基于项目教学法的《遥感影像程序设计》教学改革研究

刘立志，唐 冲，马洋洋，杨 懿 ，王海涛

(1.黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100； 2.中国测绘科学研究院，北京 100830)

基于项目教学法的《遥感影像程序设计》教学改革研究

刘立志1，唐 冲1，马洋洋1，杨 懿2，王海涛1

(1.黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100； 2.中国测绘科学研究院，北京 100830)

《遥感影像程序设计》是摄影测量与遥感专业的核心课程，由于涉及到算法设计以及程序编写方面的内容，造成学生的学习兴趣不高。为了提高学生学习的积极性，提升教学效果，提出了一种基于项目的教学改革方法。该方法通过项目平台的搭建，将具体的教学案例融合到项目平台中，以项目分解的方式指导学生，改进了教学方法和考核方式，丰富了教学内容。教学结果表明，该教学方法有效地提高了学生的学习兴趣，加深了学生对知识的理解程度。

遥感影像；程序设计；项目教学；改革研究

遥感作为一门新兴的学科，始于20世纪60年代，我国开展遥感理论与技术的研究相对较晚，始于20世纪70年代，最先应用于气象预报方面，以风云系列遥感卫星为代表，经过几十年的研究与努力，遥感事业蓬勃发展，被广泛应用于矿产资源调查、灾害监测与评估、工程测绘与勘察、水利资源遥感调查与评价、生态环境遥感调查与监测、土地资源调查等领域。[1-4]国内林业类、农业类、测绘类、气象类、土地管理类等专业相继开设遥感课程，遥感影像作为遥感信息获取的主要形式，通过对其进行变换、分析等操作提取的信息，具有较高的应用价值。[5-8]由于遥感技术的快速发展，应用如Erdas、ENVI、Ecognation、PCI等遥感影像处理软件已不能满足需求，因此，开设遥感影像程序设计方面的课程，培养创新型人才很有必要。

《遥感影像程序设计》涉及到遥感科学和计算机科学，知识量大，生涩难懂，对学生的逻辑思维能力具有较高的要求。[9]教学过程中，出现学生学习兴趣低，接受速度慢、老师难以讲授的问题，阻碍了教学进度，针对这一问题，本文提出了一种基于项目教学的课程改革方法，在此基础上，进行了相适应的教学内容的改革以及考核方式的改革，以激发学生的学习兴趣，达到课程要求。

一、课程教学存在的问题

《遥感影像程序设计》是一门涉及到图形图像学、遥感、计算机科学、数学、地理学等的一门综合性交叉学科。在实际的教学中，存在以下几点问题。

1.教学材料匮乏，教材发展滞后

遥感作为一门新兴科技，发展比较晚，其对应的教学材料比较少，目前国内《遥感影像程序设计》配套教材主要以数字图像处理方面书籍为主，虽然在一定程度上具有参考价值，但遥感影像在大小、储存形式以及波段数上都与普通的数字图像有较大区别，其处理方式也存在不同，针对于遥感图像处理方面的教学材料较少。就现有的教材内容而言，缺少对最新遥感影像处理方面算法的介绍，学生所接触的都是几年前甚至十几年前的算法；造成学生无法全面系统地通过教材掌握遥感影像处理的方法。

2.知识点庞杂，学生接受难度大，学习兴趣低

《遥感影像程序设计》课程是一门交叉课程，在数学方面，涉及到矩阵、概率论与数理统计、卷积变换、小波变换、傅里叶变换等数学知识；在计算机方面，涉及到编程语言的学习、算法设计以及程序流程设计等内容；在实际的操作过程中，学生往往不能对数学知识灵活应用，不熟悉计算机程序的编写，随之经常会出现程序错误而需要程序调试，对于一个初学者来说，会耗费大量的时间与精力，使学生产生不良情绪，从而降低学习的积极性。

3.教学手段单一，学生注意力分散

在课堂教学过程中，老师通过备课，准备教学资料，将知识以讲授和展示的方式传递给学生，学生通过课堂的听讲和课下的复习达到吸收知识的目的。然而，这种教学方式使得课堂以老师为主，师生之间、生生之间互动少，学生以一种被动方式在学习，主要通过模仿老师进行学习，课堂学习效果不佳；在课下，学生复习主要通过课堂笔记或老师提供的学习资料进行复习，造成学生过于依赖指导书的现象，严重抑制了学生主动性、创造性的发挥。

二、教学改革内容

在以创新驱动发展的时代背景下，更新教学内容，改变教学方法成为新形势下高校课程改革的重点内容。传统的教学方法单一，教学形式固定，造成学生学习兴趣不足，学习效率低。针对这些问题，本文提出了一种基于项目的教学方法，该方法将《遥感影像程序设计》的理论知识与编程实践过程有机地融入到项目各个环节中，以项目为中心进行课程内容的组织，通过完成制作项目模块来进行学习。具体的改革内容如下。

1.教学资源建设

《遥感影像程序设计》教学资源匮乏，单纯地依靠教材、填鸭式的教学，效果不佳。因此，需要进行教学资源的建设。首先，编写课程指导书，内容涉及数字图像处理的基本知识，并且附有程序代码，方便学生学习；录制教学视频，将课程中难点重点内容进行视频录制；建立课程交流群，将课程指导书、教学视频等教学材料上传，跟踪学生学习情况，对共性和代表性的问题进行指导答疑；对各个小组的学习情况进行跟踪，并定期公布进展，形成对比，有效促进学生学习的积极性。

2.项目体系的建立

课程知识量大，知识点繁多，涉及交叉学科，需要将学生的整个学习过程融入到遥感图像处理软件的建立中，并将项目进行模块分解，现将其分解为七个模块，具体如下。

(1) 影像显示与储存模块

影像的显示与储存模块是建立其它模块的基础，需要借助外部函数库CXimage在MFC上对影像进行显示和储存。通过对该模块的建立，能够加深学生对遥感影像结构的理解程度，并熟悉CXimage的使用，通过应用指针、数组、循环等C++编程知识，对遥感影像显示与储存，达到锻炼学生逻辑思维能力与动手能力的目的。

(2) 影像预处理模块

遥感影像预处理是遥感影像信息提取的前提，通过对遥感影像预处理的操作，能提高人和计算机对信息的识别能力。影像预处理包括波段组合、直方图拉伸、平滑、锐化等操作，考察学生对遥感影像预处理理论知识的理解，并锻炼学生的实践动手能力。

(3) 影像融合模块

遥感影像融合能将不同影像上的信息富集到一张影像上，通过全色影像与多光谱影像的融合，使结果影像不仅具有全色影像的高空间分辨率，而且具有多光谱影像的光谱特性。常用的影像融合算法有：HIS、Brovey、PCA、高通滤波法等。

(4) 影像变换模块

本模块中主要集成了傅里叶变换、K-L变换、樱冒变换和小波变换等多种影像变换算法，能够实现信息提取，压缩数据量，通过算法的实现，使学生直观地感受影像变换的功能，有利于增加学生的学习兴趣。

(5) 影像形态学分析模块

形态学分析是一门新兴的影像处理技术，主要有开闭运算、膨胀与腐蚀、细化与加粗等，通过教师教授，学生理解，将该算法应用于遥感影像处理。

(6) 影像边缘检测模块

边缘检测是遥感影像处理中常用的功能，经典的边缘检测算法较多，主要有一阶算子Robort、Prewitt、Sobel、Kirsch以及二阶的laplace算子，学生通过应用不同算子进行遥感影像处理，能够使学生对边缘检测算法有较深刻的理解。

(7) 影像分割分类模块

遥感影像的分割分类是遥感影像自动解译中比较重要的模块，算法众多，并且实现起来难度较大。常见的分割算法有基于图论的、基于能量泛函数的、基于边缘检测的、基于神经网络的以及基于分水岭的等等。

图1 项目分解模块示意图

3. 课堂教学

《遥感影像程序设计》课程在课堂教学过程中，教师除按项目模块进行理论内容讲授外，需要借助多媒体设备进行程序设计的演示，使学生能够看到程序设计的过程。除此之外，学生的课堂组织也是课堂教学中很重要的一个环节，为了加强学生之间的沟通，相互学习，相互促进，将学生分为若干个小组，小组成员之间可以协同完成项目模块的设计，并且定期进行成果展示，通过小组间的对比寻找不足，达到相互激励的效果。

4.考核模式

《遥感影像程序设计》程序设计是一门实践性很强的课程，学生除了要学习相关的遥感图像处理的理论知识外，还要进行大量的程序编写训练，传统基于平时成绩+期末考试成绩的考核方式并不能完全真实地反映出学生的真实水平，基于此，将上机考试作为考核的主要形式，设计试题库，学生随机抽取试题库中的试题，进行程序设计实现，以代码的书写规范性和程序功能的完整性来给出上机成绩，综合学生平时表现(出勤、课堂表现、作业等)得到本门课程的最终成绩。针对于本门课程的成绩评定方法能够真实地反映出学生的平时表现与实际的程序实现能力，是一种成绩与能力相对等的评价方法。

结束语

本文通过对当前《遥感影像程序设计》课程教学过程中存在的问题，从包括教学资源建设、项目体系构建、课堂教学以及考核方式入手，进行了改革。通过几年的教学实践表明，此种教学方法能够有效地促进学生学习的积极性，而且切实地锻炼了学生的动手编程能力，这表明，基于项目展开的遥感影像程序设计的教学方法是有效的。

[1]胡兴树,龚健雅,潘建平.当代遥感技术的现状和发展趋势[J].武汉大学学报(工学版), 2003, 36(s1).

[2]孙玉英,曹瑞军,金成德.遥感技术的发展及应用[J].林业科技情报, 2006, 38(1).

[3]王峰, 吴云东.无人机遥感平台技术研究与应用[J].遥感信息,2010(2).

[4]李博,陈华,杨健.遥感技术的发展趋势分析[J].中国资源综合利用,2007,25(9).

[5]陈锋锐,乔家君,闫卫阳,等.“遥感数字图像处理”教学改革初探[J].计算机时代,2013(6).

[6]秦文俊.《遥感图像处理》课程教学在地理学专业中的探索与实践[J].现代测绘,2007,30(6).

[7]杨保华,王菁,何小年.基于matlab的数字图像处理实践教学[J].课程教育研究,2016(22).

[8]吕勇,牛春晖,刘力双.基于实践能力培养的《数字图像处理》课教学改革研究[J].现代计算机(专业版)，2013(26).

[9]郭建林.应用型本科数字图像处理教学改革与实践[J].安阳工学院学报,2010(4).

Class No.:G642.0 Document Mark：A

(责任编辑：宋瑞斌)

Reform of Remote Sensing Image Program Design Based on the Project Teaching Method

Liu Lizhi1，Tang Chong1，Ma Yangyang1，Yang Yi2，Wang Haitao1

(1.Heilongjiang University of Technology, Jixi, Heilongjiang 158100, China；2.Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100830，China)

The remote sensing image programming is one of the core courses of photogrammetry and remote sensing. Because of the complexity of the course, students do not have much more interest in the course. In order to improve the teaching effect , this paper proposes a teaching method based on project. Through the construction of the project platform, the concrete teaching case can be blended in it. In this way, the teaching methods can be improved and the teaching content can be enriched. We also reform the examination way. The teaching result shows that this teaching method can improve the students' interest in learning effectively and the understanding of knowledge.

remote sensing image; program design; project; reform

刘立志，硕士，助教，黑龙江工业学院资源工程系。研究方向：遥感影像处理与教学。

测绘地理信息公益性行业科研专项项目(编号：201412008)；黑龙江省“十三五”高等教育改革立项(编号：16G491)。

1672-6758(2017)05-0006-3

G642.0

A