［摘 要］ “遙感圖像處理及應(yīng)用”課程作為重要的遙感專業(yè)課程，面臨著一系列挑戰(zhàn)和問題。課程涉及跨學(xué)科內(nèi)容，從遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)到數(shù)字圖像處理，具有實踐性和創(chuàng)新性，但存在教材內(nèi)容滯后、教學(xué)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(jié)設(shè)計了改進(jìn)措施。在理論教學(xué)部分運用案例分析法、學(xué)生討論法、選項提問法提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，在實驗教學(xué)部分利用流程圖法、現(xiàn)場演示法、思維發(fā)散法覆蓋專業(yè)應(yīng)用實驗，以及引用多元化教學(xué)模式完善線上教學(xué)內(nèi)容。通過不斷的課程完善和教學(xué)方法創(chuàng)新，旨在培養(yǎng)專業(yè)領(lǐng)域遙感技術(shù)應(yīng)用人才，推動遙感技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。

［關(guān)鍵詞］ 遙感技術(shù)；圖像處理；教學(xué)創(chuàng)新；應(yīng)用能力

［基金項目］ 2024年度北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“數(shù)字化教育教學(xué)”改革項目——“新質(zhì)生產(chǎn)力視角下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)課程數(shù)字化建設(shè)”（SZJG20240203）；2024年度北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“數(shù)字化教育教學(xué)”改革項目——“人工智能+大化工”特色的模式識別基礎(chǔ)課程建設(shè)（SZJG20240206）

［作者簡介］ 胡粲彬（1985—），男，江西余干人，博士，北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，主要從事遙感信息處理研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)用”課程的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)

（一）課程現(xiàn)狀

遙感技術(shù)在地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，遙感圖像處理及應(yīng)用的需求也在不斷增加。首先，遙感技術(shù)可以通過航空攝影、衛(wèi)星遙感等手段獲取大范圍、高分辨率的地面圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)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(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供重要數(shù)據(jù)支持。其次，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遙感圖像處理技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和完善，從最初的圖像簡單處理到現(xiàn)在的高級遙感圖像分析和空間信息系統(tǒng)技術(shù)，遙感圖像處理已經(jīng)成為研究和應(yīng)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(shù)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(yīng)用的內(nèi)容納入課程設(shè)置，以滿足學(xué)生對于這一領(lǐng)域知識技能的需求［1］。北京化工大學(xué)開設(shè)的“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程的內(nèi)容豐富，涵蓋廣泛，既適用于不同專業(yè)和研究方向的學(xué)生的需求，也針對化工行業(yè)的遙感應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生能力，為學(xué)生未來的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，2019年，教育部召開“智能教育戰(zhàn)略研究”研討會，同時，明確了大數(shù)據(jù)智能技術(shù)、跨媒體智能技術(shù)、群體智能技術(shù)、混合增強(qiáng)智能技術(shù)及自主智能系統(tǒng)等五大主要技術(shù)方向。2022年12月舉辦的國際人工智能與教育會議，更是強(qiáng)調(diào)了數(shù)字教育資源的建設(shè)與分享、數(shù)字教育實踐的交流借鑒，以更好地適應(yīng)數(shù)字時代教育發(fā)展的新要求。但如何將這些智能技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)前高等教育的遙感專業(yè)教學(xué)，仍處于探索階段［2］。目前，許多高校仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，依賴教科書內(nèi)容進(jìn)行講授，并結(jié)合實習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行實踐。但這種模式限制了學(xué)生對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的深入理解，實習(xí)課程無法滿足學(xué)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(shù)及先進(jìn)的教學(xué)平臺互動系統(tǒng)，以改進(jìn)和拓展當(dāng)前遙感專業(yè)課程教學(xué)流程［3］。

（二）教學(xué)挑戰(zhàn)

目前已有大量涉及遙感領(lǐng)域的教材供本科生和研究生學(xué)習(xí)，但多年的教學(xué)實踐仍然面臨一些教學(xué)挑戰(zhàn)［4］。首先，遙感圖像處理及應(yīng)用領(lǐng)域需要具備豐富經(jīng)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(lǐng)域的專業(yè)人才相對匱乏，學(xué)校往往難以招聘到具備相關(guān)經(jīng)驗的教師。這可能是由于遙感技術(shù)作為相對較新的學(xué)科，培養(yǎng)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(guān)經(jīng)驗的專家和研究人員更傾向于在工業(yè)界或研究機(jī)構(gòu)從事相關(guān)工作，而非投身于教學(xué)。其次，遙感圖像處理需要使用專業(yè)的軟件和設(shè)備，一些學(xué)?？赡苡捎诮?jīng)費限制或技術(shù)設(shè)施條件等原因，無法提供必要的設(shè)備和資源，包括高性能計算機(jī)、遙感傳感器、圖像處理軟件等。缺乏必要的設(shè)備和資源會限制教師在教學(xué)中的操作和演示，也會影響學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)。最后，盡管許多課程注重實踐教學(xué)，但是部分學(xué)生可能仍然缺乏充分的實踐機(jī)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(cè)重于學(xué)生對理論知識的掌握程度，而考核內(nèi)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(nèi)容，但實驗報告成績往往只評價最終提交報告的內(nèi)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(tǒng)的考核方式程序單一，無法真正衡量學(xué)生的實際動手能力、思維與創(chuàng)新能力。

綜上所述，針對以上問題，需要采取相應(yīng)的教學(xué)改進(jìn)措施，提高“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程的質(zhì)量和教學(xué)效果，為學(xué)生的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展提供更好的支持。

二、“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程的設(shè)置現(xiàn)狀

“遙感圖像處理及應(yīng)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(chǔ)知識和學(xué)科背景，因此面向研究生開展的課程更應(yīng)具備啟發(fā)性，激發(fā)學(xué)生對課程相關(guān)領(lǐng)域的興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動思考［5］。

（一）課程特點

“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程以“數(shù)字圖像處理”“電磁場與電磁波”“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”等為先導(dǎo)課程，讓學(xué)生在充分學(xué)習(xí)遙感物理基礎(chǔ)和基本數(shù)字圖像處理方法的基礎(chǔ)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(xué)科性。課程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，如遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、計算機(jī)視覺等，因此需要學(xué)生對涉及學(xué)科和領(lǐng)域有一定基礎(chǔ)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(xué)生學(xué)以致用，有能力使用遙感軟件處理、分析遙感圖像數(shù)據(jù)，同時能夠編程實現(xiàn)算法，將其應(yīng)用于具體的地理、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域中。（3）基礎(chǔ)性與前沿性。遙感圖像處理相關(guān)基礎(chǔ)更新速度快，因此該課程在兼顧遙感圖像處理涉及的基礎(chǔ)理論知識的同時，需要適當(dāng)包含前沿技術(shù)進(jìn)行講解。

（二）課程內(nèi)容

“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程內(nèi)容包含遙感概論、遙感的物理基礎(chǔ)、遙感圖像基礎(chǔ)知識、遙感圖像處理方法和實際應(yīng)用。前兩部分課程內(nèi)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(nèi)容；遙感圖像基礎(chǔ)知識部分作為理論向?qū)嵺`的過渡章節(jié)，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(xù)實踐操作奠定基礎(chǔ)。最后兩部分采用理論結(jié)合實踐的方式完成課程教學(xué)。具體方法如下。

1.體驗類實踐：體驗實踐類教學(xué)意在根據(jù)不同學(xué)生的心理差異化創(chuàng)設(shè)趣味問題情境，激發(fā)學(xué)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(guān)內(nèi)容時，課程采用“理論實踐一體化”的方式，讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)。例如，在“輻射校正”教學(xué)中，教師結(jié)合教材內(nèi)容，創(chuàng)建與實踐教學(xué)相關(guān)的問題場景，利用專業(yè)遙感軟件對圖像進(jìn)行輻射校正。教師在課前首先將實踐課所需軟件及數(shù)據(jù)材料給學(xué)生，采用線上線下教學(xué)相結(jié)合的方式教授軟件的使用方法，并在課堂中實際演示、指導(dǎo)完成基本的“輻射校正”操作。在創(chuàng)設(shè)的問題情境下，學(xué)生更容易被帶動到課堂中，理解每步操作的意義，聯(lián)系理論知識發(fā)散思維，在掌握知識的同時訓(xùn)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(dǎo)權(quán)交給學(xué)生，課堂以學(xué)生為主體，引導(dǎo)其對主體進(jìn)行深度討論和挖掘，對課堂學(xué)習(xí)知識進(jìn)行拓展延伸，促進(jìn)知識體系建構(gòu)。同時，研討式學(xué)習(xí)也鼓勵學(xué)生將學(xué)習(xí)到的遙感圖像處理相關(guān)知識與化工領(lǐng)域的實際應(yīng)用相結(jié)合，自行尋找與課堂內(nèi)容相關(guān)的主題，并對所選內(nèi)容進(jìn)行講解分享。本課程設(shè)定的部分化工領(lǐng)域的研討主題包括：遙感技術(shù)在鹽田變化檢測中的應(yīng)用、雷達(dá)遙感在海洋溢油監(jiān)測中的應(yīng)用、遙感技術(shù)在全球氣候變暖證據(jù)鏈中的應(yīng)用等。在課程的遙感圖像應(yīng)用處理環(huán)節(jié)，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(xué)生自行確定實驗方法，完成各項遙感圖像應(yīng)用主題內(nèi)容。最后在課堂上進(jìn)行算法和實驗的公開展示，并形成紙質(zhì)匯報材料。此教學(xué)方式鼓勵學(xué)生自行探索、發(fā)現(xiàn)并解決問題，同時，課堂展示和報告寫作還培養(yǎng)了學(xué)生口頭匯報和文檔撰寫能力。

三、“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程設(shè)置存在的問題及應(yīng)對措施

（一）課程設(shè)置存在的問題

目前，在“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程中存在以下幾個問題需要改進(jìn)。

1.思政元素不足。當(dāng)前課程中，缺乏對思想政治教育與實踐教學(xué)的有效融合。在實踐教學(xué)過程中，缺乏具體的思政內(nèi)容。在介紹我國在遙感衛(wèi)星的重大進(jìn)展及在環(huán)境監(jiān)測、國情普查等領(lǐng)域的應(yīng)用中，未能充分引導(dǎo)學(xué)生思考技術(shù)發(fā)展與社會責(zé)任，缺少結(jié)合社會實踐的作業(yè)，未能充分發(fā)揮教學(xué)在引領(lǐng)價值觀方面的作用。

2.教學(xué)內(nèi)容滯后。教材內(nèi)容未能與時俱進(jìn)，缺乏對前沿技術(shù)及應(yīng)用的介紹，學(xué)生思維往往受限于教材提供的范圍，缺乏對實踐知識的學(xué)習(xí)應(yīng)用。學(xué)生很難將所學(xué)知識應(yīng)用到生產(chǎn)生活與實踐當(dāng)中，不利于新時代條件下的就業(yè)工作。

3.教學(xué)方式單一。多媒體教學(xué)意味著需要考查PPT質(zhì)量，PPT內(nèi)容決定教學(xué)方式，如果仍是教材內(nèi)容的搬運，學(xué)生只會被動接受專業(yè)知識。盡管課程中融入了多媒體教學(xué)，但本質(zhì)上仍依據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)模式，缺乏必要的課堂互動，很容易形成“教師只在講，學(xué)生只在聽”的場面。

（二）課程設(shè)置應(yīng)對措施

本課程在設(shè)計上主要分為以理論知識講解為主的基礎(chǔ)章節(jié)及實驗操作引導(dǎo)的應(yīng)用章節(jié)。根據(jù)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(dǎo)操作兩種模式融合教學(xué)，在教室環(huán)境中根據(jù)章節(jié)內(nèi)容設(shè)置案例分析法、學(xué)生討論法、選項提問法等方法對專業(yè)知識進(jìn)行詳細(xì)介紹與解答；在實驗環(huán)境中根據(jù)處理操作設(shè)置流程圖法、現(xiàn)場演示法、思維發(fā)散法等方法覆蓋所有專業(yè)應(yīng)用實驗。

1.教室課程教學(xué)手段。教室課程教學(xué)往往采用PPT輔助講解手段，圖片比文字更能深入學(xué)生腦海，文字是圖片的具象化，采用PPT輔助講解引用圖文結(jié)合可兩者兼具。講解專業(yè)知識也主要根據(jù)不同環(huán)境采用不同方法：在講解陌生知識點時，學(xué)生往往表現(xiàn)很難理解，案例分析法引用前沿科學(xué)技術(shù)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(fā)學(xué)生的好奇心，促使其探索新的專業(yè)知識領(lǐng)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(wèi)星、國產(chǎn)遙感軟件的發(fā)展成果增強(qiáng)學(xué)生的自豪感，激發(fā)學(xué)生的求知熱情。教學(xué)過程中難免會遇到重點、難點，通過設(shè)置小組，突出重點，開展討論往往能在講解中達(dá)到事半功倍的效果，不僅能拓展學(xué)生思維能力，還可使每組之間的學(xué)習(xí)方式更具個性化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。在新的課程中為鞏固前一節(jié)課所講的知識，設(shè)置選項對學(xué)生提問，一方面為了防止學(xué)生學(xué)了就忘，防止“把知識還給老師”這種情況；另一方面是考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以及動態(tài)記錄每節(jié)課的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)狀態(tài)。

2.實驗室教學(xué)手段。在實驗室主要引導(dǎo)學(xué)生操作電腦完成相應(yīng)遙感圖像處理內(nèi)容的操作，整個過程建立在學(xué)生自主的基礎(chǔ)上，避免教師在課堂中的過度參與。實驗室教學(xué)手段主要有以下幾點：首先根據(jù)實驗內(nèi)容設(shè)置流程圖指導(dǎo)學(xué)生了解大體實驗步驟，構(gòu)建實踐任務(wù)框架，為學(xué)生指引方向，保持學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索的能力。其次，重點實驗步驟采用現(xiàn)場演示為學(xué)生提供指導(dǎo)，現(xiàn)場演示的優(yōu)點是能夠充分照顧學(xué)習(xí)能力較弱的部分學(xué)生，通過復(fù)現(xiàn)操作增強(qiáng)對重點流程的把握程度。最后，實驗過程中積極引導(dǎo)學(xué)生以發(fā)散性思維考慮流程，不拘泥于課堂上所講的操作，指導(dǎo)學(xué)生融合所學(xué)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(dá)到更高的指標(biāo)。另外，還可引用多元化教學(xué)模式，開展線上教學(xué)，設(shè)置線上課堂，一方面，能便捷布置與收取學(xué)生課后作業(yè)；另一方面，學(xué)生能實時觀看教學(xué)重點、難點視頻，教師收集學(xué)生對于每堂課的意見建議，根據(jù)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新并實時體現(xiàn)在每節(jié)課學(xué)生的反饋上，更好地推動教學(xué)內(nèi)容改革。

結(jié)語

綜上所述，本文通過對北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“遙感圖像處理及應(yīng)用”課程進(jìn)行教學(xué)分析，探討了本課程作為遙感專業(yè)入門的基礎(chǔ)課程，對于培養(yǎng)學(xué)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(yīng)用”課程教學(xué)中存在的問題，包括課程教材內(nèi)容滯后、教學(xué)方式單一等；其次，針對這些問題，本文進(jìn)一步探討了課程設(shè)置情況及問題分析，厘清了課程教學(xué)脈絡(luò)。在審視遙感技術(shù)發(fā)展以及遙感數(shù)字圖像處理課程實踐教學(xué)的問題后，提出了有針對性的改革建議，以適應(yīng)新形勢的發(fā)展，更好地滿足培養(yǎng)高質(zhì)量人才對教學(xué)質(zhì)量的要求。

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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