基于ENVI軟件的遙感課程實驗教學改革探討

董建軍

摘要：遙感技術課程具有較強的理論性和實踐性。本文以ENVI軟件為平臺，對生態學專業遙感課程的實驗教學內容、教學方法、教材等方面進行了探討研究，并提出積極優化遙感實驗課程內容和多種實驗教學形式。

關鍵詞：實驗教學；優化實驗課程內容；實驗指導書

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）14-0260-02

遙感（Remote Sensing）應用技術是在地理學、生態學、環境科學、城市科學以及某些社會科學領域得到了廣泛的應用，在經濟建設和國防建設上發揮著越來越大的作用。遙感應用技術是一門實踐性較強的課程，要求學生在掌握基礎理論的基礎上勤思考、多動手。本文利用ENVI軟件為平臺，對生態學專業遙感實驗課程的實驗教學內容、教學方法等進行了探討。

一、基于ENVI軟件的遙感軟件教學

ENVI（The Environment for Visualizing Images）軟件是美國ITT Visual Information Solutions公司的旗艦產品。ENVI軟件是由遙感領域的科學家采用IDL開發的一套功能強大的、完整的遙感圖像處理軟件，它是快速、便捷、準確地從地理空間數字圖像中提取信息的首屈一指的軟件解決方案，它提供先進的、人性化的使用工具來方便用戶讀取、準備、探測、分析和共享數字圖像中的信息。

本課程主要是使學生在掌握數字圖像處理原理的基礎上，學會相關數字圖像處理軟件的應用，從而進一步鞏固在理論課學習中所掌握的知識。實驗教學培養學生綜合運用數字圖像進行解決實際問題的能力，通過對ENVI軟件的操作訓練，使學生更好地理解和把握相關知識。本課程實驗內容分為四個部分，分別是ENVI軟件介紹、幾何校正、圖像增強、數字圖像分類等。實驗教學以教師的演示實驗和介紹為起點，這一步只能使學生對實驗方法有所了解，而使學生要掌握，必須要靠他們自己的實踐。所以實驗教學過程中，適當介紹實驗內容、背景、原理和方法，主要采用1人1組，在規定的時間內，由學生根據實驗指導書完成實驗任務，教師在學生有疑問時，需要引導學生分析問題來完成實驗。同時讓學生加強熟悉ENVI軟件，可自行閱讀幫助文檔進行其他工具的學習。實驗課程考核方法避免了傳統期末考試形式古板的弊端，采用上機操作和編寫實驗報告，成績包括平時上機考核和實驗報告成績，綜合評定學生成績，每項實驗實際操作占40%，實驗報告占60%。

二、基于ENVI軟件的實驗教學內容體系建立

1.教學內容體系建立原則。根據教學與發展的理論提出首先以高難度進行教學原則，結合當前學生的智力情況，教學內容必須改革更新使學生在高難度水平上進行。本實驗課程以前采用加拿大的圖像處理PCI軟件，主要考慮到2007年開始ESRI公司的全面合作，現采用了國際上流行的ENVI軟件，為遙感和地理信息系統的一體化集成提供了一個典型的解決方案。遙感是空間數據采集和分類的有效工具，地理信息系統是管理和分析空間數據的有效工具。兩者是空間信息的主要組成部分，有著天然的聯系。為了適應這種新的用戶需求和未來的技術發展趨勢，更好地為用戶提供服務，ESRI公司與美國ITT VIS公司建立了全球戰略合作伙伴關系，共同開發和建設遙感與地理信息系統一體化平臺。其二以高速度進行教學原則，教師不能講得過多過細，認為不要過分強調“掌握”和技能，有些不需要練得達到純熟程度，有些也不需要有意識地記憶，通過學生無意識記憶，主張以知識的廣度達到知識的深度。特別熟悉遙感軟件，學生一定閱讀相關說明材料擴充學習知識，逐步、日積月累地達到知識深度。

2.教學內容體系構建。結合生態學專業的培養模式，許多內容如數據讀取、數據預處理等須通過具體應用在本學科相關一些問題，才能夠真正掌握和理解。本實驗課程以呼和浩特為例，設計了教學內容體系。具體步驟有：第一，了解ENVI軟件及其軟件體系結構，學習ENVI軟件文件系統和數字圖像的讀入與保存；其二，掌握使用ENVI進行幾何校正，首先了解選取控制點的原則，然后進行選擇控制點，利用ENVI軟件提供的幾何精校正功能進行圖像校正；其三，幾種圖像增強方法，了解ENVI軟件的彩色合成、直方圖增強（反差處理）、空間濾波（平滑、銳化）、波段比值（介紹NDVI的運算）、主成分分析（PCA）、K﹞T變換（穗冒變換）等；最后，進行數字圖像分類，主要學習ENVI軟件的非監督分類和監督分類方法，掌握數字圖像分類技術。這樣教學使學生理解學習過程，具體說讓學生留心怎樣進行學習，怎樣按一定的步驟去解決問題，使學生形成適合于自身特點的學習方法。

從多年的教學實踐經驗中，總結出的實驗教學內容體系設計見下表：

三、課程實驗教學的改革與探討

1.優化遙感實驗課程內容。實驗課程內容是指國家依據基礎教育培養目標和課程目標所規定的，學生通過實驗課程學習有關的知識經驗，它體現了學生實驗素養發展的最基本、最重要載體。

傳統的實驗課程存在的問題主要有：首先，將培養遙感專門人才作為課程內容選擇依據，不論實驗內容、實驗方案設計上學術化傾向都較為明顯，因此不能過分側重學科訓練實驗，而且未必有利于培養學生的創新意識；其次，過分孤立地強調實驗操作技能，傳統的教學內容一般在教學大綱中，單獨列出教學中需要學生學習的遙感軟件實驗基本操作，但重視基本操作并不等于過分強調實驗技能的熟練化，進行專門的、刻板的技能訓練。這些做法既枯燥，效益又不高，是需要改變的。因此實驗課程內容的選擇應有利于學生實驗素養的全面發展，也就是加強遙感實驗基礎知識和基本技能，同時提倡將知識的傳授和技能的訓練與具體的實驗活動結合起來，盡量貼近生活、貼近社會。

2.根據遙感教學內容采用多種實驗教學形式進行教學。在課堂改革的實踐中我們將“遙感實驗演示啟發引導形式”、“學生上機為主，演示為輔，師生結合形式”、“實驗操作解答問題形式”等有機地結合起來，使實驗成為課堂教學結構的主干，保證教學活動中的學生主體、教師主導相互作用的充分發揮。同時教師要在教學中給學生創造發問機會，依據“精講活練”的原則，對學生提問，要堅持有問必答，盡可能使答案符合學生理解的水平。這樣可以激發學生學習興趣，而且可以達到教與學在質的方面提高。

3.遙感實驗編寫單獨實驗指導書非常有必要。實驗指導書內容是實驗課程的具體化，是對實驗課程理念和對實驗課程內容的落實，伴隨著獨立形態的實驗課程的產生，出現相應的遙感實驗指導書非常有必要，將實驗單獨作為一門實驗課程，編寫單獨實驗指導書很重要。對實驗指導書從內容結構到呈現方式進行分析，以準確把握“遙感實驗”的學與教。但當前國內還沒有見到普適性較高的遙感上機實驗指導書，并且各個高校使用的實驗教材多為自己設計、自己編寫的。筆者針對遙感實驗的內容中的問題，結合課程特點自己編寫遙感實驗講義及指導書，設計了幾項實驗項目，以加深學生對遙感知識的理解及應用。

四、結束語

遙感應用技術是現代地理學的重要研究手段之一。它能迅速有效地提供地表自然過程和現象的宏觀信息，有助于揭示其動態變化規律并預測其發展趨勢。遙感技術課程是一門理論性和實踐性都較強的課程。在學習掌握遙感理論知識的同時，必須強化實踐教學，才能達到系統理解遙感理論知識，同時理解遙感實驗在遙感中的重要性的目的。本課程采用ENVI軟件，其目的是培養學生較強的動手能力，使其掌握不同的專業圖像處理系統，有助于學生對專業知識的靈活運用，為今后從事相關工作打下良好的理論與實踐基礎。同時積極改革新思想，積極優化遙感實驗課程內容，根據遙感教學內容采用多種實驗教學形式進行教學，編寫單獨實驗指導書等問題非常關鍵。

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