“遙感圖像處理及應用”課程設置和教改措施探究

［摘 要］ “遙感圖像處理及應用”課程作為重要的遙感專業課程，面臨著一系列挑戰和問題。課程涉及跨學科內容，從遙感技術、地理信息系統到數字圖像處理，具有實踐性和創新性，但存在教材內容滯后、教學方式單一、思政要素融合不足等問題。為解決這些問題，依照課程章節設計了改進措施。在理論教學部分運用案例分析法、學生討論法、選項提問法提高學生學習效率，在實驗教學部分利用流程圖法、現場演示法、思維發散法覆蓋專業應用實驗，以及引用多元化教學模式完善線上教學內容。通過不斷的課程完善和教學方法創新，旨在培養專業領域遙感技術應用人才，推動遙感技術的發展與創新。

［關鍵詞］ 遙感技術；圖像處理；教學創新；應用能力

［基金項目］ 2024年度北京化工大學信息科學與技術學院“數字化教育教學”改革項目——“新質生產力視角下神經網絡和深度學習課程數字化建設”（SZJG20240203）；2024年度北京化工大學信息科學與技術學院“數字化教育教學”改革項目——“人工智能+大化工”特色的模式識別基礎課程建設（SZJG20240206）

［作者簡介］ 胡粲彬（1985—），男，江西余干人，博士，北京化工大學信息科學與技術學院講師，主要從事遙感信息處理研究；孫曉坤（1979—），女，河北趙縣人，博士，北京化工大學信息科學與技術學院副研究員（通信作者），主要從事遙感信息處理研究；項德良（1989—），男，河南羅山人，博士，北京化工大學信息科學與技術學院教授，主要從事遙感信息處理研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）33-0022-04 ［收稿日期］ 2024-04-07

一、“遙感圖像處理及應用”課程的現狀和面臨的挑戰

（一）課程現狀

遙感技術在地質勘探、環境監測、農業管理、城市規劃等領域發揮著越來越重要的作用，隨著遙感技術的不斷發展和應用范圍的擴大，遙感圖像處理及應用的需求也在不斷增加。首先，遙感技術可以通過航空攝影、衛星遙感等手段獲取大范圍、高分辨率的地面圖像數據。這些圖像數據能夠提供豐富的地表信息，如地形、植被、土地利用、水資源等，為各種領域的研究和應用提供重要數據支持。其次，隨著信息技術的發展，遙感圖像處理技術也在不斷創新和完善，從最初的圖像簡單處理到現在的高級遙感圖像分析和空間信息系統技術，遙感圖像處理已經成為研究和應用中不可或缺的一部分。人們對于能夠從遙感圖像中獲取更多信息、更精確分析地表特征的技術和方法的需求越來越迫切。因此，許多高校開始將遙感圖像處理及應用的內容納入課程設置，以滿足學生對于這一領域知識技能的需求［1］。北京化工大學開設的“遙感圖像處理及應用”課程的內容豐富，涵蓋廣泛，既適用于不同專業和研究方向的學生的需求，也針對化工行業的遙感應用培養學生能力，為學生未來的學術和職業發展奠定堅實基礎。

2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，2019年，教育部召開“智能教育戰略研究”研討會，同時，明確了大數據智能技術、跨媒體智能技術、群體智能技術、混合增強智能技術及自主智能系統等五大主要技術方向。2022年12月舉辦的國際人工智能與教育會議，更是強調了數字教育資源的建設與分享、數字教育實踐的交流借鑒，以更好地適應數字時代教育發展的新要求。但如何將這些智能技術應用于當前高等教育的遙感專業教學，仍處于探索階段［2］。目前，許多高校仍然采用傳統的教學模式，依賴教科書內容進行講授，并結合實習環節進行實踐。但這種模式限制了學生對關鍵環節的深入理解，實習課程無法滿足學生在實踐中的全面需求。因此，迫切需要探索如何充分利用新一代的智能技術及先進的教學平臺互動系統，以改進和拓展當前遙感專業課程教學流程［3］。

（二）教學挑戰

目前已有大量涉及遙感領域的教材供本科生和研究生學習，但多年的教學實踐仍然面臨一些教學挑戰［4］。首先，遙感圖像處理及應用領域需要具備豐富經驗和實踐能力的教師有效傳授知識和技能。然而，由于這一領域的專業人才相對匱乏，學校往往難以招聘到具備相關經驗的教師。這可能是由于遙感技術作為相對較新的學科，培養一位合格的遙感圖像處理教師需要時間和資源。此外，一些具備相關經驗的專家和研究人員更傾向于在工業界或研究機構從事相關工作，而非投身于教學。其次，遙感圖像處理需要使用專業的軟件和設備，一些學校可能由于經費限制或技術設施條件等原因，無法提供必要的設備和資源，包括高性能計算機、遙感傳感器、圖像處理軟件等。缺乏必要的設備和資源會限制教師在教學中的操作和演示，也會影響學生的實踐能力培養。最后，盡管許多課程注重實踐教學，但是部分學生可能仍然缺乏充分的實踐機會。課程考核方式通常為期末考試成績+平時成績，這種方式側重于學生對理論知識的掌握程度，而考核內容主要依賴于課程教材，即使有時會增加實驗報告成績作為考核內容，但實驗報告成績往往只評價最終提交報告的內容和格式的正確性，而缺少對實驗過程和實驗效果的全面評價。這種傳統的考核方式程序單一，無法真正衡量學生的實際動手能力、思維與創新能力。

綜上所述，針對以上問題，需要采取相應的教學改進措施，提高“遙感圖像處理及應用”課程的質量和教學效果，為學生的學術和職業發展提供更好的支持。

二、“遙感圖像處理及應用”課程的設置現狀

“遙感圖像處理及應用”課程主要面向院校研究生開展。與本科生不同，研究生具備一定基礎知識和學科背景，因此面向研究生開展的課程更應具備啟發性，激發學生對課程相關領域的興趣，引導學生主動思考［5］。

（一）課程特點

“遙感圖像處理及應用”課程以“數字圖像處理”“電磁場與電磁波”“大學計算機基礎”等為先導課程，讓學生在充分學習遙感物理基礎和基本數字圖像處理方法的基礎上深入了解遙感成像原理及圖像處理方式。課程具有以下特點：（1）跨學科性。課程涉及多個學科領域，如遙感技術、地理信息系統、數字圖像處理、計算機視覺等，因此需要學生對涉及學科和領域有一定基礎了解和知識儲備。（2）實踐性。該課程比較注重實踐操作，需要學生學以致用，有能力使用遙感軟件處理、分析遙感圖像數據，同時能夠編程實現算法，將其應用于具體的地理、環境、農業、城市規劃等領域中。（3）基礎性與前沿性。遙感圖像處理相關基礎更新速度快，因此該課程在兼顧遙感圖像處理涉及的基礎理論知識的同時，需要適當包含前沿技術進行講解。

（二）課程內容

“遙感圖像處理及應用”課程內容包含遙感概論、遙感的物理基礎、遙感圖像基礎知識、遙感圖像處理方法和實際應用。前兩部分課程內容以理論知識講解為主，深入淺出講解電磁波的特性、遙感平臺和遙感器、遙感成像原理等課程內容；遙感圖像基礎知識部分作為理論向實踐的過渡章節，在介紹遙感圖像特征的同時介紹遙感圖像處理常用軟件及其基本功能，為后續實踐操作奠定基礎。最后兩部分采用理論結合實踐的方式完成課程教學。具體方法如下。

1.體驗類實踐：體驗實踐類教學意在根據不同學生的心理差異化創設趣味問題情境，激發學生自行探索的欲望和解決問題的熱情。在講解遙感圖像校正處理相關內容時，課程采用“理論實踐一體化”的方式，讓學生在實踐中學習。例如，在“輻射校正”教學中，教師結合教材內容，創建與實踐教學相關的問題場景，利用專業遙感軟件對圖像進行輻射校正。教師在課前首先將實踐課所需軟件及數據材料給學生，采用線上線下教學相結合的方式教授軟件的使用方法，并在課堂中實際演示、指導完成基本的“輻射校正”操作。在創設的問題情境下，學生更容易被帶動到課堂中，理解每步操作的意義，聯系理論知識發散思維，在掌握知識的同時訓練和提高思維能力。

2.專題式研討：專題式研討旨在將課程的主導權交給學生，課堂以學生為主體，引導其對主體進行深度討論和挖掘，對課堂學習知識進行拓展延伸，促進知識體系建構。同時，研討式學習也鼓勵學生將學習到的遙感圖像處理相關知識與化工領域的實際應用相結合，自行尋找與課堂內容相關的主題，并對所選內容進行講解分享。本課程設定的部分化工領域的研討主題包括：遙感技術在鹽田變化檢測中的應用、雷達遙感在海洋溢油監測中的應用、遙感技術在全球氣候變暖證據鏈中的應用等。在課程的遙感圖像應用處理環節，教師在講解遙感圖像匹配、分類和變化檢測處理的常用方法后，鼓勵學生自行確定實驗方法，完成各項遙感圖像應用主題內容。最后在課堂上進行算法和實驗的公開展示，并形成紙質匯報材料。此教學方式鼓勵學生自行探索、發現并解決問題，同時，課堂展示和報告寫作還培養了學生口頭匯報和文檔撰寫能力。

三、“遙感圖像處理及應用”課程設置存在的問題及應對措施

（一）課程設置存在的問題

目前，在“遙感圖像處理及應用”課程中存在以下幾個問題需要改進。

1.思政元素不足。當前課程中，缺乏對思想政治教育與實踐教學的有效融合。在實踐教學過程中，缺乏具體的思政內容。在介紹我國在遙感衛星的重大進展及在環境監測、國情普查等領域的應用中，未能充分引導學生思考技術發展與社會責任，缺少結合社會實踐的作業，未能充分發揮教學在引領價值觀方面的作用。

2.教學內容滯后。教材內容未能與時俱進，缺乏對前沿技術及應用的介紹，學生思維往往受限于教材提供的范圍，缺乏對實踐知識的學習應用。學生很難將所學知識應用到生產生活與實踐當中，不利于新時代條件下的就業工作。

3.教學方式單一。多媒體教學意味著需要考查PPT質量，PPT內容決定教學方式，如果仍是教材內容的搬運，學生只會被動接受專業知識。盡管課程中融入了多媒體教學，但本質上仍依據傳統教學模式，缺乏必要的課堂互動，很容易形成“教師只在講，學生只在聽”的場面。

（二）課程設置應對措施

本課程在設計上主要分為以理論知識講解為主的基礎章節及實驗操作引導的應用章節。根據這兩部分提出以下教改措施：在課堂上采用教室PPT輔助講解及實驗室引導操作兩種模式融合教學，在教室環境中根據章節內容設置案例分析法、學生討論法、選項提問法等方法對專業知識進行詳細介紹與解答；在實驗環境中根據處理操作設置流程圖法、現場演示法、思維發散法等方法覆蓋所有專業應用實驗。

1.教室課程教學手段。教室課程教學往往采用PPT輔助講解手段，圖片比文字更能深入學生腦海，文字是圖片的具象化，采用PPT輔助講解引用圖文結合可兩者兼具。講解專業知識也主要根據不同環境采用不同方法：在講解陌生知識點時，學生往往表現很難理解，案例分析法引用前沿科學技術實際案例，這樣既可以對枯燥的知識點做過渡講解，又能激發學生的好奇心，促使其探索新的專業知識領域，還能引入思政元素，建立良好的價值觀，可通過近年來我國在遙感衛星、國產遙感軟件的發展成果增強學生的自豪感，激發學生的求知熱情。教學過程中難免會遇到重點、難點，通過設置小組，突出重點，開展討論往往能在講解中達到事半功倍的效果，不僅能拓展學生思維能力，還可使每組之間的學習方式更具個性化，提高學生學習效率。在新的課程中為鞏固前一節課所講的知識，設置選項對學生提問，一方面為了防止學生學了就忘，防止“把知識還給老師”這種情況；另一方面是考查學生的學習情況，以及動態記錄每節課的教學質量與教學狀態。

2.實驗室教學手段。在實驗室主要引導學生操作電腦完成相應遙感圖像處理內容的操作，整個過程建立在學生自主的基礎上，避免教師在課堂中的過度參與。實驗室教學手段主要有以下幾點：首先根據實驗內容設置流程圖指導學生了解大體實驗步驟，構建實踐任務框架，為學生指引方向，保持學生自主學習探索的能力。其次，重點實驗步驟采用現場演示為學生提供指導，現場演示的優點是能夠充分照顧學習能力較弱的部分學生，通過復現操作增強對重點流程的把握程度。最后，實驗過程中積極引導學生以發散性思維考慮流程，不拘泥于課堂上所講的操作，指導學生融合所學知識考慮對遙感圖像處理的每一步是否能做出改變，使總體能達到更高的指標。另外，還可引用多元化教學模式，開展線上教學，設置線上課堂，一方面，能便捷布置與收取學生課后作業；另一方面，學生能實時觀看教學重點、難點視頻，教師收集學生對于每堂課的意見建議，根據學習情況進行教學內容的更新并實時體現在每節課學生的反饋上，更好地推動教學內容改革。

結語

綜上所述，本文通過對北京化工大學信息科學與技術學院“遙感圖像處理及應用”課程進行教學分析，探討了本課程作為遙感專業入門的基礎課程，對于培養學生基本思維能力和實踐動手能力具有的重要意義。首先，本文指出了“遙感圖像處理及應用”課程教學中存在的問題，包括課程教材內容滯后、教學方式單一等；其次，針對這些問題，本文進一步探討了課程設置情況及問題分析，厘清了課程教學脈絡。在審視遙感技術發展以及遙感數字圖像處理課程實踐教學的問題后，提出了有針對性的改革建議，以適應新形勢的發展，更好地滿足培養高質量人才對教學質量的要求。

參考文獻

［1］唐濤，趙凌君，龔廣偉.聯教聯訓崗位實踐中的課程思政教學探索與實踐［J］.教育教學論壇，2022（29）：101-104.

［2］朱文泉，楊欣怡.信息化背景下理解性學習在“遙感數字圖像處理”課程建設中的應用思路與實踐［J］.北京師范大學學報（自然科學版），2023，59（3）：497-502.

［3］張思乾，冷祥光，唐濤，等.基于BOPPPS模型的遙感課程翻轉教學模式探究［J］.教育教學論壇，2022（14）：93-96.

［4］徐永明，祝善友.《遙感數字圖像處理》課程實踐教學改革與探索［J］.地理空間信息，2022，20（8）：155-157.

［5］熊博蒞，趙凌君，唐濤，等.“遙感信息處理新技術”研討課程的教學探討與實踐［J］.科教文匯（下旬刊），2016（24）：59-60.

Exploration on Curriculum Design and Teaching Reform for Remote Sensing Image Processing and Application

HU Can-bin， SUN Xiao-kun， XIANG De-liang

（College of Information Science and Technology， Beijing University of Chemical Technology， Beijing

100029， China）

Abstract： The curriculum of remote sensing image processing and application， as an important course of remote sensing， faces a series of challenges and problems. This course involves interdisciplinary content， from remote sensing technology， geographic information system to digital image processing， etc.， which is practical and innovative， but it has some problems， such as lagging textbook content， single teaching method and insufficient integration of ideological and political teaching. In order to solve these problems， this paper proposes some improvement measures according to the course chapter design. In classroom teaching， case analysis method， student discussion method and option question method are applied to improve students’ learning efficiency. In laboratory teaching， flowchart method， on-site demonstration method and thinking divergence method are applied to cover professional application experiments， and diversified teaching modes are used to improve online teaching content. Through continuous curriculum improvement and innovation of teaching methods， it aims to meet the needs of students and society for remote sensing technology application， and promotes the development and innovation of remote sensing technology.

Key words： remote sensing technology; image processing; teaching innovation; application ability