遥感图像处理程序设计课程教学改革探讨

石 雪

桂林理工大学测绘地理信息学院 广西桂林 541000

遥感科学与技术专业是2011年新增的测绘类本科新专业，培养掌握遥感科学与技术专业基础理论和基本技能的人才，更注重培养能够从事遥感科学与技术及相关领域的研究、开发和设计等方面的人才，以满足国家对复合应用型人才需求，在现代国防和国民经济建设中有着广泛应用[1-2]。遥感科学与技术专业毕业生能够在资源调查、工程测量、环境监测、农业和林业生产等领域，从事遥感数据采集、图像处理和分析等工作。

遥感科学与技术专业主要课程包括数字图像处理、遥感原理与应用、微波遥感、高光谱遥感、无人机遥感、遥感图像解译等，除了上述专业理论课程以外，掌握计算机操作和程序设计以及开发是遥感科学与技术专业的重要技能之一，对充分掌握基础理论、解决遥感实际问题具有重要意义，也是实现专业目标和要求的重要支撑。而遥感图像处理是遥感专业必修的核心课程，提供了处理遥感数字图像的理论方法，因此遥感数字图像处理课程对遥感专业学生的培养和实践应用具有重要的作用[3-4]。遥感图像处理程序设计课程是通过程序设计方式实现遥感图像处理的理论和方法，使学生更加深入理解和掌握专业理论，同时使学生理解程序设计的基本概念，掌握程序设计语言的基本语法，树立程序设计的基本思想，培养学生利用计算机处理问题、解决问题的思维方式，以解决图像处理相关实际问题[5-6]。因此，熟练掌握遥感图像处理程序设计对遥感专业学生非常重要。目前，对计算机专业的程序设计课程改革探讨比较多，但针对遥感图像处理程序设计课程改革方面的论文较少。因此，本文对遥感图像处理程序设计课程的教学改革进行了探讨。

1 课程现状

遥感图像处理程序设计课程是大部分学生接触到的第一门计算机语言课程，为了培养学生熟练掌握程序设计语言基本知识和基本思想，以实现遥感图像处理，使学生具备良好的逻辑思维和创新能力。在实际的遥感图像处理程序设计教学过程中，存在以下情况。

1.1 缺乏通用的课程教材

目前，国内出版了不同的程序设计参考教材，如C++、Java和Python等，但缺乏遥感图像处理程序设计课程的参考教材。大多数程序设计教材通常侧重于对程序设计语言基本语法和控制语句的介绍，而缺少针对遥感图像处理方法和实际应用等内容的介绍，这就导致教材的内容与课程内容不符合，课程重点是在程序设计基础上实现遥感图像处理，而不仅仅是程序设计语言的学习。另外，教材内容陈旧、缺乏深度，缺少对学生自主学习能力和创新能力的培养，影响了学生对程序设计的兴趣，进而影响了对教学内容的理解和应用。

1.2 学生的程序设计基础薄弱

大部分学生在中学阶段未接触过程序设计语言，因此对程序设计相关知识的掌握基本为零。在大学期间，第一门程序设计类课程主要是C语言或C++语言，这类基础课程主要围绕语言基础知识开展，学生需要在记忆基础上进行理解和运用[7-8]。但部分高校还未开设该类程序设计基础课程，这就导致学生在零基础的情况下学习遥感图像处理程序设计课程，使学生容易产生畏难情绪，对程序设计语言掌握不够熟练，对后续图像处理程序设计知识的学习造成障碍。

1.3 自主学习和综合运用能力较弱

在教学过程中，由于教学形式简单，教师讲什么学生就学什么，学生总是依赖于教师的讲授，一直被动地接收教师讲授的知识，缺乏自主学习的能力。在当今现代化教育模式中，应该明确教师的引导和辅导作用，并树立学生是学习主体的思想，培养学生自主学习能力和创新能力。另外，学生存在上课听得懂用得好，但下课就不会用的问题。对于相同类型的题目，学生难以解决变换考核角度或知识点融合后的问题，不能将知识灵活运用于同类问题，且逻辑分析能力比较薄弱，缺乏程序设计开发的应用能力。

1.4 考核体系缺乏科学性

大部分程序设计课程仅以“期末考试+平时表现”方式进行考核，这种考核方式更偏重于对基础理论掌握程度的考察，而无法实现对学习过程中学生实际动手能力、计算思维能力、创新能力的考察[5]。而遥感图像处理程序设计课程的考核方式通常采用“期末考试成绩+平时成绩+实验报告成绩”，总分为100分，其中期末考试成绩占总分60%，平时成绩占总分20%，实验报告成绩占总分20%。平时成绩一般由出勤率、课堂表现和课后作业构成，而课堂表现的评价通常比较主观，没有统一的评分准则或量化标准，并且课堂提问受到时间限制，导致教师无法提问到所有学生，进而不能掌握每位学生的学习状态，同时无法实时掌握教学效果。实验报告成绩往往根据报告格式规范性、报告内容完整性、实验结果正确性等进行评分，报告内容通过实验手册即可获取，因此评分依据变为报告格式是否规范和实验结果是否正确，另外缺少对实验过程的监控和对实验效果的反馈。

1.5 教学内容落后于遥感技术的发展

随着遥感传感器和遥感图像处理技术的发展，许多经典的图像处理方法已经难以满足新兴遥感数据处理的精度要求，如传统的最小距离、最大似然和K均值等分类方法已难以实现精确的高分辨率或高光谱遥感图像分类。而在当前的程序设计课程中未考虑这些新兴的遥感图像处理技术和方法，如深度学习分类等。一方面是由于所用的程序设计语言不能满足这些新技术和方法的实现，另一方面是因为部分技术和方法未形成相应的体系，难以进行系统的教学。除此之外，遥感数据缺乏也限制了遥感图像处理程序设计课程的组织。目前，国内外成功发射升空较多遥感卫星，遥感图像和数据非常丰富，但在遥感图像处理程序设计实验课程中对国内遥感数据使用比较少，主要原因是当前程序设计语言中缺少针对新遥感数据处理的代码示例，如我国发射的高分系列卫星。

2 课程改革探讨

针对目前遥感图像处理程序设计课程的实际教学情况，从教材建设、教学组织、课程考核评价等方面进行探讨和改革。

2.1 强化程序设计课程的重要作用

在学生大一或大二期间开设程序设计基础课程，让学生对程序设计课程有一定了解，知道程序设计课程的重要性，为遥感图像处理程序设计的学习打下基础。在“遥感原理和应用”和“数字图像处理”等课程中，教师讲授遥感基础理论知识的同时，应强调程序设计课程对遥感技术应用的重要性，增强学生对程序设计的兴趣。教师要引导学生，让学生知道掌握程序设计语言给自身带来的优势，如工作中对复合应用型人才的需求、学业深造中掌握程序设计对科学研究的帮助；教师要引导学生，让学生知道掌握程序设计语言对图像处理应用方面的作用，如方便解决遥感图像批处理问题和遥感图像处理中流程类问题，进而培养学生的逻辑思维能力和创新能力。另外，以解决遥感专业实际问题为驱动，引导学生对程序设计课程学习产生兴趣，让学生知道程序设计课程教授的是一种编程思维，重点是利用这种逻辑思维解决遥感专业中的实际问题。

2.2 优化教材和教学模式

遥感图像处理程序设计所选用的语言通常为IDL、Python或Matlab等，而与之相关的参考教材重点在于对程序设计语言基础语法和控制语句的讲述，而未针对图像处理相关应用进行讲述和实现[9-11]。在编写遥感图像处理程序设计教材时应对照课程大纲和人才培养方案的要求，修订符合国家对复合应用型人才培养的要求，同时与“数字图像处理”课程建立相关的课程联系，在教材中增加遥感图像处理课程中方法的相关代码示例和对应的遥感数据。另外，可将课程中的重点和难点的讲解和代码示例录制成视频，丰富教学手段，以便于学生对相关内容的学习和复习，不但使学生记住示例代码，还可以活学活用解决实际问题。

2.3 完善教学活动

遥感图像处理程序设计课程开设在大三学期，考虑到学生在大一和大二未接触过程序设计相关课程，在课程开始阶段向学生介绍程序设计与社会发展需求之间的关系，使学生认识到掌握一种程序设计语言的重要性。在课程中期，考虑到学生掌握的程序设计语言基础知识比较薄弱，依据遥感图像处理应用内容讲授相关的基本语法和控制语句，以引起学生的思考和学习兴趣。在课程后期，依据遥感图像处理实际问题，设计教学内容，并在教学过程中实施应用。在教学过程中，要以学生为中心，教师起到引导作用，和谐的师生关系有利于程序设计课程教学的顺利开展，同时更有利于学生树立正确的人生观、价值观。在教学中可组织学生分组进行实验，取长补短，互相学习，同学之间的合作有利于提高自己的编程水平和开拓自己的逻辑思维能力。考虑到学生之间编程能力的不同，应多关注编程能力比较差的学生，多加鼓励和引导，提高学生的自信心。

2.4 优化考核体系和评分标准

遥感图像处理程序设计课程的考核方式采用“期末考试成绩+平时成绩”，总分为100分，为了提高学生解决实际问题的能力，将平时成绩设置为总分的50%，而期末考试成绩占总分50%。考虑到平时成绩的主观评价不够科学性，可以利用课后练习或章节测试等方式，评价学生的课堂学习效果，更加科学和合理地量化平时成绩，避免出现成绩不公平等现象。将平时成绩设置为由考勤、模拟测试、实验报告三部分构成，其中考勤占平时成绩的20%，模拟测试成绩占平时成绩的30%，实验报告占平时成绩的50%，以此凸显实验中编程操作的重要性，进而科学设置考核体系和评分标准。

2.5 课程思政融入程序设计

为满足工程教育认证对德才兼备人才的培养要求，挖掘大量思政元素，并以驱动案例的方式科学、合理地融入遥感图像处理程序设计课程中[12-13]。例如，在讲授IDL基本语法时，通过学习代码编写的基本要求和格式规范，使学生了解到IDL语言规范的重要性，只有符合基本规范和要求，编写的代码才能够正常运行，进而引申到整个社会和国家，只有每个人都遵守国家的法律和纪律，才能维持社会的秩序，在社会和国家稳定的基础上才能快速发展；在讲授控制语句中的for循环时，让学生体会在循环迭代过程中，变量数值的不断增加或参数的不断优化，进而引申出从量变到质变的不断积累过程，只有不断努力磨砺自己才能成功，没有一蹴而就的成功，只有付出努力才能获得丰厚的收获。

结语

遥感图像处理程序设计课程是大部分高校学生接触的第一门程序设计语言课程，通过掌握本门课程可提高学生的逻辑思维能力和创新设计能力，满足国家对复合应用型人才的需求。本文围绕遥感图像处理程序设计课程的教学内容和教学方法进行了探讨，重点分析了遥感图像处理程序设计课程中存在的问题，针对本门课程的教材建设、教学组织、课程考核评价提出了改革方向，以提高遥感图像处理程序设计的教学效果，培养学生解决实际问题的思维能力和创新能力，提升学生对程序设计语言学习的主动性，更好地满足遥感专业复合应用型人才的培养需要。