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面向创新人才培养的“遥感图像处理”课程教学改革初探论文

发布时间:2020-01-18 12:56:25 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:“遥感图像处理”是地理信息科学专业本科生的核心课程之一,在学生综合素质和专业技能培养中具有重要的地位。然而,该课程的教学工作尚存在一些问题,不能很好地满足社会对创新型人才的需求。本文从“遥感图像处理”课程的教材选择、教学方法、实践教学等环节出发,改革《遥感图像处理》课程的教学内容与教学方法,建立面向创新型人才培养的教学体系和教学模式,提高学生的创新思维与实践能力。

关键词:遥感图像处理;创新人才培养;教学改革;实践教学

本文引用格式:袁媛,等.面向创新人才培养的“遥感图像处理”课程教学改革初探[J].教育现代化,2019,6(53):64-66.

一 遥感图像处理课程教学改革的背景

2015年,中央全面深化改革领导小组审议通过


       《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》的制定与实施,决定统筹推进世界一流大学与一流学科建设,实现我国从高等教育大国到高等教育强国的历史性跨越[1]。这一举措是我国高等教育改革发展史上的重大里程碑事件,标志着新时期对高校的人才培养提出了更高的要求。方案指出,要立足培养拔尖创新人才服务于经济社会,注重培养学生的创新意识,开发创新探究式教学模式。在这一背景下,广大“双一流”建设高校应以一流的拔尖创新人才培养为目标,改革现有的课程教学模式,既是科研型高校的职责所在,也是提升专业影响力和人才培养质量的有效途径。

       遥感图像的处理与解译作为遥感科学的核心技术之一,是开展各类遥感分析与应用的前提。“遥感图像处理”课程以介绍遥感原理和数字图像处理的基本理论、基本方法和基本技能为主,是地理信息科学专业本科生的一门核心基础课程,其目的是指导学生掌握解决遥感图像处理与解译的一种有效的理论和技术手段,提高学生实践能力和综合解决问题的能力。这门课程涉及多门交叉课程,内容丰富,是学生的知识体系中的重要一环,对学生未来的专业成长和职业发展有着举足轻重的作用[1]。

       近年来,以大数据、人工智能为代表的数据处理与智能解译技术开始被广泛用于遥感领域,使得遥感影像的应用能力取得了重大突破,遥感机理与相关算法研究日新月异,新的遥感图像处理技术层出不穷。与此同时,伴随着我国“高分辨率对地观测系统”重大专项的实施,对地观测平台呈爆炸式增长,遥感影像的分辨率已达到亚米级,促使遥感技术在国土测绘、资源管理、全球变化、灾害应急、军事侦察等领域发挥着越来越重要的作用,其应用的广度和深度前所未有[2]。随着遥感技术的飞速发展,国家和社会对遥感人才的需求不断提升,而现实教学情况与实际社会需求间尚存在较大差距,表现为学生的遥感理论知识陈旧落伍、实践操作技能薄弱,亟待开展遥感图像处理课程的教学改革,引进新的教学内容、教学方法,改进实践教学模式,提高学生的创新精神和实践能力,以适应“双一流”建设对推进学生素质教育的要求。

二 遥感图像处理课程教学中存在的问题

      当前《遥感图像处理》课程的教学内容已严重滞后于遥感技术的发展,主要存在以下问题。

(一)教材的实效性较低

       作为一门综合交叉学科,遥感图像处理技术的发展依赖于空间信息技术、成像技术和计算机科学的发展。随着近年来大数据、人工智能技术的飞速发展,计算机视觉、模式识别等相关领域的突破性进展已经引起遥感图像处理技术的重大变革,新的遥感图像处理技术层出不穷。然而,由于教材本身的特点,其内容更新必然跟不上相关技术的快速发展,导致《遥感图像处理》教材的内容陈旧落伍,与遥感图像处理技术的最新进展严重脱节,使学生无法掌握该领域的前沿知识与最新动态,难以满足创新型人才培养的要求。

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(二)理论课程教学方法单一

      遥感图像处理课程的内容宽泛,难度大、起点较高,学生接受起来有一定困难。在传统的理论教学过程中,教师主要依靠多媒体课件与板书结合的方式将课程内容传授给学生。学生在被动接受教师讲解的过程中,往往感到课程内容枯燥,面对繁琐的公式推导感到困惑、注意力难以集中,导致课堂氛围沉闷,学生学习积极性不高,理论教学难以收到理想效果[3]。此外,理论课教学中一般将教材的各个章节分开介绍,使学生无法将各章节的内容联系起来,建立完整的知识体系结构,阻碍了学生对遥感图像处理技术的深入理解和掌握。

(三)实验课程的实用性较差

       遥感图像处理是一门理论与实践性都很强的课程。然而,传统的遥感图像处理实验教学一般是基本的操作实验,教师提供实验数据和操作流程,指导学生使用遥感图像处理软件进行操作。由于遥感图像处理课程的章节内容松散,而实验教学往往着眼于单一的知识点,很少从实际问题中提炼实践内容,致使学生无法将理论知识融入到实践过程中去,从而引起学生的综合应用能力薄弱的问题。

       上述种种原因的综合作用,不仅导致学生的知识体系落伍、应用能力薄弱,也不利于学生创新思维的培养。因此,在遥感技术快速发展的今天,亟须改革传统的“遥感图像处理”课程教学内容与教学方法,建立与之匹配的教学体系与教学模式,培养学生的创新思维与实践能力,满足社会对遥感高级技术人才的迫切需求。

三 教学改革的具体措施

        针对当前“遥感图像处理”课程教学内容陈旧、教学方法单一、实验实践环节薄弱的不足,笔者认为应从以下四个方面开展本门课程的教学改革,总体实施方案图如图1所示。

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(一)教学内容的及时更新

        首先,应确定一本内容比较基础、结构相对全面的教材,如韦春玉教授编著的《遥感图像处理教程》,尽可能全面地涵盖本门课程的主体知识内容,在课堂讲授过程中,重点介绍遥感图像处理方法的概念和基本原理思路,使学生建立起遥感图像处理的知识体系和框架;其次,应结合国内外多种优秀教材和相关的主流中英文期刊等资料,提供阅读书目供学生参考学习[4];另外,应结合当前大数据和人工智能技术的发展,以教师科研课题和科研成果为依托,将与遥感图像处理相关的新理论、新方法、新技术、新应用等引入到课程教学体系,拓展介绍场景分类、目标检测、地表变化监测等遥感应用的前沿进展,及时更新教学课件,追踪学科热点;最后,应将遥感图像处理技术在应对全球变化问题、生态环境监测、灾害评估与预警、城市规划、遥感大数据等方面的应用融入教学过程中,例如“基于夜间灯光数据的城市扩张”、“基于遥感时间序列的全球覆被变化监测”等案例,激发学生的学习兴趣。

(二)教学体系的创新

        应以系统化、整体化的观点对待课程内容,改变教材的呈现方式。建议以遥感影像L0级到L4级标准产品的制作为例,分步介绍每一级产品所作的处理及涉及的遥感图像处理方法:从传感器接收到的原始数据(L0级)开始,首先进行辐射校正、图像复原,产生L1级数据产品,涉及遥感图像的获取与存储、辐射校正;第二步,在L1级产品基础上进行系统几何校正和几何精校正,产生L2级产品,涉及遥感图像的几何校正;第三步,对L2级数据进行正射校正、融合、镶嵌等处理产生L3级产品,涉及遥感图像的拉伸、融合与镶嵌;在L3级产品的基础上进行进一步的分析和处理,涉及遥感图像的滤波、分割、分类、信息提取等。通过上述方法,能将遥感图像处理的核心课程内容贯穿起来,使学生理解并掌握遥感信息提取的基本流程及相关方法,帮助学生建立完整的知识体系结构。

(三)多种教学方法的综合利用

        改革过去单一的填鸭式讲授模式,将传统教学模式与现代教学手段紧密结合,利用多媒体技术讲课程内容生动化、形象化、直观化的呈献给学生。首次,在理论课教学过程中,应综合利用多种教学手段,将讲授法与演示法、讨论法相结合,丰富课堂设计,提高学生的参与感和学习热情;其次,在利用多媒体教学手段进行方法演示时,应深入理解教学内容,将一些抽象复杂的概念运用动画、视频等手段动态展示,并做深入浅出地阐述。例如,在讲解图像滤波方法时,可以采用gif动态图像展示图像的卷积处理流程;在讲解直方图均衡化处理时,以像素灰度值的“重新分组”为出发点,采用更生活化的例子进行类比(如学生按成绩分组),提高学生对遥感图像处理方法的感性认识,加深学生对理论知识的理解。

(四)优化实验实践教学

       强化实验实践教学环节,以专题案例的形式替代传统的操作实验。教师拟定多个研究课题并提供研究素材,例如“南京市绿地信息提取”、“鄱阳湖洪水受灾范围提取”等,供学生自由选题并建立学生团队,安排组织学生根据研究目标确定实验流程, 选择合适的遥感图像处理方法加以解决。教师给予一定的方法提示和操作指导,与学生共同完成课题并撰写实验报告,提交实验结果和算法代码,并进行成果展示与汇报。同时,鼓励学有余力的学生在课外积极参与教师的科研课题、大学生创新实践、学科竞赛等,充分发挥学生的独立性和创造力,同时加深学生对课程中一些关键算法的理解,有助于培养学生的思维能力、动手能力和创新能力。

四 结语

        本文重点分析了“遥感图像处理”课程中存在的一些问题,包括教学内容陈旧、教学方法单一、实验实践环节薄弱,笔者认为当前的遥感图像处理课程教学无法满足创新型人才培养的需求。针对上述问题,本文提出了相应的教学改革参考意见,通过两年的教学实践,已收到了良好的成效,学生的学习积极性明显提高,专业认同度也大大增加。随着对地观测技术和遥感大数据技术的快速发展,要求我们的学生必须要有创新意识和实践能力,对教师的教学工作也提出了更大的挑战,应积极开展课堂教学与实践环节的教学改革实践,使学生及时了解遥感图像处理技术的前沿发展,锻炼学生分析解决遥感工程问题的能力,培养具有创新意识和实践能力的新时期优秀大学生,更好地满足相关领域对创新型遥感人才的迫切需求。

参考文献

[1]国务院关于印发统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体 方 案 的 通 知 (2015)[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/ content/2015-11/05/content_10269.htm.
[2]奥勇 《.遥感图像处理》课程教学探究 [J]. 测绘科学 ,2007,32(5):195-196.
[3]李德仁 , 陈晓玲 , 蔡晓斌 . 空间信息技术用于汶川地震救灾 [J]. 遥感学报 ,2008,6:841-851.
[4]罗小波 , 邓陆 . 邮电类高校“遥感图像处理与应用”课程教学改革探讨 [J]. 信息系统工程 ,2017(07):169-170.
[5]吴鹏海 , 吴艳兰,王杰,等 . 新开 GIS 专业的遥感图像处理课程教学探讨 [J]. 测绘与空间地理信息 ,2016,39(4):4-7.

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