“遥感图像处理及应用”课程设置和教改措施探究

［摘 要］ “遥感图像处理及应用”课程作为重要的遥感专业课程，面临着一系列挑战和问题。课程涉及跨学科内容，从遥感技术、地理信息系统到数字图像处理，具有实践性和创新性，但存在教材内容滞后、教学方式单一、思政要素融合不足等问题。为解决这些问题，依照课程章节设计了改进措施。在理论教学部分运用案例分析法、学生讨论法、选项提问法提高学生学习效率，在实验教学部分利用流程图法、现场演示法、思维发散法覆盖专业应用实验，以及引用多元化教学模式完善线上教学内容。通过不断的课程完善和教学方法创新，旨在培养专业领域遥感技术应用人才，推动遥感技术的发展与创新。

［关键词］ 遥感技术；图像处理；教学创新；应用能力

［基金项目］ 2024年度北京化工大学信息科学与技术学院“数字化教育教学”改革项目——“新质生产力视角下神经网络和深度学习课程数字化建设”（SZJG20240203）；2024年度北京化工大学信息科学与技术学院“数字化教育教学”改革项目——“人工智能+大化工”特色的模式识别基础课程建设（SZJG20240206）

［作者简介］ 胡粲彬（1985—），男，江西余干人，博士，北京化工大学信息科学与技术学院讲师，主要从事遥感信息处理研究；孙晓坤（1979—），女，河北赵县人，博士，北京化工大学信息科学与技术学院副研究员（通信作者），主要从事遥感信息处理研究；项德良（1989—），男，河南罗山人，博士，北京化工大学信息科学与技术学院教授，主要从事遥感信息处理研究。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）33-0022-04 ［收稿日期］ 2024-04-07

一、“遥感图像处理及应用”课程的现状和面临的挑战

（一）课程现状

遥感技术在地质勘探、环境监测、农业管理、城市规划等领域发挥着越来越重要的作用，随着遥感技术的不断发展和应用范围的扩大，遥感图像处理及应用的需求也在不断增加。首先，遥感技术可以通过航空摄影、卫星遥感等手段获取大范围、高分辨率的地面图像数据。这些图像数据能够提供丰富的地表信息，如地形、植被、土地利用、水资源等，为各种领域的研究和应用提供重要数据支持。其次，随着信息技术的发展，遥感图像处理技术也在不断创新和完善，从最初的图像简单处理到现在的高级遥感图像分析和空间信息系统技术，遥感图像处理已经成为研究和应用中不可或缺的一部分。人们对于能够从遥感图像中获取更多信息、更精确分析地表特征的技术和方法的需求越来越迫切。因此，许多高校开始将遥感图像处理及应用的内容纳入课程设置，以满足学生对于这一领域知识技能的需求［1］。北京化工大学开设的“遥感图像处理及应用”课程的内容丰富，涵盖广泛，既适用于不同专业和研究方向的学生的需求，也针对化工行业的遥感应用培养学生能力，为学生未来的学术和职业发展奠定坚实基础。

2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，2019年，教育部召开“智能教育战略研究”研讨会，同时，明确了大数据智能技术、跨媒体智能技术、群体智能技术、混合增强智能技术及自主智能系统等五大主要技术方向。2022年12月举办的国际人工智能与教育会议，更是强调了数字教育资源的建设与分享、数字教育实践的交流借鉴，以更好地适应数字时代教育发展的新要求。但如何将这些智能技术应用于当前高等教育的遥感专业教学，仍处于探索阶段［2］。目前，许多高校仍然采用传统的教学模式，依赖教科书内容进行讲授，并结合实习环节进行实践。但这种模式限制了学生对关键环节的深入理解，实习课程无法满足学生在实践中的全面需求。因此，迫切需要探索如何充分利用新一代的智能技术及先进的教学平台互动系统，以改进和拓展当前遥感专业课程教学流程［3］。

（二）教学挑战

目前已有大量涉及遥感领域的教材供本科生和研究生学习，但多年的教学实践仍然面临一些教学挑战［4］。首先，遥感图像处理及应用领域需要具备丰富经验和实践能力的教师有效传授知识和技能。然而，由于这一领域的专业人才相对匮乏，学校往往难以招聘到具备相关经验的教师。这可能是由于遥感技术作为相对较新的学科，培养一位合格的遥感图像处理教师需要时间和资源。此外，一些具备相关经验的专家和研究人员更倾向于在工业界或研究机构从事相关工作，而非投身于教学。其次，遥感图像处理需要使用专业的软件和设备，一些学校可能由于经费限制或技术设施条件等原因，无法提供必要的设备和资源，包括高性能计算机、遥感传感器、图像处理软件等。缺乏必要的设备和资源会限制教师在教学中的操作和演示，也会影响学生的实践能力培养。最后，尽管许多课程注重实践教学，但是部分学生可能仍然缺乏充分的实践机会。课程考核方式通常为期末考试成绩+平时成绩，这种方式侧重于学生对理论知识的掌握程度，而考核内容主要依赖于课程教材，即使有时会增加实验报告成绩作为考核内容，但实验报告成绩往往只评价最终提交报告的内容和格式的正确性，而缺少对实验过程和实验效果的全面评价。这种传统的考核方式程序单一，无法真正衡量学生的实际动手能力、思维与创新能力。

综上所述，针对以上问题，需要采取相应的教学改进措施，提高“遥感图像处理及应用”课程的质量和教学效果，为学生的学术和职业发展提供更好的支持。

二、“遥感图像处理及应用”课程的设置现状

“遥感图像处理及应用”课程主要面向院校研究生开展。与本科生不同，研究生具备一定基础知识和学科背景，因此面向研究生开展的课程更应具备启发性，激发学生对课程相关领域的兴趣，引导学生主动思考［5］。

（一）课程特点

“遥感图像处理及应用”课程以“数字图像处理”“电磁场与电磁波”“大学计算机基础”等为先导课程，让学生在充分学习遥感物理基础和基本数字图像处理方法的基础上深入了解遥感成像原理及图像处理方式。课程具有以下特点：（1）跨学科性。课程涉及多个学科领域，如遥感技术、地理信息系统、数字图像处理、计算机视觉等，因此需要学生对涉及学科和领域有一定基础了解和知识储备。（2）实践性。该课程比较注重实践操作，需要学生学以致用，有能力使用遥感软件处理、分析遥感图像数据，同时能够编程实现算法，将其应用于具体的地理、环境、农业、城市规划等领域中。（3）基础性与前沿性。遥感图像处理相关基础更新速度快，因此该课程在兼顾遥感图像处理涉及的基础理论知识的同时，需要适当包含前沿技术进行讲解。

（二）课程内容

“遥感图像处理及应用”课程内容包含遥感概论、遥感的物理基础、遥感图像基础知识、遥感图像处理方法和实际应用。前两部分课程内容以理论知识讲解为主，深入浅出讲解电磁波的特性、遥感平台和遥感器、遥感成像原理等课程内容；遥感图像基础知识部分作为理论向实践的过渡章节，在介绍遥感图像特征的同时介绍遥感图像处理常用软件及其基本功能，为后续实践操作奠定基础。最后两部分采用理论结合实践的方式完成课程教学。具体方法如下。

1.体验类实践：体验实践类教学意在根据不同学生的心理差异化创设趣味问题情境，激发学生自行探索的欲望和解决问题的热情。在讲解遥感图像校正处理相关内容时，课程采用“理论实践一体化”的方式，让学生在实践中学习。例如，在“辐射校正”教学中，教师结合教材内容，创建与实践教学相关的问题场景，利用专业遥感软件对图像进行辐射校正。教师在课前首先将实践课所需软件及数据材料给学生，采用线上线下教学相结合的方式教授软件的使用方法，并在课堂中实际演示、指导完成基本的“辐射校正”操作。在创设的问题情境下，学生更容易被带动到课堂中，理解每步操作的意义，联系理论知识发散思维，在掌握知识的同时训练和提高思维能力。

2.专题式研讨：专题式研讨旨在将课程的主导权交给学生，课堂以学生为主体，引导其对主体进行深度讨论和挖掘，对课堂学习知识进行拓展延伸，促进知识体系建构。同时，研讨式学习也鼓励学生将学习到的遥感图像处理相关知识与化工领域的实际应用相结合，自行寻找与课堂内容相关的主题，并对所选内容进行讲解分享。本课程设定的部分化工领域的研讨主题包括：遥感技术在盐田变化检测中的应用、雷达遥感在海洋溢油监测中的应用、遥感技术在全球气候变暖证据链中的应用等。在课程的遥感图像应用处理环节，教师在讲解遥感图像匹配、分类和变化检测处理的常用方法后，鼓励学生自行确定实验方法，完成各项遥感图像应用主题内容。最后在课堂上进行算法和实验的公开展示，并形成纸质汇报材料。此教学方式鼓励学生自行探索、发现并解决问题，同时，课堂展示和报告写作还培养了学生口头汇报和文档撰写能力。

三、“遥感图像处理及应用”课程设置存在的问题及应对措施

（一）课程设置存在的问题

目前，在“遥感图像处理及应用”课程中存在以下几个问题需要改进。

1.思政元素不足。当前课程中，缺乏对思想政治教育与实践教学的有效融合。在实践教学过程中，缺乏具体的思政内容。在介绍我国在遥感卫星的重大进展及在环境监测、国情普查等领域的应用中，未能充分引导学生思考技术发展与社会责任，缺少结合社会实践的作业，未能充分发挥教学在引领价值观方面的作用。

2.教学内容滞后。教材内容未能与时俱进，缺乏对前沿技术及应用的介绍，学生思维往往受限于教材提供的范围，缺乏对实践知识的学习应用。学生很难将所学知识应用到生产生活与实践当中，不利于新时代条件下的就业工作。

3.教学方式单一。多媒体教学意味着需要考查PPT质量，PPT内容决定教学方式，如果仍是教材内容的搬运，学生只会被动接受专业知识。尽管课程中融入了多媒体教学，但本质上仍依据传统教学模式，缺乏必要的课堂互动，很容易形成“教师只在讲，学生只在听”的场面。

（二）课程设置应对措施

本课程在设计上主要分为以理论知识讲解为主的基础章节及实验操作引导的应用章节。根据这两部分提出以下教改措施：在课堂上采用教室PPT辅助讲解及实验室引导操作两种模式融合教学，在教室环境中根据章节内容设置案例分析法、学生讨论法、选项提问法等方法对专业知识进行详细介绍与解答；在实验环境中根据处理操作设置流程图法、现场演示法、思维发散法等方法覆盖所有专业应用实验。

1.教室课程教学手段。教室课程教学往往采用PPT辅助讲解手段，图片比文字更能深入学生脑海，文字是图片的具象化，采用PPT辅助讲解引用图文结合可两者兼具。讲解专业知识也主要根据不同环境采用不同方法：在讲解陌生知识点时，学生往往表现很难理解，案例分析法引用前沿科学技术实际案例，这样既可以对枯燥的知识点做过渡讲解，又能激发学生的好奇心，促使其探索新的专业知识领域，还能引入思政元素，建立良好的价值观，可通过近年来我国在遥感卫星、国产遥感软件的发展成果增强学生的自豪感，激发学生的求知热情。教学过程中难免会遇到重点、难点，通过设置小组，突出重点，开展讨论往往能在讲解中达到事半功倍的效果，不仅能拓展学生思维能力，还可使每组之间的学习方式更具个性化，提高学生学习效率。在新的课程中为巩固前一节课所讲的知识，设置选项对学生提问，一方面为了防止学生学了就忘，防止“把知识还给老师”这种情况；另一方面是考查学生的学习情况，以及动态记录每节课的教学质量与教学状态。

2.实验室教学手段。在实验室主要引导学生操作电脑完成相应遥感图像处理内容的操作，整个过程建立在学生自主的基础上，避免教师在课堂中的过度参与。实验室教学手段主要有以下几点：首先根据实验内容设置流程图指导学生了解大体实验步骤，构建实践任务框架，为学生指引方向，保持学生自主学习探索的能力。其次，重点实验步骤采用现场演示为学生提供指导，现场演示的优点是能够充分照顾学习能力较弱的部分学生，通过复现操作增强对重点流程的把握程度。最后，实验过程中积极引导学生以发散性思维考虑流程，不拘泥于课堂上所讲的操作，指导学生融合所学知识考虑对遥感图像处理的每一步是否能做出改变，使总体能达到更高的指标。另外，还可引用多元化教学模式，开展线上教学，设置线上课堂，一方面，能便捷布置与收取学生课后作业；另一方面，学生能实时观看教学重点、难点视频，教师收集学生对于每堂课的意见建议，根据学习情况进行教学内容的更新并实时体现在每节课学生的反馈上，更好地推动教学内容改革。

结语

综上所述，本文通过对北京化工大学信息科学与技术学院“遥感图像处理及应用”课程进行教学分析，探讨了本课程作为遥感专业入门的基础课程，对于培养学生基本思维能力和实践动手能力具有的重要意义。首先，本文指出了“遥感图像处理及应用”课程教学中存在的问题，包括课程教材内容滞后、教学方式单一等；其次，针对这些问题，本文进一步探讨了课程设置情况及问题分析，厘清了课程教学脉络。在审视遥感技术发展以及遥感数字图像处理课程实践教学的问题后，提出了有针对性的改革建议，以适应新形势的发展，更好地满足培养高质量人才对教学质量的要求。