遙感圖像處理程序設(shè)計課程教學(xué)改革探討

石 雪

桂林理工大學(xué)測繪地理信息學(xué)院 廣西桂林 541000

遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是2011年新增的測繪類本科新專業(yè)，培養(yǎng)掌握遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)理論和基本技能的人才，更注重培養(yǎng)能夠從事遙感科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的研究、開發(fā)和設(shè)計等方面的人才，以滿足國家對復(fù)合應(yīng)用型人才需求，在現(xiàn)代國防和國民經(jīng)濟建設(shè)中有著廣泛應(yīng)用[1-2]。遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生能夠在資源調(diào)查、工程測量、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，從事遙感數(shù)據(jù)采集、圖像處理和分析等工作。

遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要課程包括數(shù)字圖像處理、遙感原理與應(yīng)用、微波遙感、高光譜遙感、無人機遙感、遙感圖像解譯等，除了上述專業(yè)理論課程以外，掌握計算機操作和程序設(shè)計以及開發(fā)是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要技能之一，對充分掌握基礎(chǔ)理論、解決遙感實際問題具有重要意義，也是實現(xiàn)專業(yè)目標(biāo)和要求的重要支撐。而遙感圖像處理是遙感專業(yè)必修的核心課程，提供了處理遙感數(shù)字圖像的理論方法，因此遙感數(shù)字圖像處理課程對遙感專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)和實踐應(yīng)用具有重要的作用[3-4]。遙感圖像處理程序設(shè)計課程是通過程序設(shè)計方式實現(xiàn)遙感圖像處理的理論和方法，使學(xué)生更加深入理解和掌握專業(yè)理論，同時使學(xué)生理解程序設(shè)計的基本概念，掌握程序設(shè)計語言的基本語法，樹立程序設(shè)計的基本思想，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機處理問題、解決問題的思維方式，以解決圖像處理相關(guān)實際問題[5-6]。因此，熟練掌握遙感圖像處理程序設(shè)計對遙感專業(yè)學(xué)生非常重要。目前，對計算機專業(yè)的程序設(shè)計課程改革探討比較多，但針對遙感圖像處理程序設(shè)計課程改革方面的論文較少。因此，本文對遙感圖像處理程序設(shè)計課程的教學(xué)改革進行了探討。

1 課程現(xiàn)狀

遙感圖像處理程序設(shè)計課程是大部分學(xué)生接觸到的第一門計算機語言課程，為了培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握程序設(shè)計語言基本知識和基本思想，以實現(xiàn)遙感圖像處理，使學(xué)生具備良好的邏輯思維和創(chuàng)新能力。在實際的遙感圖像處理程序設(shè)計教學(xué)過程中，存在以下情況。

1.1 缺乏通用的課程教材

目前，國內(nèi)出版了不同的程序設(shè)計參考教材，如C++、Java和Python等，但缺乏遙感圖像處理程序設(shè)計課程的參考教材。大多數(shù)程序設(shè)計教材通常側(cè)重于對程序設(shè)計語言基本語法和控制語句的介紹，而缺少針對遙感圖像處理方法和實際應(yīng)用等內(nèi)容的介紹，這就導(dǎo)致教材的內(nèi)容與課程內(nèi)容不符合，課程重點是在程序設(shè)計基礎(chǔ)上實現(xiàn)遙感圖像處理，而不僅僅是程序設(shè)計語言的學(xué)習(xí)。另外，教材內(nèi)容陳舊、缺乏深度，缺少對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，影響了學(xué)生對程序設(shè)計的興趣，進而影響了對教學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用。

1.2 學(xué)生的程序設(shè)計基礎(chǔ)薄弱

大部分學(xué)生在中學(xué)階段未接觸過程序設(shè)計語言，因此對程序設(shè)計相關(guān)知識的掌握基本為零。在大學(xué)期間，第一門程序設(shè)計類課程主要是C語言或C++語言，這類基礎(chǔ)課程主要圍繞語言基礎(chǔ)知識開展，學(xué)生需要在記憶基礎(chǔ)上進行理解和運用[7-8]。但部分高校還未開設(shè)該類程序設(shè)計基礎(chǔ)課程，這就導(dǎo)致學(xué)生在零基礎(chǔ)的情況下學(xué)習(xí)遙感圖像處理程序設(shè)計課程，使學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，對程序設(shè)計語言掌握不夠熟練，對后續(xù)圖像處理程序設(shè)計知識的學(xué)習(xí)造成障礙。

1.3 自主學(xué)習(xí)和綜合運用能力較弱

在教學(xué)過程中，由于教學(xué)形式簡單，教師講什么學(xué)生就學(xué)什么，學(xué)生總是依賴于教師的講授，一直被動地接收教師講授的知識，缺乏自主學(xué)習(xí)的能力。在當(dāng)今現(xiàn)代化教育模式中，應(yīng)該明確教師的引導(dǎo)和輔導(dǎo)作用，并樹立學(xué)生是學(xué)習(xí)主體的思想，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。另外，學(xué)生存在上課聽得懂用得好，但下課就不會用的問題。對于相同類型的題目，學(xué)生難以解決變換考核角度或知識點融合后的問題，不能將知識靈活運用于同類問題，且邏輯分析能力比較薄弱，缺乏程序設(shè)計開發(fā)的應(yīng)用能力。

1.4 考核體系缺乏科學(xué)性

大部分程序設(shè)計課程僅以“期末考試+平時表現(xiàn)”方式進行考核，這種考核方式更偏重于對基礎(chǔ)理論掌握程度的考察，而無法實現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程中學(xué)生實際動手能力、計算思維能力、創(chuàng)新能力的考察[5]。而遙感圖像處理程序設(shè)計課程的考核方式通常采用“期末考試成績+平時成績+實驗報告成績”，總分為100分，其中期末考試成績占總分60%，平時成績占總分20%，實驗報告成績占總分20%。平時成績一般由出勤率、課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)構(gòu)成，而課堂表現(xiàn)的評價通常比較主觀，沒有統(tǒng)一的評分準(zhǔn)則或量化標(biāo)準(zhǔn)，并且課堂提問受到時間限制，導(dǎo)致教師無法提問到所有學(xué)生，進而不能掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時無法實時掌握教學(xué)效果。實驗報告成績往往根據(jù)報告格式規(guī)范性、報告內(nèi)容完整性、實驗結(jié)果正確性等進行評分，報告內(nèi)容通過實驗手冊即可獲取，因此評分依據(jù)變?yōu)閳蟾娓袷绞欠褚?guī)范和實驗結(jié)果是否正確，另外缺少對實驗過程的監(jiān)控和對實驗效果的反饋。

1.5 教學(xué)內(nèi)容落后于遙感技術(shù)的發(fā)展

隨著遙感傳感器和遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展，許多經(jīng)典的圖像處理方法已經(jīng)難以滿足新興遙感數(shù)據(jù)處理的精度要求，如傳統(tǒng)的最小距離、最大似然和K均值等分類方法已難以實現(xiàn)精確的高分辨率或高光譜遙感圖像分類。而在當(dāng)前的程序設(shè)計課程中未考慮這些新興的遙感圖像處理技術(shù)和方法，如深度學(xué)習(xí)分類等。一方面是由于所用的程序設(shè)計語言不能滿足這些新技術(shù)和方法的實現(xiàn)，另一方面是因為部分技術(shù)和方法未形成相應(yīng)的體系，難以進行系統(tǒng)的教學(xué)。除此之外，遙感數(shù)據(jù)缺乏也限制了遙感圖像處理程序設(shè)計課程的組織。目前，國內(nèi)外成功發(fā)射升空較多遙感衛(wèi)星，遙感圖像和數(shù)據(jù)非常豐富，但在遙感圖像處理程序設(shè)計實驗課程中對國內(nèi)遙感數(shù)據(jù)使用比較少，主要原因是當(dāng)前程序設(shè)計語言中缺少針對新遙感數(shù)據(jù)處理的代碼示例，如我國發(fā)射的高分系列衛(wèi)星。

2 課程改革探討

針對目前遙感圖像處理程序設(shè)計課程的實際教學(xué)情況，從教材建設(shè)、教學(xué)組織、課程考核評價等方面進行探討和改革。

2.1 強化程序設(shè)計課程的重要作用

在學(xué)生大一或大二期間開設(shè)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程，讓學(xué)生對程序設(shè)計課程有一定了解，知道程序設(shè)計課程的重要性，為遙感圖像處理程序設(shè)計的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在“遙感原理和應(yīng)用”和“數(shù)字圖像處理”等課程中，教師講授遙感基礎(chǔ)理論知識的同時，應(yīng)強調(diào)程序設(shè)計課程對遙感技術(shù)應(yīng)用的重要性，增強學(xué)生對程序設(shè)計的興趣。教師要引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生知道掌握程序設(shè)計語言給自身帶來的優(yōu)勢，如工作中對復(fù)合應(yīng)用型人才的需求、學(xué)業(yè)深造中掌握程序設(shè)計對科學(xué)研究的幫助；教師要引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生知道掌握程序設(shè)計語言對圖像處理應(yīng)用方面的作用，如方便解決遙感圖像批處理問題和遙感圖像處理中流程類問題，進而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。另外，以解決遙感專業(yè)實際問題為驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生對程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，讓學(xué)生知道程序設(shè)計課程教授的是一種編程思維，重點是利用這種邏輯思維解決遙感專業(yè)中的實際問題。

2.2 優(yōu)化教材和教學(xué)模式

遙感圖像處理程序設(shè)計所選用的語言通常為IDL、Python或Matlab等，而與之相關(guān)的參考教材重點在于對程序設(shè)計語言基礎(chǔ)語法和控制語句的講述，而未針對圖像處理相關(guān)應(yīng)用進行講述和實現(xiàn)[9-11]。在編寫遙感圖像處理程序設(shè)計教材時應(yīng)對照課程大綱和人才培養(yǎng)方案的要求，修訂符合國家對復(fù)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，同時與“數(shù)字圖像處理”課程建立相關(guān)的課程聯(lián)系，在教材中增加遙感圖像處理課程中方法的相關(guān)代碼示例和對應(yīng)的遙感數(shù)據(jù)。另外，可將課程中的重點和難點的講解和代碼示例錄制成視頻，豐富教學(xué)手段，以便于學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，不但使學(xué)生記住示例代碼，還可以活學(xué)活用解決實際問題。

2.3 完善教學(xué)活動

遙感圖像處理程序設(shè)計課程開設(shè)在大三學(xué)期，考慮到學(xué)生在大一和大二未接觸過程序設(shè)計相關(guān)課程，在課程開始階段向?qū)W生介紹程序設(shè)計與社會發(fā)展需求之間的關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識到掌握一種程序設(shè)計語言的重要性。在課程中期，考慮到學(xué)生掌握的程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識比較薄弱，依據(jù)遙感圖像處理應(yīng)用內(nèi)容講授相關(guān)的基本語法和控制語句，以引起學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)興趣。在課程后期，依據(jù)遙感圖像處理實際問題，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，并在教學(xué)過程中實施應(yīng)用。在教學(xué)過程中，要以學(xué)生為中心，教師起到引導(dǎo)作用，和諧的師生關(guān)系有利于程序設(shè)計課程教學(xué)的順利開展，同時更有利于學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀。在教學(xué)中可組織學(xué)生分組進行實驗，取長補短，互相學(xué)習(xí)，同學(xué)之間的合作有利于提高自己的編程水平和開拓自己的邏輯思維能力?？紤]到學(xué)生之間編程能力的不同，應(yīng)多關(guān)注編程能力比較差的學(xué)生，多加鼓勵和引導(dǎo)，提高學(xué)生的自信心。

2.4 優(yōu)化考核體系和評分標(biāo)準(zhǔn)

遙感圖像處理程序設(shè)計課程的考核方式采用“期末考試成績+平時成績”，總分為100分，為了提高學(xué)生解決實際問題的能力，將平時成績設(shè)置為總分的50%，而期末考試成績占總分50%?？紤]到平時成績的主觀評價不夠科學(xué)性，可以利用課后練習(xí)或章節(jié)測試等方式，評價學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，更加科學(xué)和合理地量化平時成績，避免出現(xiàn)成績不公平等現(xiàn)象。將平時成績設(shè)置為由考勤、模擬測試、實驗報告三部分構(gòu)成，其中考勤占平時成績的20%，模擬測試成績占平時成績的30%，實驗報告占平時成績的50%，以此凸顯實驗中編程操作的重要性，進而科學(xué)設(shè)置考核體系和評分標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 課程思政融入程序設(shè)計

為滿足工程教育認(rèn)證對德才兼?zhèn)淙瞬诺呐囵B(yǎng)要求，挖掘大量思政元素，并以驅(qū)動案例的方式科學(xué)、合理地融入遙感圖像處理程序設(shè)計課程中[12-13]。例如，在講授IDL基本語法時，通過學(xué)習(xí)代碼編寫的基本要求和格式規(guī)范，使學(xué)生了解到IDL語言規(guī)范的重要性，只有符合基本規(guī)范和要求，編寫的代碼才能夠正常運行，進而引申到整個社會和國家，只有每個人都遵守國家的法律和紀(jì)律，才能維持社會的秩序，在社會和國家穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才能快速發(fā)展；在講授控制語句中的for循環(huán)時，讓學(xué)生體會在循環(huán)迭代過程中，變量數(shù)值的不斷增加或參數(shù)的不斷優(yōu)化，進而引申出從量變到質(zhì)變的不斷積累過程，只有不斷努力磨礪自己才能成功，沒有一蹴而就的成功，只有付出努力才能獲得豐厚的收獲。

結(jié)語

遙感圖像處理程序設(shè)計課程是大部分高校學(xué)生接觸的第一門程序設(shè)計語言課程，通過掌握本門課程可提高學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，滿足國家對復(fù)合應(yīng)用型人才的需求。本文圍繞遙感圖像處理程序設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行了探討，重點分析了遙感圖像處理程序設(shè)計課程中存在的問題，針對本門課程的教材建設(shè)、教學(xué)組織、課程考核評價提出了改革方向，以提高遙感圖像處理程序設(shè)計的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的思維能力和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生對程序設(shè)計語言學(xué)習(xí)的主動性，更好地滿足遙感專業(yè)復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需要。