《遥感数字图像处理》课程实践教学改革与探索

徐永明，祝善友

（1. 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院，江苏 南京 210044）

近年来，以大数据、云计算、人工智能等为代表的信息技术促进了遥感技术的飞速发展。另外，国家近些年来在高校本科教育方面也非常重视，通过工程教育认证、国家一流课程建设等一系列举措积极推动教学改革与课程建设。新时代下，遥感专业课程尤其是实践课程的改革与建设面临新的机遇与挑战。如何根据高等教育教学改革和遥感技术发展对《遥感数字图像处理》课程实践教学进行改革，值得关注和探索。本文针对《遥感数字图像处理》实践教学中存在的问题，在课程教学模式、教学方法、教学内容和考核方式等方面提出了改革建议，希望可以为该课程的实践教学改革提供参考，并为遥感专业其他课程实践教学提供借鉴[1-7]。

1 遥感数字图像处理课程概况

遥感数字图像处理课程是遥感科学与技术专业的学科基础课程，也是测绘工程、地理信息科学、自然地理与资源环境和地理空间信息工程等专业的必修课程。与其他遥感专业课程相比，《遥感数字图像处理》的特色在于技术性和应用性很强，非常重视实践能力[8]。以笔者所在的南京信息工程大学遥感科学与技术专业《遥感数字图像处理》课程为例，该课程的教学目标是使学生全面了解数字图像处理的基本概念，掌握其处理方法及应用，培养和增强学生创新意识和创新思维，提高实际动手能力和创新能力，为学生进一步学习其他遥感课程奠定基础。

2 遥感数字图像处理实践教学中存在的问题

目前《遥感数字图像处理》课程实践教学主要存在以下问题：

1）实践教学思政融合不足。为了加强大学生的思想政治教育，非思政类专业课程也要深入挖掘思想政治教育资源，充分发挥课堂教学在育人中的主渠道作用。但是在课程实践教学过程中，思政教育元素融入得还不够，不能很好地发挥实践教学在价值引领方面的作用。

2）实践教学内容滞后。目前的遥感数字图像处理课程实践内容比较传统，没有根据遥感技术的发展及时补充遥感图像处理领域前沿技术，如新的卫星遥感数据、大数据、云计算以及人工智能等内容。

3）实践教学模式保守。遥感数字图像处理实践教学过程中大多采用教师演示、学生跟着做的传统模式，学生仅仅作为被动的接受者，机械重复教师的操作。这样的教学模式不利于培养学生独立思考并解决遥感复杂工程问题的能力。

4）实践考核方式单调。实践考核主要依据学生实习出勤情况和学生提交的实习报告打分，评分缺乏有效的区分度，不能充分反映学生对于遥感数字图像处理实践技能的真正掌握情况，也不利于调动学生学习的积极性。

3 遥感数字图像处理实践教学改革建议

针对遥感数字图像处理课程实践教学中存在的问题，建议在以下几个方面进行改革：

1）将思政元素融入实践课程教学。在实践教学过程中，结合具体实习内容向学生讲授我国在遥感卫星、遥感软件、遥感科学装置等方面取得的突破性进展以及在环境监测、国情普查等方面的应用，增强学生的民族自豪感和自信心，培养学生系统分析问题的工程思维与严谨细致的工作作风，引导学生树立正确的人生观、价值观与世界观。

2）更新实践课程内容体系。在实践总课时不变的情况下，对原有的遥感数字图像处理实践内容进行梳理，适当精简和压缩目前已不太重要的内容，补充近年来的遥感图像处理前沿及热点内容。需要精简的内容包括图像增强、彩色变换、传统的监督与非监督分类方法等内容。需要补充的内容包括新遥感传感器数据、云计算、机器学习与深度学习等。近些年来，大量的遥感卫星投入运行，如欧洲Sentinel 系列、我国高分系列卫星等，不同的卫星遥感数据采用了不同的存储格式，但是遥感数字图像处理实践课程中往往缺失遥感数据格式方面的内容，大多直接基于Landsat数据开展教学。随着遥感数据规模不断增长，传统的单机模式受限于硬件的性能，已经不能对遥感大数据进行有效快捷的处理和分析。以Google Earth Engine为代表的遥感云计算平台提供了性能计算资源，能够对海量遥感数据进行实时访问、处理和可视化分析，代表了未来遥感大数据处理的发展方向[9-10]，补充基于Google Earth Engine的图像处理和应用内容能够扩展学生这方面的知识和技能。机器学习在遥感图像地物分类与识别等领域具有突出优势，但是实践教学中仍然使用K均值分类法、最大似然法等传统方法，而这些方法在实际工作中已很少被使用，需要在遥感图像分类等实践教学中引入以随机森林、CNN等为代表的新分类算法。

3）强化案例教学。近些年来，我国高校正在积极开展工程教育专业认证。工程教育认证标准明确提出要培养学生解决复杂工程问题的能力[10-11]。传统的遥感数字图像处理课程实践内容侧重与相关理论教学内容的结合，通过配套实践操作加深对理论知识的理解。但是这样的模式割裂了实践技能之间的联系，不利于培养学生综合运用所学技能解决遥感复杂工程问题的能力。在基础专项实践之外，需要设计若干遥感综合应用案例，通过具体实例将遥感图像处理各项操作有机组合在一起，提高学生运用所学实践技能解决遥感复杂工程问题的能力。

4）以学生为中心。成果导向教育（OBE）理念的核心是以学生为中心[12]，这也是工程教育认证的核心理念。在教学过程中要强调学生的主体位置，在实践中首先提出需要探索的问题引导学生思考，鼓励学生运用所学知识构建解决方案，然后采用课堂讨论、教师演示等方式开展实践教学。通过这样的方式，能够调动学生学习的主观能动性，培养学生主动思考问题的意识和能力。

5）重视过程考核。针对不同的实践内容制订面向实践教学全过程的多元化考核方式。对于演示性和验证性实习如遥感图像处理软件介绍、遥感图像几何校正等内容，采用以实践课堂学习态度评分和课后实习报告评分相结合的方式进行考核，一方面能够衡量学生在实践教学过程中的表现，另一方面能够反映学生在课后复习和完成作业过程中的表现。对于综合性实习，如植被动态变化遥感监测、土地覆盖遥感制图等内容，采用以实践课堂学习态度评分、课堂实习任务完成状况评分和课后实习报告评分相结合的方式进行考核，相比于演示性和验证性实习，综合性实习考核增加了对学生在课堂上思考问题和解决问题能力的考察，能够更有效地反映学生遥感数字图像处理实践能力。

4 结 语

在现阶段工程教育认证、一流课程建设等教学改革与遥感技术飞速发展的大背景下，遥感专业课程尤其是实践课程建设面临新的机遇与挑战。遥感数字图像处理是承上启下的重要课程，具有很强的技术性，对于培养学生实践动手能力与解决遥感复杂工程问题能力具有重要意义。本文在分析遥感技术发展以及遥感数字图像处理课程实践教学存在问题的基础上，从教学思路、教学方法、教学内容、考核方式等方面提出了针对性的改革建议，以适应新的形势，更好地满足时代发展对遥感专业人才的要求。