遙感圖像處理程序設計課程教學改革探討

石 雪

桂林理工大學測繪地理信息學院 廣西桂林 541000

遙感科學與技術專業是2011年新增的測繪類本科新專業，培養掌握遙感科學與技術專業基礎理論和基本技能的人才，更注重培養能夠從事遙感科學與技術及相關領域的研究、開發和設計等方面的人才，以滿足國家對復合應用型人才需求，在現代國防和國民經濟建設中有著廣泛應用[1-2]。遙感科學與技術專業畢業生能夠在資源調查、工程測量、環境監測、農業和林業生產等領域，從事遙感數據采集、圖像處理和分析等工作。

遙感科學與技術專業主要課程包括數字圖像處理、遙感原理與應用、微波遙感、高光譜遙感、無人機遙感、遙感圖像解譯等，除了上述專業理論課程以外，掌握計算機操作和程序設計以及開發是遙感科學與技術專業的重要技能之一，對充分掌握基礎理論、解決遙感實際問題具有重要意義，也是實現專業目標和要求的重要支撐。而遙感圖像處理是遙感專業必修的核心課程，提供了處理遙感數字圖像的理論方法，因此遙感數字圖像處理課程對遙感專業學生的培養和實踐應用具有重要的作用[3-4]。遙感圖像處理程序設計課程是通過程序設計方式實現遙感圖像處理的理論和方法，使學生更加深入理解和掌握專業理論，同時使學生理解程序設計的基本概念，掌握程序設計語言的基本語法，樹立程序設計的基本思想，培養學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實際問題[5-6]。因此，熟練掌握遙感圖像處理程序設計對遙感專業學生非常重要。目前，對計算機專業的程序設計課程改革探討比較多，但針對遙感圖像處理程序設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計課程的教學改革進行了探討。

1 課程現狀

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

1.1 缺乏通用的課程教材

目前，國內出版了不同的程序設計參考教材，如C++、Java和Python等，但缺乏遙感圖像處理程序設計課程的參考教材。大多數程序設計教材通常側重于對程序設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用等內容的介紹，這就導致教材的內容與課程內容不符合，課程重點是在程序設計基礎上實現遙感圖像處理，而不僅僅是程序設計語言的學習。另外，教材內容陳舊、缺乏深度，缺少對學生自主學習能力和創新能力的培養，影響了學生對程序設計的興趣，進而影響了對教學內容的理解和應用。

1.2 學生的程序設計基礎薄弱

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

1.3 自主學習和綜合運用能力較弱

在教學過程中，由于教學形式簡單，教師講什么學生就學什么，學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，缺乏自主學習的能力。在當今現代化教育模式中，應該明確教師的引導和輔導作用，并樹立學生是學習主體的思想，培養學生自主學習能力和創新能力。另外，學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，缺乏程序設計開發的應用能力。

1.4 考核體系缺乏科學性

大部分程序設計課程僅以“期末考試+平時表現”方式進行考核，這種考核方式更偏重于對基礎理論掌握程度的考察，而無法實現對學習過程中學生實際動手能力、計算思維能力、創新能力的考察[5]。而遙感圖像處理程序設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、課堂表現和課后作業構成，而課堂表現的評價通常比較主觀，沒有統一的評分準則或量化標準，并且課堂提問受到時間限制，導致教師無法提問到所有學生，進而不能掌握每位學生的學習狀態，同時無法實時掌握教學效果。實驗報告成績往往根據報告格式規范性、報告內容完整性、實驗結果正確性等進行評分，報告內容通過實驗手冊即可獲取，因此評分依據變為報告格式是否規范和實驗結果是否正確，另外缺少對實驗過程的監控和對實驗效果的反饋。

1.5 教學內容落后于遙感技術的發展

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

2 課程改革探討

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

2.1 強化程序設計課程的重要作用

在學生大一或大二期間開設程序設計基礎課程，讓學生對程序設計課程有一定了解，知道程序設計課程的重要性，為遙感圖像處理程序設計的學習打下基礎。在“遙感原理和應用”和“數字圖像處理”等課程中，教師講授遙感基礎理論知識的同時，應強調程序設計課程對遙感技術應用的重要性，增強學生對程序設計的興趣。教師要引導學生，讓學生知道掌握程序設計語言給自身帶來的優勢，如工作中對復合應用型人才的需求、學業深造中掌握程序設計對科學研究的幫助；教師要引導學生，讓學生知道掌握程序設計語言對圖像處理應用方面的作用，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，進而培養學生的邏輯思維能力和創新能力。另外，以解決遙感專業實際問題為驅動，引導學生對程序設計課程學習產生興趣，讓學生知道程序設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中的實際問題。

2.2 優化教材和教學模式

遙感圖像處理程序設計所選用的語言通常為IDL、Python或Matlab等，而與之相關的參考教材重點在于對程序設計語言基礎語法和控制語句的講述，而未針對圖像處理相關應用進行講述和實現[9-11]。在編寫遙感圖像處理程序設計教材時應對照課程大綱和人才培養方案的要求，修訂符合國家對復合應用型人才培養的要求，同時與“數字圖像處理”課程建立相關的課程聯系，在教材中增加遙感圖像處理課程中方法的相關代碼示例和對應的遙感數據。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，豐富教學手段，以便于學生對相關內容的學習和復習，不但使學生記住示例代碼，還可以活學活用解決實際問題。

2.3 完善教學活動

遙感圖像處理程序設計課程開設在大三學期，考慮到學生在大一和大二未接觸過程序設計相關課程，在課程開始階段向學生介紹程序設計與社會發展需求之間的關系，使學生認識到掌握一種程序設計語言的重要性。在課程中期，考慮到學生掌握的程序設計語言基礎知識比較薄弱，依據遙感圖像處理應用內容講授相關的基本語法和控制語句，以引起學生的思考和學習興趣。在課程后期，依據遙感圖像處理實際問題，設計教學內容，并在教學過程中實施應用。在教學過程中，要以學生為中心，教師起到引導作用，和諧的師生關系有利于程序設計課程教學的順利開展，同時更有利于學生樹立正確的人生觀、價值觀。在教學中可組織學生分組進行實驗，取長補短，互相學習，同學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。考慮到學生之間編程能力的不同，應多關注編程能力比較差的學生，多加鼓勵和引導，提高學生的自信心。

2.4 優化考核體系和評分標準

遙感圖像處理程序設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，為了提高學生解決實際問題的能力，將平時成績設置為總分的50%，而期末考試成績占總分50%。考慮到平時成績的主觀評價不夠科學性，可以利用課后練習或章節測試等方式，評價學生的課堂學習效果，更加科學和合理地量化平時成績，避免出現成績不公平等現象。將平時成績設置為由考勤、模擬測試、實驗報告三部分構成，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，進而科學設置考核體系和評分標準。

2.5 課程思政融入程序設計

為滿足工程教育認證對德才兼備人才的培養要求，挖掘大量思政元素，并以驅動案例的方式科學、合理地融入遙感圖像處理程序設計課程中[12-13]。例如，在講授IDL基本語法時，通過學習代碼編寫的基本要求和格式規范，使學生了解到IDL語言規范的重要性，只有符合基本規范和要求，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律，才能維持社會的秩序，在社會和國家穩定的基礎上才能快速發展；在講授控制語句中的for循環時，讓學生體會在循環迭代過程中，變量數值的不斷增加或參數的不斷優化，進而引申出從量變到質變的不斷積累過程，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。

結語

遙感圖像處理程序設計課程是大部分高校學生接觸的第一門程序設計語言課程，通過掌握本門課程可提高學生的邏輯思維能力和創新設計能力，滿足國家對復合應用型人才的需求。本文圍繞遙感圖像處理程序設計課程的教學內容和教學方法進行了探討，重點分析了遙感圖像處理程序設計課程中存在的問題，針對本門課程的教材建設、教學組織、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計的教學效果，培養學生解決實際問題的思維能力和創新能力，提升學生對程序設計語言學習的主動性，更好地滿足遙感專業復合應用型人才的培養需要。