数字图像处理实验报告范文

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关键词： 双语教学； 遥感数字图像处理； 遥感； 地理信息系统

中图分类号：TN911.72 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）10-73-03

Preliminary discussion on the bilingual teaching of remote sensing digital image processing

Chen Fengrui

（College of Environment and Planning， Henan University， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： Remote sensing digital image processing is one of the key courses in geographic information system specialty. Considering the characteristics and teaching status of its bilingual teaching， this paper presents a series of reform measures to promote the students' learning interest and enhance their understanding abilities， including optimizing teaching contents， improving teaching methods， and improving examining evaluations etc. These will give references to others who also want to run bilingual teaching.

Key words： bilingual teaching； remote sensing digital image processing； remote sensing； geographic information system

0 引言

遥感是20世纪60年代以来在地球科学、测绘科学、空间科学、电子科学、计算机科学等学科交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门综合性对地观测技术。随着国内外一系列遥感卫星的成功发射，多种类型的遥感影像被获得，这些数据已广泛应用于农业、林业、气象、水文、军事、地质、海洋、环保等领域，成为人们生活的一部分，不断改变着人类对世界的认知。目前国内已有140多所高校开设了地理信息系统本科专业，遥感数字图像处理是该专业的核心课程，一些专家结合本单位的实际情况已对该课程的教学改革和实践作了大量的研究和探索，极大地提高了该课程的授课水平。

然而对遥感数字图像处理双语教学来说，其还处于探索阶段，尚未引起足够重视。双语教学是指对教学大纲中设定的课程使用两种语言授课，为了实现与世界一流大学的交流与合作，培养具有国际竞争力的复合型人才。2011年9月，国家教育部《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》明确提出今后本科教育20%以上课程必须采用双语教学。和其他双语课程一样，该课程目前同样遭遇双语教学内容、师生英语水平、教学方法以及考核方式等方面的问题。本文旨在对这些问题进行初步的探索和讨论，以增进学生对遥感科学问题的理解，提高学习兴趣，这对提升遥感数字图像处理双语教学质量具有重要意义，同时可为同类院校该双语课程的开设提供一些参考。

1 教学内容优化

与传统教学不同，双语课程选择教材要兼顾中英文内容。为了避免学生初次接触双语课程的不适，确保该课程由传统教学模式平稳过渡到双语教学，我们分别选择了一本中文和一本英文的教材，以英文教材为主，中文教材为辅。目前比较有代表性的遥感数字图像处理英文教材有：John R. Jensen的《 Introductory Digital Image Processing》[1]、John A. Richards等的《Remote Sensing Digital Image Analysis》[2]、Robert A. Schowengerd的《Remote sensing： models and methods for image processing》[3]等。通过对这些教材进行详细的内容对比和结构分析，并综合考虑学生的接受能力等因素，选择John A. Richards的教程作为英文教材，该教材已重印到第5版，被国外高校广泛采用。中文教材则在对比分析钱乐祥编著的《遥感数字影像处理与地理特征提取》[4]、韦玉春等的《遥感数字图像处理教程》[5]和朱文泉等的《遥感数字图像处理》[6]等教程基础上，选择韦玉春主编的教程作为中文教材；此外，针对这些教程注重理论算法，对算法引导相对不足的弱点，我们又借鉴了冈萨雷斯等的《数字图像处理》[7]，利用该教程翔实的实例，加快引导学生对遥感数字图形处理算法的理解。通过对以上教材内容的消化吸收，理论课内容安排见表1，兼顾课程内容的完成性与逻辑性。在完整性方面，该课程涉及遥感影像的整个处理流程，包括预处理、增强、信息提取、以及信息应用等内容；依照处理流程顺序来设置课程使内容之间更具逻辑性；为了便于学生学习，设置第四讲遥感图像变换，主要讲授光谱域变化（主成份分析等）以及空间域变换（傅立叶变化、小波变化等）等内容，为接下来频率域影像增强和遥感影像融合等内容的讲解提供知识铺垫。

遥感数字影像处理也是一门实践性很强的课程，实验环节同样非常重要。实验课中，在老师指导下，学生利用遥感图像处理软件完成遥感影像处理，从而进一步理解和掌握遥感图像处理的原理和方法。目前，国际上主流的遥感图像处理软件有ENVI、ERDAS以及PCI等，每个软件均有各自的特点。本课程采用ENVI作为实验软件，原因在于：①ENVI是基于IDL语言开发的，它允许用户根据自己的特定需求对软件的特性和功能进行扩展或自定义，这是其他遥感软件难以比拟的；②自2007年开始，ITT Visual Information Solutions与ESRI公司开展全面战略合同，所以ENVI完全支持ArcGIS的GeodataBase等数据格式；③IDL是一种专门针对图形图像处理与可视化的高级语言，选用IDL进行教学能快速提高学生的编程能力和对处理算法的理解力。鉴于实验课时的限制，无法对所有内容逐一实验，基于理论课安排，同时参照在《ENVI遥感图像处理方法》[8]等教程基础上，选择遥感数字影像处理中最重要的实验作为教学内容，以问题为导向培养学生的学习兴趣。遥感数字图像处理实验课程设置为24个课时（表2），内容大体分为两类：验证性实验和综合性实验。验证性实验加深和强化学生对遥感影像处理基本理论、方法的认识，如影像校正、影像分类等；综合性实验强化和升华验证性内容，要求学生能够综合利用多种影像处理方法来解决某一问题，如利用遥感影像研究某区域土地利用变化，该实验涉及影像预处理、增强以及分类等多种处理技术。

2 完善教学方法

2.1 教学方式

教与学相互促进，传统授课模式以老师讲解为主，学生处于被动学习状态，难以调动他们的学习积极性。双语教学要注重引导，以问题为导向，采用启发式、讨论式、研究式、互动式等授课方式，引导学生深层次、多角度地思考问题，从而激发他们学习的主观能动性。通过社会关注的热点以及与我们生活息息相关的事情引出遥感所要解决的问题，使学生感受到知识的价值和重要性。例如通过确定耕地减少问题引出遥感影像分类和变化监测技术，接下来对这些技术进行详细的讲解和分析，让学生明白利用这些技术对不同时像TM影像分析即可解决该问题；最后在实验课上让学生进行具体实践，进一步增强他们对遥感数字图像处理的理解和认识。在课堂结束时把一些相对简单及次要的问题抛给学生，让他们通过课下查阅资料，上网等途径提出解决方案，在接下去的课堂上讨论，之后老师再做详细的阐述，如此培养学生独自解决问题的能力。

2.2 语言引导

双语教学不仅要求教师精通专业知识，而且具有较高的英语口语水平，能够熟练地用英语表达。遥感数字图像处理双语课程安排在第五学期，通过前四个学期大学英语的学习，大部分学生通过了国家英语4级或6级考试，具备学习双语课程的语言基础；然而中国学生英语听、说、读、写四项能力中，听和说的能力最弱，这将严重影响双语课程的效果。英语听力的提高是一个漫长的过程，不但需要学生在课外多下工夫，教师的语言引导也至关重要。教师备课时一定要弄准相关单词的读音，确保课堂上正确发音，否则会误导学生，同时引导学生从最基本的单词开始，规范读音，不断练习，这样方可听懂课堂内容并提高听力水平；其次，要求学生提前预习课程内容，通过查字典等手段解决生词，理清专业单词的读音及汉语意思，并逐句理解课文内容，逐渐提高他们的阅读能力；此外，鼓励学生在课堂上使用英文来回答问题及讨论问题，通过不断的“说”来提高他们的口语能力。专业课双语课程的学习是促进学生提高个人外语水平的一个重要途径，为他们进一步学习打下坚实的英语基础。

2.3 建立兴趣小组

建立兴趣小组，鼓励学生自主学习和研究。兴趣小组的组建采用自由组合原则，每组5-6人；小组成员在实验结束后发表自己的观点，讨论该实验的重点、难点以及注意事项，并共同完成实验报告。在综合性实验部分，老师不再统一设置实验题目，每个小组根据其兴趣爱好自行选择题目，独自收集实验数据和资料，制定实验方案，并最终完成实验，而教师只在必要时及时地介入。通过组建兴趣小组，培养学生参与科研的兴趣以及独自解决问题的能力。

3 考核方式

当前很多高校把期末考试成绩作为学期考核结果，导致许多学生平时不努力，仅在考前突击，难以反映其真实水平；而国外大学通常将考试分为若干次，每次考试的成绩按相应比例计入最终成绩，这样做可有效避免上述问题。为此，环境与规划学院从2015年开始引入期中考试，由期中、期末考试以及其他考核等共同决定最终的考核成绩。

考核方式多样化，除期中和期末考试外，还将平时考勤、实验考核、实验报告等内容纳入最终的成绩计算。我们采用如下考核形式：考勤占10%，实验及实验报告占20%，期中考试成绩占30%，期末考试成绩占40%。由于该课程是双语教学，因此在考核中也应得到体现，例如期中和期末考试的部分试题以英文形式出现，要求学生同样用英文作答。实验考核从实验内容中随机选取，每个实验均设置考核要点，要求学生在规定时间内完成实验操作，然后根据他们的完成情况评定成绩。

4 结束语

遥感数字图像处理是一门理论性和实践性都很强的课程，实践证明：通过双语课程的学习，学生不仅能系统地掌握遥感数字图像处理的基础知识和一系列处理方法，还能养成良好的英语学习习惯，这为他们走向工作岗位或继续攻读学位奠定了良好的基础。然而双语教学是一个大的系统工程，不仅需要老师具有很强的理论水平，同时要求教师在授课的过程中不断地学习，提高英语能力、完善教学技巧及方法，及时总结教学经验，这样才能更好地引导学生利用遥感专业知识分析和解决问题，逐步培养其独立科研能力。

参考文献（References）：

[1] John. R. Jensen. Introductory digital image processing[M].

NewYork： Prentice Hall，1996.

[2] John. A. Richards. Remote sensing digital image analysis[M].

Berlin： Springer，2012.

[3] Robert. A. Schowengerdt. Remote sensing： models and

methods for image processing[M]. NewYork： Academic press，2006.

[4] 钱乐祥.遥感数字影像处理与地理特征提取[M].科学出版社，

2004.

[5] 韦玉春.遥感数字图像处理教程[M].科学出版社，2007.

[6] 朱文泉，林文鹏.遥感数字图像处理[M].高等教育出版社，

2015.

[7] R. C. Gonzalez. 冈萨雷斯.数字图像处理[M].电子工业出版

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多媒体无损压缩试验。实验内容为目前常用的二种无损压损编码：霍夫曼编码和算术编码。霍夫曼编码是Huff-man于1952年提出的一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，一般用来压缩文本和程序文件，常用的JPEG图像压缩中也出现霍夫曼编码。其以二叉树建立字典表，将出现概率最大的字符用最少的编码表示，反之出现最少的字符用最长的编码表示。实验要求用MATLAB程序实现霍夫曼编码，程序要求提供简单的输入界面，给出关于输入要求（个数、输入范围等）的提示，程序能对输入的数据进行检查，发现不符合要求的数据（比如出现负数）能给出报错信息。对输入数据进行霍夫曼编码，给出最终编码结果，并计算压缩率，给出完整实验报告。这个实验融合了已经学习过的matlab知识和本课程学习的无损压缩知识。作为第一个实验，难度相对比较低，起引发学习兴趣的作用。第二个关于无损压缩的实验是用matlab实现LZW编码，LZW是AbrahamLempel、JacobZiv与TerryWelch提出的一种无损数据压缩算法，以三个发明人的姓的第一个字母组合得名，将要压缩的文本中，自动地建立一个先前见过字串的字典，每一次一个字串在字典中并被见过，那么文字中，附加在单一字符后，接着该字串的一个较长文字，就会被储存到字典中，输出字典的整数索引。该压缩方法目前广泛应用于TIFF/GIF格式图像压缩中，以及Linux、Unix操作系统中文件的压缩，和实际生活应用贴近，故容易激发同学的兴趣。同学们用自己编制的压缩程序对文本文件进行压缩，然后要求用winrar程序正常解压，实验难度逐步提高，增加挑战性。

2数字声音编码实验

该部分有两部分内容。实验内容1为比较不同采样率下PCM音频编码的效果，用cooledit软件，分别用单声道、双声道、4.8K采样率、8K采样率和16K采样率获得PCM数字信号，然后播放，体会声音质量是否有变化。此部分内容相对简单，为书上内容的实验。实验内容2则在此基础上更近一步，目前实际应用中直接以PCM编码呈现的语音相对资源较少，更多接触的是比如：AAC（数字电视、网络电视）、AC-3（数字电视、DVD声音）ALAC（苹果公司）、ALS、AMR、ATRAC（索尼公司），FLAC，G722、Codec2（网络电话），MP3、OGG（音乐）、SVOPC（skype语音）等声音编码。这些语音编码在开源代码ffmpeg中都有支持。因此实验2要求同学们了解熟悉ffmpeg开源程序，自行到ffmpeg网站下载ffmpeg程序，依据个人情况，能力强的同学下载源码自行编译，其他同学可以下载可执行代码，然后分别在电脑CD中播放一首CD效果的歌曲，采取内录音方式、采用相同采样率，用ffmpeg编码为以上这些音频格式，然后比较各种编码格式解码后的数据，流听并评判音质质量，同时比较各压缩文件的大小。实验最后为各位同学介绍2012年底最新推出的一种音频压缩格式OPUS，用OPUS官网给出的代码压缩前述音频数据。通过介绍最新知识，提高同学们的学习兴趣。

3JPEG图像压缩与编码

JPEG图像大家较为熟悉，要求大家首先用Matlab自己编写JPEG编码程序，复习以往其他课程学习的DCT变换、量化等知识。本章实验重点放在JPEG2000编码上。JPEG2000是基于小波变换的图像压缩标准，被认为是未来取代JPEG的下一代图像压缩标准。JPEG2000的压缩比更高，而且不会产生原先的基于离散余弦变换的JPEG标准产生的块状模糊瑕疵。JPEG2000同时支持有损数据压缩和无损数据压缩。另外，JPEG2000也支持更复杂的渐进式显示和下载。该部分又分两个实验内容，从JPEG2000官网下载编解码套件：KaKadu。实验内容1：比较JPEG与JPEG2000压缩效率。将一幅细节丰富的图像首先压缩成JPEG，并查看JPEG文件大小，按照JPEG的压缩率运行KaKadu编码程序：Kdu_compress.exe，指定为失真压缩，压缩层次选择设定为一层，然后用Kdu_show.exe查看压缩得到的JPEG2000图像，可以看到在压缩率高的情况下，JPEG2000得到的图像质量明显优于JPEG压缩。实验内容2：体会JPEG2000的特性如分层压缩、支持无损压缩、感兴趣区域编码等。首先用kdu_compress.exe压缩图像，选定为有损压缩，选定层次为10层，分别指定每层的压缩率，将得到的压缩图像用kdu_show.exe显示，显示时允许分层显示，逐步显示各个压缩率下的图像，可以看到随之显示层次的增加，图像质量逐渐好转。介绍JPEG2000支持的无损压缩，让同学们用医学图像（例如CT扫描图像），首先用JPEG压缩，选择高质量、低压缩率压缩，然后用JPEG2000的kdu_compress压缩，压缩参数为无损，然后比较两种压缩得到图像的质量。最后对JPEG2000特有的感兴趣区域编码进行研究，JPEG2000标准中支持两种感兴趣区域编码，UP-shifted和Max-shifted，JPEG2000压缩时分别采用这两种编码参数，对感兴趣区域上移12个位比特平面，选择高压缩率，然后将压缩得到的图像和无感兴趣区域编码相比较。通过这个实验，使同学们了解了未来图像压缩的标准，对小波编码也产生了兴趣。

4颜色空间变换

单纯讲色彩空间对同学们来说吸引力不大，为了提高大家的学习兴趣，可以把色彩空间的应用实例搬到实验中去，让同学们自己体会不同色彩空间的妙用。实验为色彩空间在人脸识别中的应用。在彩色图像中识别人脸的第一步就是肤色提取，在常规的RGB色彩空间由于RGB三色是相关的，故肤色聚类效果不好，无法提取。而图像变换到HSV、HSL空间后，人的肤色聚类效果明显提升，能够初步提取出人脸。实验首先给出一系列不同人种、肤色的图片，同学们将这些肤色的RGB三位信息在MATLAB三维图表中画出来，可以看出这些三维点分布较为分散。然后根据RGB-HSV、RGB-HSL的转换公式，计算出各肤色的HSV、HSL值，同样用三维图表表示出来，可以看到各点分布相比RGB集中，记录下HSV、HSL分布范围后，老师发给大家一张人脸图像，大家根据刚才得到的HSV、HSL空间分布范围，将该未知图像的肤色部分提取出来，然后根据聚类区间对老师提供的10张包含人脸的图片做根据肤色（初步）识别人脸。同学们能看到自己的程序能将图片中的人脸初步提取出来，既能提高实验兴趣，又激发了未来从事图像处理研究的愿望。

5小波与小波变换

小波的内容在数字图像处理课程中有所介绍，因此本课程关于小波的内容必须做到更加深入。本实验分两部分，

实验内容1为小波在频域和时域的定位，与傅立叶变换做比较。利用matlab，给出一个信号注意频率参数可以变化，分别对该信号进行傅立叶变换、短时傅立叶变换和小波变换，傅立叶变换的频谱图显示可以确定频率组成部分，但不能确定什么时候的时域信号会产生对应的频率。而短时傅立叶变换只能大致确定信号频率和脉冲发生时间，时间窗口小则频率窗口大，导致脉冲时间定位准确而频率定位不准，反之亦然。而小波变换的时间窗口有尺度变化的特性，因此无论对脉冲的时间定位还是对频率定位都准确。通过这个实验使得同学们体会到小波在信号分析中的特点。

实验内容2为利用小波工具箱完成小波去噪的研究，在命令行输入命令wavemenu，选择SWTDenoising1-D，然后选择load命令载入信号，在右侧选择db3小波进行5次小波分解，选择“soft”模式去噪，使用默认的参数进行去噪处理，以滑动条控制各级系数的阈值大小，也可以直接在系数图中直接拖动来调整阈值的大小，点击denoise进行除噪处理，并计算残差部分。以上去噪完成后，将去噪后的数据、残差分别导出并保存。选择hard阈值模式代替方才的soft模式，再次对原始信号进行除噪，将去噪结果和残差分别导出并保存。比较二次去噪的效果并自行搜集资料说明为什么会产生如此差异。以上小波实验避免了与数字图像处理课程中小波实验内容的撞车，同学们能从中发现小波新的应用。

6小结

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“数字信号处理”课程一方面以高等数学、线性代数及信号与系统等课程为基础，同时又是相关专业后继课程如DSP原理及应用、数字图像处理等专业课程的先修课程，在教学环节中起着承上启下的作用。该课程的特点是理论性强、概念抽象，涉及大量的数学公式的推导，内容比较枯燥，课程长期以来一直处于教师难教、学生更难学的境况。具体体现在学生学习时缺乏整体把握，对各知识点之间的关系模糊，理论与实践相脱节，学生不能深入理解概念及了解在生活中的实际应用，直接导致学生考前突击背公式应付考试，由于没有真正学懂，使得该课程的合格率不高；同时学生的动手能力差，学习兴趣和积极性不高。针对目前一般本科中存在的这些问题，从教学方法和考核方式上进行了改革和实践，取得了一些成效。

1教学方法的改革

1.1注重知识结构图在课堂教学中的应用

知识结构图是指把所学内容进行整理并制成比较系统完整的知识结构图示，它在心理学中被称为知识网络图。每章内容开始前先构造本章内容的知识结构图，采用知识结构图表达知识线索，使得知识线索清晰可见，学生对一章知识点有一个整体的和宏观的感性认识，待一章结束后，将知识点的架构图重新拿出来复习，有助于学生自我检验对知识点的掌握情况，从而提高数字信号处理课程的教学效果。以下是构造的部分章节的知识结构图。

1.1.1离散傅里叶变化和快速傅里叶变换的知识结构图

本章的教学目标是掌握DFT、DFS及其性质，熟悉几种卷积过程以及他们之间的关系，掌握FFT算法的运算量以及常见算法的原理和特点，并掌握FFT算法的应用。

1.1.2 IIR数字滤波器的设计的知识结构图

这一部分内容重点是IIR数字滤波器的基本概念、分类、特点以及IIR数字滤波器的设计思路和方法、设计步骤和原理。

1.1.3 FIR数字滤波器的设计的知识结构图

FIR数字滤波器的设计的特点是因果可实现。其重点知识包括线性相位和具体设计方法及过程。

1.2注重理论教学与工程应用结合

数字信号处理理论性性强且数学公式推导较多，如果教师上课只注重数学分析，忽视其工程实践应用的讲解，很容易变成一门枯燥的课程，难以调动学生的学习热情。因此数字信号处理教学时可以将看似复杂的理论知识与现实生活中的实例结合，对于提高学生学习兴趣、巩固基础知识是最好的方法。

为了说明信号的采样与重建理论，可以以生活中的CD唱片的制作和播放过程为例，声音是模拟信号，在CD唱片制作时首先要将模拟信号转换为数字信号，这就需要采样，而在CD唱片播放时，又是对数字信号的解调。卷积算法是数字信号处理的一个重要知识点，讲解这个知识点首先要让学生知道它在生活中的应用，如移动通话中回声是经常存在的，通常降低或消除回声的办法就是利用回声估计器与接收路径上的话音流进行卷积，得到一个回声的估计值，再利用减法器减掉这个估计值。滤波器的讲解可以以心电图检查消除工频干扰为案例进行教学。此外采用类比方式讲解，也能够很好地帮助学生理解，如数字滤波器可以比作一个筛沙子的筛子，筛沙的过程就是将细沙子选出来，石头和大沙子留在筛子上面，而数字滤波器的处理过程也是提取有用信号，噪音则不能通过，如此类比，既形象又易记忆。

1.3实验教学采用任务驱动法

“任务驱动”教学法，简单地说，就是“力求以任务驱动，以实际任务为核心，提出问题及要求，引导学生思考，它适用于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力。它强调，学生的学习活动必须与任务或问题相结合，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机。通俗的说，也就是在教学过程中，以完成一个个具体的任务为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中。每个实验相当于一个总的任务，教师在实验课前将任务要求和思考题下发给学生，学生以组为单位将任务分解成子任务，学生根据各自的任务和要求查阅资料，完成程序代码的编写，要求学生做好实验课前的充分准备，实验课上进行编程和调试以及实验结果的分析，并对思考题进行讨论。

以音频信号处理的实验为例，这是一个综合性的实验，要求学生完成语音的录入与打开，以及语音的回放，全程对信号频谱进行分析，为完成任务学生提前查阅查资料，进入实验室后，学生自由组合，2～3人一组看书讨论，分解任务，一步一步完成，每组做完后派一个代表演示讲解，在这样的刺激下，“驱使”学生认真并迅速地完成任务。通过任务驱动法学生能充分掌握语音录入及回放的MATLAB编程，并能深入理解了采样、滤波器等数字信号处理理论。

实践证明，任务驱动教学法能够很好应用于数字信号处理的实验教学，增强了学生学习的主动性。在很大程度上提高了实验课的教学效果。

2考核评价方式的改革

考试方式改革是课程建设及教学质量评价的重要内容，也是因材施教，提高学生学习积极性和开展创新教育的重要手段。加强课程考核方式的改革，是教学改革的必要体现。数字信号处理课程理论性强，应用型强，抽象难以理解。运用MATLAB软件仿真能够有效帮助理解和运用相关知识点。《数字信号处理》课程的传统考核方式是考试，期末考试成绩（70%）+平时成绩（30%），平时成绩包含考勤、作业、课上表现情况。在传统考核方式下多数学生只注重最后的理论考核成绩，对实验重视不够，无法很好地贯彻以培养应用能力为主的实践教学。且学生平时过程考核不够具体化，学生平时成绩差距不大。

2.1考核方式改革的基本思路

为了使学生注重平时的学习过程，提高学习质量，培养学生的综合运用能力，我们逐步对该课程进行考核方式的改革。（1）平时过程考核具体化，含有随堂测试、考勤、作业、课上回答问题情况等。学生学习该课程，普遍觉得理论难，应用模糊，总评成绩一定程度考虑实验成绩，综合全面。（2）逐步调整理论成绩与平时过程考核及实验考核的比例，强化过程性的考核，淡化期末考试。通过考试制度的改革，调动学生的自主学习的积极性，促进教师深入开展教学活动，有利于提高学生的学习成绩，提高教学效果。注重平时实践教学的考核，提高学生对实践动手能力的提高。

2.2考核方式改革的具体方案

2.2.1对该课程采取平时占20%，期末占50%，实验占30%的核算方法。加大平时成绩和实验成绩比例，拉大差距，利于课程进行平时和实验的严格管理和考核方式多样化。

2.2.2平时成绩由原来的教师自定或忽略不计，转为平时成绩具体化，教师在平时的考核上进行改革和完善，平时分由随堂测试、考勤、作业、课上回答问题情况等构成，提高平时实践性分值，利于引导学生多参加实践活动。

2.2.3增加实验考核环节。选取两个设计性的实验，以组为单位，考察每组学生独立完成实验项目的情况，再根据具体项目的评分标准进行成绩评定。主要考核学生对该软件的掌握与使用情况，以及仿真调试结果，软件仿真主要看学生编写程序的思路；其次学生实验报告的撰写也能从一定程度上反应学生的学习态度。实验成绩以五分制（优、良、中、及格、不及格）计算，并将其30%的比例纳入总评成绩。

2.3考核方式改革的成果及不足

2.3.1 通过初步改革，从总评成绩来看，学生及格率有明显的提升，由原来的80%提高到现在的95%。从课上效果来看，改善了平时不学习、不听课，到期末通过死记硬背达到优良的现象发生，使学生更注重平时的表现，积极参与课堂的讨论，积极回答问题，并认真思考每一个知识点在实际中的应用，一定程度上改变了以前那种靠死记硬背能考好、不需要听课理解就能考好的学习态度，同时使得认真听讲的学生与不认真听讲的学生在分数的分配上更趋于合理，更重要是调动了学生们平时学习的积极性。同时，也引导学生注重实践教学环节，改变学习观念。该课程考核方式的改革，已初见成效。

2.3.2 通过课程考核方式的改革，数字信号处理课程的实验效果有了明显提高，学生对实践教学的态度有了深刻认识，也增强了学生实践参与强化意识，对培养实用型人才起到了保证作用。

2.3.3 在实践过程中，也发现一些不足。考核方式改革的着力点主要是过程和零散点，评价学生的主要标准还是期末成绩，期末成绩占的比例还是偏大，学生对教师的平时分还有不重视倾向，期末猛看笔记，猛学，淘以往试卷等现象严重，说明考核的力度不够大，如果设立平时成绩不及格就不准参加期末考试，也许会纠正这一现象，但也会出现教师平时过于随意，存在考试不公现象。

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关键词：遥感地学分析；课程；教学方法

中图分类号：g642.4 文献标志码：a 文章编号：1674-9324（2013）30-0130-02

一、引言

遥感是综合利用物理手段、数学方法，依据地学规律来研究地球表层的资源与环境问题的技术手段，具有现代边缘科学技术明显的综合性的特点，它既是空间技术的必要组成部分，又是联系天文学、地球科学和生物学的纽带，其应用遍布林业、农业、地质矿产、土地资源、环境、水资源、城市规划与管理等各个不同领域[1]。遥感应用研究的基础是需要根据地学应用的目的来建立一定的遥感信息的处理和分析模型，获得能反映地球区域分异规律和地学发展过程的有效信息，而遥感地学分析就是遥感与地学各学科应用之间的一个接口，它既是遥感应用基础研究的重点，也是遥感技术发展的前沿[2]。

《遥感地学分析》是遥感与地学交叉的边缘科学，是应用遥感的理论、方法和技术，应用遥感数据源，实现复杂地学问题的快捷、方便、省时和省力解决的一门课程。该课程是遥感科学与技术专业、地理信息系统专业等本科专业的一门重要专业课程，作为其学习基础的先修课程有《遥感原理与方法》或《遥感概论》、《遥感数字图像处理》、《自然地理学》等。开设该课程的主要目的是巩固、深化学生遥感基础理论知识，学习掌握遥感地学分析的基本原理、方法及模型构建，学习遥感技术在各主要地学领域的应用方法，使学生从遥感的角度认识地理过程和规律。为了实现上述教学目的，可以将整个教学过程分为三部分：基础知识与案例相融合的问题驱动式基础理论教学；具有专业学科背景及地域特色的遥感地学分析教学；完整的项目式实践教学。

二、基础知识与案例相融合的问题驱动式基础理论教学

《遥感地学分析》课程是在学习过遥感相关原理、方法等基础知识的基础上开设的，在基础理论知识这块主要以巩固和深化为主，因此在教学过程中不是简单的重复式教学，不能以灌输的方式再将学过的知识讲解一遍。教学中可以把经典理论知识与案例相融合，将有针对性的案例展示给学生，并采用问题驱动式教学，把案例中涉及的理论知识由浅入深、循序渐进的以问题形式引出，再由学生自行思考、讨论，利用所学基本理论对案例所呈现的现象和问题进行分析和解释，最后由教师对学生的回答给出解释和总结，从而达到巩固和加深基础理论知识的目的。例如，在回顾和地物光谱特性相关知识时，可打开一个多波段影像，在老师的要求和简单提示下，由学生自己动手进行一些简单的数据操作，如可单独打开每一个波段的影像，针对同一位置同一种地物类型进行观察，由学生通过地物在不同波段影像中的色调变化，来直观认识该地物在各个波段的光谱反射差异；然后可打开多个由不同波段组合形式形成的真彩色或假彩色影像，先由学生观察并描述不同影像中地物的差异，分析产生差异的原因；进而进一步讨论多波段影像在遥感应用中的作用，认识到研究地物光谱特性的必要性及波段选择的重要性，掌握地学分析应用中波段选择及波段组合的方法及评价。

上述整个过程中都需要老师根据实际情况有针对性的引导、提出问题、解决问题，从而实现教学的推进。当然，完成这一教学过程除了上述内容外还需做好充分的课前准备和课后总结工作。课前准备有：由老师挑选准备学校所在地的，最好是不同时相的多波段遥感影像数据，在上课之前就分发给学生，由学生通过目视解译、实地踏勘及其他辅助手段（如google earth等），将影像中地物类别判识并标注出来；老师提前将所要讲解的知识点进行提炼，按照知识的连贯性及人对事物认识的过程，将知识点按照由浅入深、层层递进的关系进行组织串联，并设计好影像操作的步骤、环节以及提出的问题。课后的总结主要是在课堂的主体内容结束后，由老师以文字的形式将整堂课所涉及的知识点依次总结罗列出来，保证课堂教学的整体性。

三、具有专业学科背景及地域特色的遥感地学分析教学

在《遥感地学分析》课程中，非常重要的一部

内容就是学习掌握遥感地学分析的基本原理、方法及模型构建，学习遥感技术地学领域的应用方法，从遥感的角度认识地理过程和规律。这部分内容需要讲解一些基础、常用的遥感分析方法，如地学相关分析法、分层分类法、变化检测、定量遥感分析等等，还需要学习遥感在一些主要地学领域当中的具体应用，比如土地资源、林业、农业、水资源、地质等。作为不同学校或不同专业开设这门课程，除了要完成上述基本原理、方法和应用的学习任务外，还应突出专业学科背景特色，根据该专业的学科背景、支撑学科及所处地域特色，深入系统的学习与区域特色及学科背景结合紧密的一个地学领域中的应用。比如新疆大学地处西北干旱区，具有干旱区所特有的一些地理环境特点，在这里长期进行着盐渍化、沙漠化、干旱区流域生态环境及其脆弱性、积雪融雪、冰川、地质地貌等具有地域特色的地学研究。因此在课程该部分内容的学习中，可根据教师或者学校其他研究团队在这些领域中的研究，加入一项专题地学分析学习，将实际的科研工作情况融入到课堂教学中，用实例让学生更直观深刻的理解在这些领域中，各种地学分析方法是如何应用的，应用后能够得到什么样的结果，这些结果有什么样的作用以及如何指导实际的工作。

四、完整的项目式实践教学

实践教学是《遥感地学分析》课程的重要组成部分，对于整个课程内容的串联和实际应用起着至关重要的作用。传统的课程实验是将实验割裂开来，针对不同章节的内容设置多个小实验、单独完成、单独撰写实验报告，这样的实验模式会使学生很难形成解决一个具体问题的整体思路，知识的连贯性不够，运用遥感知识解决问题的能力不能得到很好提升。因此该课程的实验应改变这种传统的独立小实验模式，将实践内容设计成一个完整的项目形式。所谓项目式就是由教师根据科研项目情况及数据可能的获取情况，确定相关选题，选题以能够包含主要的学习内容和知识点、执行一个完整的遥感数据分析流程、能够在有限时间内实现为原则。学生则分成多个小组，自由选择感兴趣的题目，小组成员共同讨论选题实现的思路和方法，通过分工合作完成实验内容，最后各自独立撰写一份完整的项目实验报告。这种实验方式能更多的调动学生参与的积极性，能在一定程度上提高学生分析问题、解决问题的能力，培养团结协作的意识，此外也能体现出知识的连贯性和实用性。

五、结束语

本文根据《遥感地学分析》课程的特点及课程所要达到的教学目的，探讨了针对基础理论知识、地学分析方法和实践教学三个部分的教学方法。认为在遥感基础理论知识部分，应以巩固和深化为主，强调基础知识与案例相融合，由问题驱动的学生自主分析学习；在遥感地学分析的原理、方法及应用部分，强调紧密结合学生所在专业的支撑学科及所处的地域特色和当地的重点研究领域，加入遥感在某个特色领域应用的学习；在实践教学部分，应考虑以一个完整项目式的实验形式代替多个独立小实验，以增强知识的连贯性，提高学生解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]刘琣，贾琸明.遥感的地学应用与发展趋势综述[j].华北国土资源，2005，（1）：19-22.

[2]骆剑承，杨艳.遥感地学分析的智能化研究[j].遥感技术与应用，2000，15（3）：199-204.

篇5

关键词 药物分析 教育教学 方法

中图分类号：G424 文献标识码：A

药物分析是药物自设计、制备、质量检验与控制、药学研究直至临床试验，每一环节均涉及的内容，是我国药学专业规定设置的一门主要专业课程，是整个药学科学领域一个重要组成部分。由于学生学习过程大多难以把握药物分析的学科特点和规律，加之课程内容的枯燥繁琐，学生普遍反映该课程学习难度大。如何全面提高药物分析课程的学习水平和教学质量，是值得教师不断探索的。笔者在长期担任该课程的教学实践中，进行了思考和总结，并有所体会。下面就教学思路及实施方案和教学方法方面的经验心得做一个交流，以期为药物分析课程建设和教育教学积累经验和借鉴。

1 教学思路和实施方案

药物分析是一门实践性很强的专业课程，分析问题和解决问题能力的培养是人才培养的核心。笔者对药物分析教学思路的凝练主要基于两方面的考虑：一是如何将基础理论知识由浅入深、层次明晰地传授给学生；二是如何将开放实验和设计性实验的设计理念融合到理论教学过程中，从而逐步奠定学生独立科研实践的基础。

1.1 理论教学思路和实施方案

依据教学内容和教学大纲，将理论知识进行模块化，确定各模块的教学方式、学时比例、重点难点和模块间的关联性。最新版的药物分析教材（第七版 杭太俊主编）共二十一个章节，按照知识的特点其内容主要分三大模块：基础知识、各类药物的质量控制方法和药物分析新方法新技术。

第一模块基本知识点，包括药品质量标准体系及药品质量控制的基本规律和方法，是学生进一步学习和理解各类药物的质量控制方法的理论基础，该部分按照新的教学大纲安排理论学时约占25%，实验学时约占26%，主要采用以教师的讲述为主和基于问题的探究为辅的教学方式。例如：在药物杂质检查这一部分，重点讲述了一般杂质检查方法中的氯化物、铁盐检、重金属和砷盐检查法等主要知识点后，引导学生思考“看似千差万别的各类一般杂质检查法中，它们本质的设计理念是相同的，这个共性的原则是什么呢？”抛出问题后，以学生为中心，问题为基础，引导学生进行讨论，并鼓励他们积极陈述想法，过程中主要采用启发式教学。当学生普遍掌握该部分知识所涉及科研方法的设计思路后，在讲述特殊杂质检查的过程中，启悟学生思考“各异的特殊杂质检查法，是否有着和一般杂质检查法相同的设计原则？”“在这理念指导下，方法的建立者针对检查对象及其基质的不同，又是如何在来加以改进和变化从而巧妙的解决问题呢？……”在基本知识教学模块教学中，笔者认为透过繁杂的知识点，总结共性规律和方法设计理念，并在讲授过程中选择适当时机抛射给学生，实现以教师讲授为主和基于问题的探究为辅的教学方式的有机切换，能够有效调动学生的积极性和活跃课堂气氛，有利于扩展学生举一反三的思路，能将“透过现象看本质，透过末节抓核心”这一学习方法深入浅出地传授给学生。同时，在“教师讲授”和“学生学习”的课堂互动中，通过教师言传身教和学生的积极参与，可有效地将药物分析学的学习方法形象化地展现给学生。

第二模块是各类药物的质量控制方法，主要是讲述各类型药物的结构特点和性质及其鉴别、检查和含量测定的方法。旨在加深学生对基础理论知识的掌握和培养其研究药品质量的综合素质。该部分理论学时约占60%，实验课时约占56%。本部分主要通过引导学生自主学习和基于重点内容的探究学习来开展教学。为充分利用课程学时，避免自主学习的无方向性和无层次性，将本模块的教学内容按50%进行划分，前50%章节主要以教师活动为主导。通过教师引领和学生学习实践，使学生逐步理解本模块知识的框架结构、学习方法、重点难点等。在这一过程中，教师组织课堂应努力做到：始终围绕全面提高药品质量的主题，抓住药品质量控制的鉴别、检查和含量测定三大方面的基本规律主线，并紧扣各类药物结构特点与分析方法间关系的讲解。同时，教师需通过教学活动潜移默化地将“药物结构理化性质质量控制方法”这一逻辑关系和基本思路传授给学生。有了前期铺垫，教师即可将后50%章节内容的教学过程由“教”变为“导”，通过PBL教学方式将教学过程变成在教师引导下，学生自行探索、自我发现的自主学习过程。具体实施可紧密结合药物分析课程教学内容，将学生按章分组。教师按照教学大纲要求，提前布置章节学习提纲，适当增设与章节相关的趣味思考题或议题，引导学生通过阅读教材内容、访问相关网络数据库，积极主动地汲取知识。各小组通过自学、小组交流、归纳总结、课件设计，培养理顺知识结构、凝炼重点难点的学习能力。之后的课堂教学，教师择优选举代表1～2人，针对小组学习成果，进行多媒体课件演示、陈述和交流。采用PBL教学方式引导学生自主学习，可最大限度地调动学生的积极性，培养自学能力，同时扩展课堂时空范围。

值得一提的是，人既是物质性也是精神性的，教学成败不仅取决于教学活动本身，学生的精神面貌、道德观、价值取向等也影响着人才培养的质量。因此，本模块教学中要有意识地通过一些议题和故事来启迪学生对人良好素养、科研精神等方面的思考。例如进行“抗生素类药物的分析”的教学过程中，笔者引导学生了解“青霉素的发现历程”，进而从弗莱明因“实验失败”而发现青霉素获诺贝尔奖的人生经历角度，启发学生思考“弗莱明是如何发现问题和解决问题的？”“他是以怎样敏锐的观察力从一个“失败”的培养皿中获得启发和成功的？”“他是如何对待科研的？”在讲解 -内酰胺类抗生素的含量测定方法时，通过一个已淘汰的碘量法，从方法设计角度启发学生思考“在当时有限的科研条件下，方法建立者是如何突破思维定势更合理设计空白实验的？如何巧妙地将UV法计算理念引入滴定法中解决摩尔比未知的数据处理难题的？”进行“维生素类药物的分析”的教学过程中，从“各类维生素在人类历史发展进程中的巨大贡献”角度启悟学生“珍视科研成果和敬畏生命”……基于以上，不仅可以培养学生分析问题解决问题的能力，还能有效地将素质教育融合于专业课教学中，激发学习热情的同时，培养正确的学习态度和持之以恒的科研精神。

第三个模块是药物分析新方法和新技术及其应用。该部分理论学时约占15%，实验课时约占18%。本学习阶段，理论教学主要安排两方面教学内容。一方面依据教学进度布置2次社会热点与前沿技术的专题讨论。鼓励学生结合自己兴趣，积极捕捉专业热点与发展前沿，通过检索期刊文献、听取学术报告，确立实践研究课题方向，以小组为单位，撰写例题报告和PPT讲稿，并指派2名代表在全班进行专题汇报交流；另一方面以体内药物分析为研究范围，鼓励学生翻译相关外文文献，小组为单位推荐2～3名代表，用第一人称口吻，以论文答辩的形式来汇报文献工作，由教师和学生5～6人组成的答辩小组可就文献内容和涉及的知识点提问。本模块知识教授的方式，紧紧围绕学生创新能力的培养，使学生在运用中掌握、在探索中创造，同时也增强了学生的质量意识和科研意识。专题研讨会和模拟论文答辩，培养了学生组织、汇报能力的同时，也开阔了视野。

1.2 实验教学思路和实施方案

药物分析实验，其内容涵盖了药学的主要分析手段。从技术角度看，滴定分析是实验操作的基础，在药品质量控制和质量标准的制定中有着广泛的应用。随着分析技术的发展，光谱学及色谱学等仪器分析法越来越受到重视。从实验教学与理论教学的关系看，实验教学的作用之一是辅助和深化理论教学效果。鉴于以上两点考虑，要使实验教学充分地发挥其培养效能，就必须科学地设计实验内容和合理地安排实验进度。

实验内容的筛选要围绕理论课程的重点和难点。在保证验证性实验、综合性实验和设计性实验学时分配比例合理的基础上，要注意设计性实验的开设时机和组织实施。笔者根据本校药物分析课程的教学要求和特点，参照现行版《中国药典》和相关的药物分析试验指导教材，编排了相应的药物分析实验教学实施方案。实验内容从分析项目看，包括鉴别、检查、和含量测定等药品检验的基本程序；从分析方法看，包括酸碱滴定法、氧化还原滴定法、校正紫外可见分光光度法、气相色谱法和高效液相色谱法等常用方法；从分析对象看，包括原料药、单方制剂和复方制剂。

实验进度的安排和组织，以设计性实验为例，笔者鉴于“定量分析方法验证“这部分内容在实际科研中的重要性和学生难于掌握的特点，开设了相应的设计性实验。第四章对这部分内容主要是从定义、规范和计算方法角度进行简单论述。因此，经过此阶段的学习，学生对该部分内容仅停留在感性认识上，在第一模块安排设计性实验则难度较大；到“甾体激素类药物的分析”，本类药物大部分是采用HPLC法进行含量测定，特别适合选作实例来进一步使该知识点形象化、具体化。经过此阶段学习后，布置学生分组进行实验方案预设和陈述；到“抗生素类药物的分析”，选择具体药物进行设计性实验的开展和实施。如此根据知识模块间的关联性，通过三章理论教学与设计性实验教学的有机结合，使学生对“分析方法验证”从感性认识升华到理性认识、从死记硬背上升到自如应用。

“自主性实验”具有科学性、综合性和探索性的特点，一般为较复杂和大型的实验，要求学生能够综合运用所学知识及多种实验技能解决有一定难度和探索性的实验问题，一般于药物分析课程教学结束后开设。自主性实验大致分为三个阶段，实验准备（方案设计）阶段——进行（方案试验、方案实施）阶段——总结鉴定阶段。具体实施方案如下：教师先根据相关的学习内容，提出体现学科发展趋势、注重理论和应用相结合的参考选题，学生结合所学知识和专业特征，以小组为单位，选则自己感兴趣的内容。学生通过查阅资料、进行理论分析和研究，拟定实验方案初稿，并写成书面材料。在这个过程中通过实验原理归纳、技术路线规划、实验所用仪器及耗材准备、实验操作步骤设计等，让学生充分发挥自己的主观能动性和创造性，培养学生分析问题和解决问题的能力。在经集体讨论及教师指导小组审评后形成可行性方案，并付诸实施。实验结束后，师生均要给出详实的实验教学效果总结，同时学生还要按照学术论文的形式写出详实的实验报告。自主性实验教学主要是使学生得到科学研究的全面训练，通过充满探索性的实验过程，让学生体验失败与成功，领略科学研究的艰辛。

2 多种教学方法的合理应用

常言道：“师傅领进门，修行靠个人”。在教育教学中理解这句话意味着教学质量的提高，包含着教师与学生双方的共同努力，而教师应在其中起主导作用。教师作为“传道解惑”的一方，是否想、是否能以及如何将学生领进门，涉及到多方面的因素，如教学态度、教学素养、教学方法等。仅就教学方法而言，有导向式教学法、案例教学法、启发式教学法、构建主义教学法等。

导向式教学法是把教学过程变成一个在教师引导下，学生自行探索、自我发现的过程，从而激发学生主动学习的兴趣。笔者在药物分析的实践教学中，在总结共性规律时，多以问题导向法，使学生的学习过程始于问题而又止于问题，从而有效地帮助学生掌握分析问题和解决问题的思路和方法。

案例教学法是在教师的精心策划下，根据教学内容和要求，运用具体生动的典型案例，将抽象知识具体化、形象化，或将学生带入特定事件的情景进行案例分析，引导学生参与分析、讨论、表达等活动。例如，笔者在讲解提高药品质量标准的重要性和必要性时，引用媒体报道的因药品质量问题而导致医疗事故的新闻来加深学生的思想意识；讲解维生素A的三点校正紫外法，为了便于学生记忆和掌握，引入了学生熟悉的直接紫外测定法案例作为参照，来帮助学生快速地掌握三点校正法的计算过程。实践证明，在教学中恰当适宜地运用案例教学法能给枯燥的专业课程知识增添活力和吸引力，并使课堂教学收到事半功倍的效果。

启发式教学法是在教师的引导下，学生自觉地开启知识大门的一种教学方法，也是教学中应该遵循的一个原则，有利于调动学生的积极性和主动性。笔者多采用这种教学方式，通过讲解药物结构中的官能团来启发学生回忆有机化学知识，从而联想出药物性质。再依据性质联想药物的鉴别和含量测定方法等。这样不断启发联想，从而强化药物的结构与鉴别方法和含量测定方法之间关系的理解。例如：维生素E易水解，水解后产物具有酚羟基结构，而且对位有-O强供电基团，启发学生回忆具有这一结构的化合物的性质，从而联想到氧化还原反应，再由氧化反应的特点，联想到鉴别方法、含量测定方法及贮存条件；通过扩展抗衰老机制的现代研究成果，启发学生联系维生素E在日常生活中的应用，增加课程趣味性。

建构主义教学法是指学生学习过程是在教师创设的情境下，借助已有的知识和经验，主动探索、积极交流，从而建立新的认知结构的过程。它主张学习是学习者主动构建自己知识经验的过程，是通过新经验与原有知识经验的相互作用而不断充实、丰富和改造自己已有知识经验的过程。它强调学习的主动性、实践性、创造性和社会性。通过组织自主实验、社会调查、论文撰写、文献综述、主题演讲和教学评论等教学活动，构建主义教学法可以给学生营造多维的学习环境，激发学生的学习热情，提高学生的综合素质。

3 结语

综上所述，药物分析课程教学为培养学生具备药品质量全面控制能力以及创新能力，在教学思路及方案实施和教学方式方面进行了实践和总结。总之，我们在今后还需在教学过程中持之以恒地探索、总结与创新，才能不断完善教学体系和方法，才能适应新时期对高校教育工作的要求，培养出德才兼备的合格人才。

淮海工学院2012年教学改革研究课题立项课题XJG 2012-1-8

参考文献

[1] 刘冬琳，吴杰.药物分析课程教学改革与创新[J].价值工程，2011（8）：6-7.

[2] 郑尚永.《药物分析》课程教学改革初探[J].广西轻工业，2011（1）：138.