礎(chǔ)課程在這兩個專業(yè)里開設(shè)。這門課程主要是使學習者了解遙感圖像處理的基本原理，獲得利用數(shù)字圖像進行數(shù)據(jù)分析、處理和應(yīng)用的基本技能。通過本課程的學習，學生應(yīng)了解和掌握遙感圖像校正處理、遙感圖像頻域變換、數(shù)字圖像增強、計算機分類以及精度分析的原理、方法和技術(shù)流程，了解和掌握當前遙感圖像處理軟件的基本功能，培養(yǎng)學生能夠在遙感圖像處理分析、圖像輻射校正和增強、信息提取等方面從事相關(guān)技術(shù)工作和研究的探索。

隨著應(yīng)用型辦學思路的確定，地理信息科學專業(yè)在該思路的指導下，逐步進行核心課程的改革，“遙感數(shù)字圖像處理”課程組老師也進行了積極的探索，在學校教務(wù)處的大力支持下，依托校級教研項目“遙感教學實習與精準農(nóng)業(yè)相結(jié)合的框架研究”和“基于項目驅(qū)動式的遙感圖像處理教學研究”取得了一些應(yīng)用型案例成果，并把相關(guān)研究成果應(yīng)用在課堂教學中，獲得了多屆學生的好評。隨著畢業(yè)生的增加，根據(jù)從事遙感圖像處理方面畢業(yè)生的反饋信息，以及與各個相關(guān)行業(yè)公司進行積極接洽，課題組從2016年開始推動實踐教學與產(chǎn)業(yè)項目相融合，打造理論與實踐一體化的教學模式，在傳統(tǒng)教學的基礎(chǔ)上，增加了單項技能訓練、綜合技能訓練和生產(chǎn)項目實訓等教學環(huán)節(jié)。為使學生能夠從事遙感圖像獲取、遙感圖像預處理、遙感信息提取等相關(guān)工作，圍繞遙感信息提取生產(chǎn)過程重構(gòu)了教學項目，根據(jù)教學項目開展課程教學。按照學院重技能、重實踐、拿證書的要求，課程組根據(jù)全國大學生GIS 應(yīng)用技能大賽、全國信息化工程師等考核要求，歸納總結(jié)了核心知識考點和關(guān)鍵技能，并在教學過程中展開針對性的專項訓練。

2 “遙感數(shù)字圖像處理”課程開發(fā)與設(shè)計思路

2.1 課程開發(fā)

課程開發(fā)的核心是重構(gòu)理論和實踐模塊，以項目為整體打造理論學習與實踐操作一體化的課程單元體系[1]。在此思想指導下，課題組成員聯(lián)合企業(yè)工程師進行多次研討，就課程內(nèi)容體系的知識深度和寬度與行業(yè)人才需求進行解析，將學生的理論知識學習與職業(yè)能力培養(yǎng)融為一體，打造教學任務(wù)目標[2]。遙感圖像處理的相關(guān)工作首先要根據(jù)項目需求選擇合適的數(shù)據(jù)源，并根據(jù)所選擇數(shù)據(jù)源確定數(shù)據(jù)處理的方法和信息提取技術(shù)，完成遙感信息的識別提取，并形成專題地圖制圖輸出，在專題圖上進行相關(guān)信息統(tǒng)計。

課程組成員在合作企業(yè)工程技術(shù)人員的協(xié)作下，將遙感圖像處理的工作過程總結(jié)為以下4 個環(huán)節(jié)：影像的準備→預處理→遙感信息識別→遙感信息提取。

1）影像的準備：結(jié)合項目需求選擇合適數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)確定處理方法以及所需工具，進行總體設(shè)計和制定遙感圖像處理過程，并形成指導文件，指導遙感圖像處理和信息提取的整個流程。

2）預處理：根據(jù)影像類別和成像條件，有選擇性地進行圖像拉伸、輻射校正和幾何校正，并根據(jù)圖像質(zhì)量選擇圖像變換或濾波處理來增強圖像信息，為遙感信息提取提供較好質(zhì)量的遙感影像。

3）遙感信息識別：利用圖像分割、圖像分類或面向?qū)ο蟮奶崛》椒▽Φ匚镄畔⑦M行遙感識別，為下一步遙感信息提取提供基礎(chǔ)圖斑。

4）遙感信息提?。焊鶕?jù)基礎(chǔ)圖斑和遙感影像覆蓋地區(qū)地物類型特征確定地物信息并形成統(tǒng)計數(shù)據(jù)，然后形成遙感信息專題圖。

2.2 課程設(shè)計理念

基于“工作過程”進行課程開發(fā)，培養(yǎng)學生實踐動手的能力，把理論知識與實踐技能融入工作過程，將學生培養(yǎng)成為一名合格的遙感圖像處理工程師[3]。核心設(shè)計理念主要在以下4 個方面。

1）以企業(yè)需求為標桿。遙感數(shù)字圖像處理課程針對遙感圖像處理工程師、遙感圖像算法工程師和遙感圖像處理開發(fā)工程師崗位。本課程的培養(yǎng)目標是根據(jù)企業(yè)招聘需求，在圖像校正、圖像增強、遙感信息識別與提取等理論和技能的培養(yǎng)上重構(gòu)教學內(nèi)容，組織教學任務(wù)，實施教學過程。

2）緊扣“工作過程”。依據(jù)企業(yè)崗位需求設(shè)置職業(yè)能力培養(yǎng)目標，以合作企業(yè)提供的工作項目或任務(wù)為基礎(chǔ)，設(shè)計教學項目；按照遙感影像的準備→預處理→遙感信息識別→遙感信息提取進行教學情境設(shè)計；遵循認識和學習規(guī)律，從簡單到復雜組織課程教學。

3）以項目任務(wù)為載體。依托合作企業(yè)遙感圖像處理和信息提取的生產(chǎn)任務(wù)設(shè)置項目任務(wù)，并重構(gòu)教學內(nèi)容，實施教學任務(wù)，組織教學活動[4]。

4）教師領(lǐng)航，學生為體。在實施教學任務(wù)和組織教學活動的過程中，教師作為領(lǐng)航員積極引導學生的學習和實踐，同時要突出學生作為學習實踐主體的重要性，引導和鼓勵他們積極主動地學習。

2.3 課程設(shè)計目標

本課程的總體設(shè)計思路是將傳統(tǒng)的以課本章節(jié)體系知識為主線構(gòu)建的學科型課程模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰橹骶€、以任務(wù)引領(lǐng)知識、以生產(chǎn)過程組織教學的應(yīng)用型課程模式。

本課程以學生為主體，以就業(yè)為導向，以能力為本位，以崗位需要和職業(yè)標準為依據(jù)，滿足學生職業(yè)生涯發(fā)展需求，適應(yīng)國土資源、城市規(guī)劃、房產(chǎn)、測繪、軍事等遙感數(shù)據(jù)獲取、遙感數(shù)據(jù)處理、遙感圖像增強、遙感信息識別與提取等崗位的需要。在邀請行業(yè)專家對遙感圖像處理行業(yè)所涵蓋的崗位群進行任務(wù)與職業(yè)能力分析的基礎(chǔ)上，以職業(yè)能力為依據(jù)設(shè)計整合課程內(nèi)容，基于生產(chǎn)過程按序展示教學內(nèi)容，邊學邊練，通過集中實訓方式強化教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生圖像獲取與處理、信息識別與提取的基本技能，達到遙感圖像處理各個崗位的技能要求。

基于工作流程進行課程開發(fā)，以提高學生綜合實踐能力為目標，以遙感影像處理為中心展開，將影像獲取與預處理流程、遙感圖像信息提取與分析流程貫穿于理論知識學習中[5]，培養(yǎng)能夠以認真負責的態(tài)度從事遙感圖像處理工作的一線工程技術(shù)人員。通過本課程的教學與實習，達到以下目標：一是能根據(jù)應(yīng)用確定合適的影像數(shù)據(jù)；二是能對影像進行校正；三是能對影像進行增強顯示；四是能利用分割和分類的方法提取遙感信息；五是能進行影像專題圖制作和輸出。該課程的目標制定從理論知識、實踐技能和專業(yè)態(tài)度3 個方面保障了寬基礎(chǔ)、高技能、厚人品的學生培養(yǎng)要求。

3 “遙感數(shù)字圖像處理”課程教學內(nèi)容設(shè)計

3.1 學習情境構(gòu)建

根據(jù)本課程的教學內(nèi)容，確定了3 個不同的學習情景：植被信息提取、水體信息提取和土地利用提取。遙感信息提取的目標不同，其所用數(shù)據(jù)源就不同，所涉及到的技術(shù)方法的難易程度也就不同。3 個情景所用數(shù)據(jù)量由少到多，技術(shù)難度逐漸增加；情景一植被信息提取所用數(shù)據(jù)為2 個波段，技術(shù)方法相對簡單些；情景二水體信息提取所用數(shù)據(jù)為4 個波段，技術(shù)方法在植被信息提取的基礎(chǔ)上又增加了一些難度；情景三梯度利用提取所用數(shù)據(jù)為7 個波段，技術(shù)方法覆蓋了遙感信息識別和提取的所有內(nèi)容，因此，3 個情景是逐漸遞進的關(guān)系。

利用合作企業(yè)單位提供的項目對3 個不同的情景展開教學，相關(guān)內(nèi)容如下所示：情景1 根據(jù)沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的合作項目“東北地區(qū)植被覆蓋信息遙感提取與分析”，基于MODIS 數(shù)據(jù)和Landsat數(shù)據(jù)提取東北地區(qū)植被覆蓋信息；情景2 根據(jù)蘇中中科天啟遙感科技公司的合作項目“太湖水域面積遙感監(jiān)測”，基于Landsat 數(shù)據(jù)提取太湖水體信息；情景3 根據(jù)中科宇圖科技公司河南分公司“鄭州市土地利用遙感解譯”，基于Landsat 數(shù)據(jù)提取鄭州市土地利用類型信息。

3.2 教學內(nèi)容重構(gòu)

根據(jù)工作過程，將原來的教學內(nèi)容進行重構(gòu)，知識的總量沒有發(fā)生改變，只是將知識分散到不同的教學情景中，見表1。

表1 教學內(nèi)容重構(gòu)

4 課程教學組織

課程教學組織活動緊緊圍繞遙感圖像處理的內(nèi)容進行，課程設(shè)計包括課前準備階段、遙感信息識別與提取階段和成果評價階段3 個部分[6]。課前準備環(huán)節(jié)是否充分決定了這次課程教學質(zhì)量的高低，只有充分的準備工作才能保障課程任務(wù)一體化訓練的順利完成。課程組老師根據(jù)班級學生的專業(yè)特點和前期支撐課程的學習情況，有針對性地設(shè)置理論學習計劃和實踐操作任務(wù)。

4.1 課前準備階段

課前準備階段要求教師在實習課程開始前做好相關(guān)準備工作，包含兩項內(nèi)容。

1）遙感信息提取任務(wù)設(shè)計。選取遙感信息提取任務(wù)時，要緊扣畢業(yè)要求，根據(jù)課程教材內(nèi)容，結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)需求，設(shè)計遙感信息提取任務(wù)。另外要根據(jù)工作區(qū)面積大小有針對性地選擇數(shù)據(jù)源，保證學生實踐課時量的同時還要考慮計算機對數(shù)據(jù)處理的承受能力，避免數(shù)據(jù)計算量超出計算機硬件或軟件的承受力而造成課題訓練效果差、學生等待時間長，達不到教學任務(wù)目標的結(jié)果。遙感信息提取任務(wù)設(shè)計的內(nèi)容包括確定信息目標和所在區(qū)域、布置遙感數(shù)據(jù)預處理和信息提取內(nèi)容、確定實習軟件和輔助工具等。

2）學習實踐任務(wù)分工。根據(jù)學生人數(shù)和工作量大小以及學習實踐任務(wù)的選擇情況，將學生按一定數(shù)量分成若干小組，為每個小組和小組的每個學生合理分配工作量。在分工過程中，要保持分工的合理性，并根據(jù)實際情況及時作出調(diào)整，保證每個學生都能得到鍛煉。課前準備階段內(nèi)容見圖1。

4.2 遙感信息識別與提取階段

遙感信息識別與提取任務(wù)布置完成后，由教師指導學生申請遙感影像數(shù)據(jù)和工作區(qū)輔助數(shù)據(jù)及背景信息，并結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)要求提出數(shù)據(jù)處理的規(guī)劃和質(zhì)量標準，然后由學生以小組為單位自主上機進行遙感信息的識別和提取。對于在實習過程中遇到的問題，教師應(yīng)引導學生查閱相關(guān)資料獨立解決，培養(yǎng)其自主學習能力。在遙感信息識別和提取階段，教師按照遙感數(shù)據(jù)獲取、輔助數(shù)據(jù)和信息收集、遙感影像預處理、信息識別和目標提取、檢查與評價、成果輸出的流程，逐步引導學生進行實踐操作。

圖1 課前準備階段內(nèi)容

1）數(shù)據(jù)準備階段。根據(jù)目標地物提取的要求，確定遙感數(shù)據(jù)；根據(jù)確定的遙感數(shù)據(jù)，申請下載或者購買遙感數(shù)據(jù)，并通過遙感數(shù)據(jù)的頭文件或元數(shù)據(jù)制定預處理和信息識別方法。在這個過程中讓學生通過申請下載數(shù)據(jù)有獲得感，進一步激發(fā)學生對遙感目標地物信息提取的興趣。由教師引領(lǐng)學生收集工作區(qū)域的道路、地形、區(qū)劃、人口分布、統(tǒng)計年鑒、社會調(diào)查等相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)和信息，進一步加深學生對影像的理解和認知，便于后期對目標地物的識別和提取。

2）遙感處理階段。學生根據(jù)影像質(zhì)量，通過輻射校正、幾何校正、圖像增強完成數(shù)據(jù)預處理，為遙感信息識別提供空間坐標準確、圖像顯示清晰、目標地物明顯的遙感影像。根據(jù)分工完成信息識別和目標提取的任務(wù)，這個階段由學生獨立完成，學生之間可以相互討論和幫助，教師可以對大家遇到的共性問題進行指導。

3）檢查階段。學生完成各自的信息識別與提取任務(wù)后，教師應(yīng)引導學生進行精度評價和質(zhì)量檢查。一般通過PDF 打印機或者軟件自帶輸出工具形成專題圖，主要內(nèi)容見圖2。

圖2 信息識別與提取主要內(nèi)容

4.3 成果評價階段

在遙感信息識別提取完成之后，由學生將工作流程、實踐成果以及學習實踐體會與心得通過PPT進行匯報，由教師主持，全班同學參加，合作企業(yè)工程師參與聽取匯報并進行分析評價。在分析評價環(huán)節(jié)，采取開放式討論，鼓勵學生踴躍發(fā)言，特別是成果中的優(yōu)點、缺點和不足以能夠提高和改進的方法進行討論，并在小組之間做出客觀公正的評價；參與工程師結(jié)合實際項目生產(chǎn)過程進行點評；最后由教師進行綜合分析和點評。課程結(jié)束后進行項目成績評定時，把學生工作結(jié)果、工作分工、討論發(fā)言的積極性都作為學生考核的主要依據(jù)。為了最大限度地實現(xiàn)公平性，調(diào)動學生的積極性，激發(fā)學生的學習信心，應(yīng)當建立一套完整、合理的實習成績評分規(guī)則。具體操作內(nèi)容見圖3。

圖3 成果評價具體操作內(nèi)容

5 結(jié)束語

通過合作企業(yè)技術(shù)工程師的參與，將課程理論和實踐操作融入到實訓項目中，形成項目驅(qū)動下的理論實踐一體化的教育培養(yǎng)模式，將學生的理論學習、實踐技能培養(yǎng)、生產(chǎn)項目實習融為一體，打通學生—教師—技術(shù)工程師之間的理論技術(shù)壁壘，發(fā)揮各自特長，達到教師、學生和企業(yè)3 方共贏的局面，有效縮短畢業(yè)生的入職時間，大大降低企業(yè)的用人成本，進一步提高了學校的專業(yè)知名度。