《遙感數字圖像處理》課程實踐教學改革與探索

徐永明，祝善友

（1. 南京信息工程大學遙感與測繪工程學院，江蘇 南京 210044）

近年來，以大數據、云計算、人工智能等為代表的信息技術促進了遙感技術的飛速發展。另外，國家近些年來在高校本科教育方面也非常重視，通過工程教育認證、國家一流課程建設等一系列舉措積極推動教學改革與課程建設。新時代下，遙感專業課程尤其是實踐課程的改革與建設面臨新的機遇與挑戰。如何根據高等教育教學改革和遙感技術發展對《遙感數字圖像處理》課程實踐教學進行改革，值得關注和探索。本文針對《遙感數字圖像處理》實踐教學中存在的問題，在課程教學模式、教學方法、教學內容和考核方式等方面提出了改革建議，希望可以為該課程的實踐教學改革提供參考，并為遙感專業其他課程實踐教學提供借鑒[1-7]。

1 遙感數字圖像處理課程概況

遙感數字圖像處理課程是遙感科學與技術專業的學科基礎課程，也是測繪工程、地理信息科學、自然地理與資源環境和地理空間信息工程等專業的必修課程。與其他遙感專業課程相比，《遙感數字圖像處理》的特色在于技術性和應用性很強，非常重視實踐能力[8]。以筆者所在的南京信息工程大學遙感科學與技術專業《遙感數字圖像處理》課程為例，該課程的教學目標是使學生全面了解數字圖像處理的基本概念，掌握其處理方法及應用，培養和增強學生創新意識和創新思維，提高實際動手能力和創新能力，為學生進一步學習其他遙感課程奠定基礎。

2 遙感數字圖像處理實踐教學中存在的問題

目前《遙感數字圖像處理》課程實踐教學主要存在以下問題：

1）實踐教學思政融合不足。為了加強大學生的思想政治教育，非思政類專業課程也要深入挖掘思想政治教育資源，充分發揮課堂教學在育人中的主渠道作用。但是在課程實踐教學過程中，思政教育元素融入得還不夠，不能很好地發揮實踐教學在價值引領方面的作用。

2）實踐教學內容滯后。目前的遙感數字圖像處理課程實踐內容比較傳統，沒有根據遙感技術的發展及時補充遙感圖像處理領域前沿技術，如新的衛星遙感數據、大數據、云計算以及人工智能等內容。

3）實踐教學模式保守。遙感數字圖像處理實踐教學過程中大多采用教師演示、學生跟著做的傳統模式，學生僅僅作為被動的接受者，機械重復教師的操作。這樣的教學模式不利于培養學生獨立思考并解決遙感復雜工程問題的能力。

4）實踐考核方式單調。實踐考核主要依據學生實習出勤情況和學生提交的實習報告打分，評分缺乏有效的區分度，不能充分反映學生對于遙感數字圖像處理實踐技能的真正掌握情況，也不利于調動學生學習的積極性。

3 遙感數字圖像處理實踐教學改革建議

針對遙感數字圖像處理課程實踐教學中存在的問題，建議在以下幾個方面進行改革：

1）將思政元素融入實踐課程教學。在實踐教學過程中，結合具體實習內容向學生講授我國在遙感衛星、遙感軟件、遙感科學裝置等方面取得的突破性進展以及在環境監測、國情普查等方面的應用，增強學生的民族自豪感和自信心，培養學生系統分析問題的工程思維與嚴謹細致的工作作風，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀與世界觀。

2）更新實踐課程內容體系。在實踐總課時不變的情況下，對原有的遙感數字圖像處理實踐內容進行梳理，適當精簡和壓縮目前已不太重要的內容，補充近年來的遙感圖像處理前沿及熱點內容。需要精簡的內容包括圖像增強、彩色變換、傳統的監督與非監督分類方法等內容。需要補充的內容包括新遙感傳感器數據、云計算、機器學習與深度學習等。近些年來，大量的遙感衛星投入運行，如歐洲Sentinel 系列、我國高分系列衛星等，不同的衛星遙感數據采用了不同的存儲格式，但是遙感數字圖像處理實踐課程中往往缺失遙感數據格式方面的內容，大多直接基于Landsat數據開展教學。隨著遙感數據規模不斷增長，傳統的單機模式受限于硬件的性能，已經不能對遙感大數據進行有效快捷的處理和分析。以Google Earth Engine為代表的遙感云計算平臺提供了性能計算資源，能夠對海量遙感數據進行實時訪問、處理和可視化分析，代表了未來遙感大數據處理的發展方向[9-10]，補充基于Google Earth Engine的圖像處理和應用內容能夠擴展學生這方面的知識和技能。機器學習在遙感圖像地物分類與識別等領域具有突出優勢，但是實踐教學中仍然使用K均值分類法、最大似然法等傳統方法，而這些方法在實際工作中已很少被使用，需要在遙感圖像分類等實踐教學中引入以隨機森林、CNN等為代表的新分類算法。

3）強化案例教學。近些年來，我國高校正在積極開展工程教育專業認證。工程教育認證標準明確提出要培養學生解決復雜工程問題的能力[10-11]。傳統的遙感數字圖像處理課程實踐內容側重與相關理論教學內容的結合，通過配套實踐操作加深對理論知識的理解。但是這樣的模式割裂了實踐技能之間的聯系，不利于培養學生綜合運用所學技能解決遙感復雜工程問題的能力。在基礎專項實踐之外，需要設計若干遙感綜合應用案例，通過具體實例將遙感圖像處理各項操作有機組合在一起，提高學生運用所學實踐技能解決遙感復雜工程問題的能力。

4）以學生為中心。成果導向教育（OBE）理念的核心是以學生為中心[12]，這也是工程教育認證的核心理念。在教學過程中要強調學生的主體位置，在實踐中首先提出需要探索的問題引導學生思考，鼓勵學生運用所學知識構建解決方案，然后采用課堂討論、教師演示等方式開展實踐教學。通過這樣的方式，能夠調動學生學習的主觀能動性，培養學生主動思考問題的意識和能力。

5）重視過程考核。針對不同的實踐內容制訂面向實踐教學全過程的多元化考核方式。對于演示性和驗證性實習如遙感圖像處理軟件介紹、遙感圖像幾何校正等內容，采用以實踐課堂學習態度評分和課后實習報告評分相結合的方式進行考核，一方面能夠衡量學生在實踐教學過程中的表現，另一方面能夠反映學生在課后復習和完成作業過程中的表現。對于綜合性實習，如植被動態變化遙感監測、土地覆蓋遙感制圖等內容，采用以實踐課堂學習態度評分、課堂實習任務完成狀況評分和課后實習報告評分相結合的方式進行考核，相比于演示性和驗證性實習，綜合性實習考核增加了對學生在課堂上思考問題和解決問題能力的考察，能夠更有效地反映學生遙感數字圖像處理實踐能力。

4 結 語

在現階段工程教育認證、一流課程建設等教學改革與遙感技術飛速發展的大背景下，遙感專業課程尤其是實踐課程建設面臨新的機遇與挑戰。遙感數字圖像處理是承上啟下的重要課程，具有很強的技術性，對于培養學生實踐動手能力與解決遙感復雜工程問題能力具有重要意義。本文在分析遙感技術發展以及遙感數字圖像處理課程實踐教學存在問題的基礎上，從教學思路、教學方法、教學內容、考核方式等方面提出了針對性的改革建議，以適應新的形勢，更好地滿足時代發展對遙感專業人才的要求。