基于ENVI軟件的遙感課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

董建軍

摘要：遙感技術(shù)課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。本文以ENVI軟件為平臺(tái)，對(duì)生態(tài)學(xué)專業(yè)遙感課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材等方面進(jìn)行了探討研究，并提出積極優(yōu)化遙感實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）14-0260-02

遙感（Remote Sensing）應(yīng)用技術(shù)是在地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)以及某些社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)上發(fā)揮著越來越大的作用。遙感應(yīng)用技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，要求學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上勤思考、多動(dòng)手。本文利用ENVI軟件為平臺(tái)，對(duì)生態(tài)學(xué)專業(yè)遙感實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進(jìn)行了探討。

一、基于ENVI軟件的遙感軟件教學(xué)

ENVI（The Environment for Visualizing Images）軟件是美國ITT Visual Information Solutions公司的旗艦產(chǎn)品。ENVI軟件是由遙感領(lǐng)域的科學(xué)家采用IDL開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的、完整的遙感圖像處理軟件，它是快速、便捷、準(zhǔn)確地從地理空間數(shù)字圖像中提取信息的首屈一指的軟件解決方案，它提供先進(jìn)的、人性化的使用工具來方便用戶讀取、準(zhǔn)備、探測(cè)、分析和共享數(shù)字圖像中的信息。

本課程主要是使學(xué)生在掌握數(shù)字圖像處理原理的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)相關(guān)數(shù)字圖像處理軟件的應(yīng)用，從而進(jìn)一步鞏固在理論課學(xué)習(xí)中所掌握的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)字圖像進(jìn)行解決實(shí)際問題的能力，通過對(duì)ENVI軟件的操作訓(xùn)練，使學(xué)生更好地理解和把握相關(guān)知識(shí)。本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為四個(gè)部分，分別是ENVI軟件介紹、幾何校正、圖像增強(qiáng)、數(shù)字圖像分類等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師的演示實(shí)驗(yàn)和介紹為起點(diǎn)，這一步只能使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法有所了解，而使學(xué)生要掌握，必須要靠他們自己的實(shí)踐。所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，適當(dāng)介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、背景、原理和方法，主要采用1人1組，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，教師在學(xué)生有疑問時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生分析問題來完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)讓學(xué)生加強(qiáng)熟悉ENVI軟件，可自行閱讀幫助文檔進(jìn)行其他工具的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)課程考核方法避免了傳統(tǒng)期末考試形式古板的弊端，采用上機(jī)操作和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，成績包括平時(shí)上機(jī)考核和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績，綜合評(píng)定學(xué)生成績，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作占40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占60%。

二、基于ENVI軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系建立

1.教學(xué)內(nèi)容體系建立原則。根據(jù)教學(xué)與發(fā)展的理論提出首先以高難度進(jìn)行教學(xué)原則，結(jié)合當(dāng)前學(xué)生的智力情況，教學(xué)內(nèi)容必須改革更新使學(xué)生在高難度水平上進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)課程以前采用加拿大的圖像處理PCI軟件，主要考慮到2007年開始ESRI公司的全面合作，現(xiàn)采用了國際上流行的ENVI軟件，為遙感和地理信息系統(tǒng)的一體化集成提供了一個(gè)典型的解決方案。遙感是空間數(shù)據(jù)采集和分類的有效工具，地理信息系統(tǒng)是管理和分析空間數(shù)據(jù)的有效工具。兩者是空間信息的主要組成部分，有著天然的聯(lián)系。為了適應(yīng)這種新的用戶需求和未來的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，更好地為用戶提供服務(wù)，ESRI公司與美國ITT VIS公司建立了全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同開發(fā)和建設(shè)遙感與地理信息系統(tǒng)一體化平臺(tái)。其二以高速度進(jìn)行教學(xué)原則，教師不能講得過多過細(xì)，認(rèn)為不要過分強(qiáng)調(diào)“掌握”和技能，有些不需要練得達(dá)到純熟程度，有些也不需要有意識(shí)地記憶，通過學(xué)生無意識(shí)記憶，主張以知識(shí)的廣度達(dá)到知識(shí)的深度。特別熟悉遙感軟件，學(xué)生一定閱讀相關(guān)說明材料擴(kuò)充學(xué)習(xí)知識(shí)，逐步、日積月累地達(dá)到知識(shí)深度。

2.教學(xué)內(nèi)容體系構(gòu)建。結(jié)合生態(tài)學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)模式，許多內(nèi)容如數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)預(yù)處理等須通過具體應(yīng)用在本學(xué)科相關(guān)一些問題，才能夠真正掌握和理解。本實(shí)驗(yàn)課程以呼和浩特為例，設(shè)計(jì)了教學(xué)內(nèi)容體系。具體步驟有：第一，了解ENVI軟件及其軟件體系結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)ENVI軟件文件系統(tǒng)和數(shù)字圖像的讀入與保存；其二，掌握使用ENVI進(jìn)行幾何校正，首先了解選取控制點(diǎn)的原則，然后進(jìn)行選擇控制點(diǎn)，利用ENVI軟件提供的幾何精校正功能進(jìn)行圖像校正；其三，幾種圖像增強(qiáng)方法，了解ENVI軟件的彩色合成、直方圖增強(qiáng)（反差處理）、空間濾波（平滑、銳化）、波段比值（介紹NDVI的運(yùn)算）、主成分分析（PCA）、K﹞T變換（穗冒變換）等；最后，進(jìn)行數(shù)字圖像分類，主要學(xué)習(xí)ENVI軟件的非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類方法，掌握數(shù)字圖像分類技術(shù)。這樣教學(xué)使學(xué)生理解學(xué)習(xí)過程，具體說讓學(xué)生留心怎樣進(jìn)行學(xué)習(xí)，怎樣按一定的步驟去解決問題，使學(xué)生形成適合于自身特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法。

從多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，總結(jié)出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)見下表：

三、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探討

1.優(yōu)化遙感實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容是指國家依據(jù)基礎(chǔ)教育培養(yǎng)目標(biāo)和課程目標(biāo)所規(guī)定的，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，它體現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)發(fā)展的最基本、最重要載體。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程存在的問題主要有：首先，將培養(yǎng)遙感專門人才作為課程內(nèi)容選擇依據(jù)，不論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上學(xué)術(shù)化傾向都較為明顯，因此不能過分側(cè)重學(xué)科訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，而且未必有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；其次，過分孤立地強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作技能，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容一般在教學(xué)大綱中，單獨(dú)列出教學(xué)中需要學(xué)生學(xué)習(xí)的遙感軟件實(shí)驗(yàn)基本操作，但重視基本操作并不等于過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能的熟練化，進(jìn)行專門的、刻板的技能訓(xùn)練。這些做法既枯燥，效益又不高，是需要改變的。因此實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的選擇應(yīng)有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的全面發(fā)展，也就是加強(qiáng)遙感實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，同時(shí)提倡將知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練與具體的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)結(jié)合起來，盡量貼近生活、貼近社會(huì)。

2.根據(jù)遙感教學(xué)內(nèi)容采用多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式進(jìn)行教學(xué)。在課堂改革的實(shí)踐中我們將“遙感實(shí)驗(yàn)演示啟發(fā)引導(dǎo)形式”、“學(xué)生上機(jī)為主，演示為輔，師生結(jié)合形式”、“實(shí)驗(yàn)操作解答問題形式”等有機(jī)地結(jié)合起來，使實(shí)驗(yàn)成為課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的主干，保證教學(xué)活動(dòng)中的學(xué)生主體、教師主導(dǎo)相互作用的充分發(fā)揮。同時(shí)教師要在教學(xué)中給學(xué)生創(chuàng)造發(fā)問機(jī)會(huì)，依據(jù)“精講活練”的原則，對(duì)學(xué)生提問，要堅(jiān)持有問必答，盡可能使答案符合學(xué)生理解的水平。這樣可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且可以達(dá)到教與學(xué)在質(zhì)的方面提高。

3.遙感實(shí)驗(yàn)編寫單獨(dú)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書非常有必要。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)課程的具體化，是對(duì)實(shí)驗(yàn)課程理念和對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的落實(shí)，伴隨著獨(dú)立形態(tài)的實(shí)驗(yàn)課程的產(chǎn)生，出現(xiàn)相應(yīng)的遙感實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書非常有必要，將實(shí)驗(yàn)單獨(dú)作為一門實(shí)驗(yàn)課程，編寫單獨(dú)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書很重要。對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書從內(nèi)容結(jié)構(gòu)到呈現(xiàn)方式進(jìn)行分析，以準(zhǔn)確把握“遙感實(shí)驗(yàn)”的學(xué)與教。但當(dāng)前國內(nèi)還沒有見到普適性較高的遙感上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并且各個(gè)高校使用的實(shí)驗(yàn)教材多為自己設(shè)計(jì)、自己編寫的。筆者針對(duì)遙感實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容中的問題，結(jié)合課程特點(diǎn)自己編寫遙感實(shí)驗(yàn)講義及指導(dǎo)書，設(shè)計(jì)了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以加深學(xué)生對(duì)遙感知識(shí)的理解及應(yīng)用。

四、結(jié)束語

遙感應(yīng)用技術(shù)是現(xiàn)代地理學(xué)的重要研究手段之一。它能迅速有效地提供地表自然過程和現(xiàn)象的宏觀信息，有助于揭示其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。遙感技術(shù)課程是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程。在學(xué)習(xí)掌握遙感理論知識(shí)的同時(shí)，必須強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，才能達(dá)到系統(tǒng)理解遙感理論知識(shí)，同時(shí)理解遙感實(shí)驗(yàn)在遙感中的重要性的目的。本課程采用ENVI軟件，其目的是培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的動(dòng)手能力，使其掌握不同的專業(yè)圖像處理系統(tǒng)，有助于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的靈活運(yùn)用，為今后從事相關(guān)工作打下良好的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)積極改革新思想，積極優(yōu)化遙感實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，根據(jù)遙感教學(xué)內(nèi)容采用多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式進(jìn)行教學(xué)，編寫單獨(dú)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等問題非常關(guān)鍵。

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