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针对地理信息科学专业而言,测量成果是地理信息系统的主要数据源之一,测量学是采集和获取地球空间定位数据,建立基础地理信息库的一门测绘类课程,[3]但目前大部分有关测绘综合实习的教材都倾向于测绘类专业,没有针对地理信息科学专业的教材,且教学大纲和内容具有滞后性。因此,在教材方面应针对地理信息科学专业的特点制定测绘综合实习教学内容,着重强调对测量学理论知识的弥补与扩张,强调其与地理信息科学的对地观测体系、遥感、信息科学等方面的密切结合,更好地为数字地球、智慧城市建设服务。
1.2测绘实践实验课时数偏少
随着测绘科技的发展,新方法、新仪器都导致了教学内容的增加,从而导致本专业学生在有限的测绘实习课时内只能掌握基本仪器如水准仪、经纬仪的实战操作而对全站仪等先进电子测量仪器仅限于认识层面,造成许多学生不会操作全站仪。需增加测绘综合实习课时以便学生在充分了解水准仪、经纬仪的基本构造、原理的基础上具有熟练的实际操作技能,此外还能让学生有充分时间了解全站仪并熟练应用全站仪进行角度、高差等测量。
2教学观念和教学方法的改革
注重教学形式、教学内容及有效地组织教学活动可以最大限度发挥实践教学的成效,能更好地促进理论教学和培养社会需要的人才。[4]我校地理信息科学专业相关老师和领导非常重视企业平台等在测绘实践课程中的作用,积极与南方测绘、南通测绘院等企业建立校企联合,以这些企业为依托建立测绘产学研实践教学基地,以达到资源共享。这种校企联合办学的模式有效地解决了学校教学资源不足的缺点;同时在参观中学习是一种很好的教学方式,通过测绘实例展示和工程技术人员的现场讲解激发学生的专业兴趣。测绘综合实习采取了相对自由的教学形式,在实践教学方法上引入了引导式教学模式,学生由被动学习转为主动学习,强调学生的动手能力。
实践环节开始前,对全班学生进行分组,确定实践任务要求学生提前预习;老师主要是布置相关任务,介绍测绘工作流程和大致方法,讲解工作要领和注意事项。具体的测绘工作由实习小组独立完成,以提高学生之间的团队协作能力。在测绘实习过程中,指导老师进行现场指导并随时对学生提问,要求学生有针对性地回答教师提出的问题。此外,为了避免团队中个别学生的滥竽充数现象,在实践中要求每个学生都会使用测量仪器并熟练了解各项技术标准,直到满足技术要求为止,最终提交的实验报告要求每人独立完成。当测量结果误差超限时,鼓励学生独立思考分析误差产生的原因,应重测直到实验数据满足技术精度要求为止,达到提高学生分析问题、解决实际问题的能力并养成良好的测量习惯。
3综合实习成绩评定方法的改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)52-0052-02
近年来,各国都将工程能力的培养理念提升到国家战略高度。欧盟推出“欧洲工程教育的教学与研究计划”,构建欧洲工程教育体系,以增强欧盟国家的创新竞争力;日本一直将科技立国为基本国策。我国政府先后颁布了实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要》等,明确提出“提高质量是高等教育发展的核心任务,是建设高等教育强国的基本要求”。
一、机械设计制造专业教学现状
企业对学校学生的综合素质要求越来越高,对本科的实践教学提出了极高的要求,通过调查了解,大部分高校尤其是省属二类工科院校在创新实践教育方面都尚未起步,还仅仅停留在认识阶段,专业实践教学内容不适应当代制造应用人才的培养要求,更难培养出具有创新能力的创新型人才。传统实践教学的实践多为验证性实践,这不利于学生多向思维,不利于培养学生的工程应用能力,这些都导致了目前我国实践性人才匮乏。因此针对传统的实践教学体系,重组实践教学内容,必须适时调整培养目标,改革培养方案,对现有课程体系进行整合,特别要加强高级应用型人才的培养。结合学校对学生培养质量的要求,以及机械工程学院各专业各学科相互交叉渗透的需要,企业对人才的需求观念的改变和对具有高素质创造性人才的渴求,尽快建立具有机械工程设计制造专业大学生的开放式机电一体化综合实践教学基地,是符合国家高校战略发展要求的。为此应当积极创造条件,尽快把实践教改方案建设好,开展创新教育,充分发挥现有优势,取长补短,搞出自己的特色,建成为在同类高校中有特色、有理念、有经验、有强项、功能逐步齐全、具有校示范和辐射作用的大学生创新实践教学基地。机械工程与自动化学院有硕士学位授予权,拥有机械工程一级学科硕士专业。注重学生厚基础、宽口径、重素质培养。在全国及省部级大学生机械创新大赛、国际工业设计作品大赛、全国大学生“挑战杯”科技大赛、全国大学生数学建模等重大赛事中屡屡取得优异成绩。三十多年来,为国家经济建设培养了大批合格的有用人才,毕业生受到社会普遍欢迎。学院科学研究和学术交流也取得了显著的成绩,已成为学校人才培养和科学研究的重要基地。当然,我校在机械设计及自动化专业实践方面需要针对技术发展、社会需求做出相应调整,实践内容相互联系与协调。
因此,积极开展机械设计专业的教学实践改革与研究十分必要,如何能够在现有的条件下真正提高机械设计专业实践教学的质量和水平,是我们必须要解决的问题。
二、机械设计制造专业综合实践教学改革方案分析与研究
新的机械工程及自动化专业是一个口径更宽的专业,要求学生既能搞设计,也能搞实际操作,因此,要求设计综合性实践,提高学生动手能力、实践能力、创新能力和综合素质是十分必要的。其实,国内高校不同专业的许多教师进行了不断的探索与研究。传统实践教学的实践多为验证性实践,不利于培养学生的工程应用能力。紧密结合我校实际,根据我们的机械工程学院院级教学研究项目的实践情况,经认真分析、充分讨论,提出先组合、后融合,循序渐进的改革思路,综合实践内容的规划方案体现出发展的动态特点。最终提出该发展过程需要解决的问题和解决途径,为机械设计制造及自动化专业基础综合实践提供一条可持续的发展近期和远景规划。具体的实践方案是:针对传统的实践教学体系,重组实践教学内容,提升教学实践档次,加强基础动手训练、学科强化训练以及综合调试设备训练的能力。本项目根据拟订实施方案重组实践教学体系,将培养学生实践能力的总目标分解为基础训练、学科训练、综合训练三个层次。①基础训练:包括工程认知、计算机制图与测绘等。通过实践教学能掌握到基本的实践操作方法,能够正确地使用仪器设备,准确地采集实践数据;认真观察实践现象,进行分析判断、逻辑处理、做出结论的能力。②学科训练:包括电工电子技术、先进制造技术、材料成形技术等。该层次实践主要机械原理、机械零件设计、电工电子技术等。③综合训练:该层次实践主要结合工业生产过程、模具CAD/CAM基础、CAE技术与应用、应用微机原理、自动控制原理、计算机仿真技术与应用等,培养学生解决实际问题的能力;同时,所提供的实践设备覆盖面宽、专业性强,可适应机电类类多门课程实践。其中将A/D数据采集引入气动拼装综合实践台,数控设备网络远程程序上传下载实践装置和伺服运动控制台等设备填补了国内在实践设备上的空白。
三、机械设计制造专业教学改革的价值和体现
1.学术价值。研究的理论成果被国内外近十种刊物所发表;发表的十多篇论文被中国科学引文数据库、中国人文和社会科学论文统计与分析研究数据库所收录;被国际三大检索收录5篇。理论成果和教学实践是教学改革广泛开展的有利条件。
2.实践意义和社会影响。①提高了教师的科研意识和能力。实践教改的深入开展,对广大教师的科研能力提出了更高的要求,因此教师开始关注研究方法和教育理论知识,进行学科交叉知识的学习。②初步构建了富有教育特色的有效教学理论体系,项目的实施,减少了授课时间,提高了学生自主能动性和动手实践能力。必须开拓新的思路,提高整个教学系统的效率,精心落实每个教学环节,构建有效教学。③探索行之有效的实践模式和教学方法,素质教育的实施也促进了教科研的发展。教师和学生更加关注教学模式和教学方法的创新,实施高效教学,适应未来社会对人才的培养需要。
3.成果的特色。实践教改为本科生课程设计、毕业设计和课外创新制作提供训练平台,为教师和相关技术人员提供技术研究开台,为改善办学重要任务,提高学科水平,增加学校亮点服务,具有以下几个特色:①综合性。为了体现这种课程与课程之间的联系,设计实践基地,将大学的各种实践课程进行了有效的连接与实验。通过实验更深刻地体现专业课程之间的紧密联系,提高学生的专业课程学习的兴趣。②开放性。教学实践采用模块化设计,各模块之间相互独立,功能各异,可选择合适的模块进行连接和实验,可以深刻地体会到工程项目的设计思想,加深了学生对机械产品的设计、组装和调试过程认识。③实际操作性强。所有实验均需学生自主动手完成实验的连线、程序编程和调试,通过实验提高在未来进入社会后的适应能力。另外,通过实验,学生不仅可以对前期学习课程进行总结,还可以对其他专业课程进行学习,如电气、计算机和电子等课程。④创新性。实践教学设备多项填补了国内在此方向实验设备的空白,如伺服运动控制台和数控设备程序上传下载实验箱等。设计的实验创新性强,不仅从理论上进行探讨,而且在实际的平台中进行模拟实践、提供背景案例,激发学生的学习兴趣,鼓励其参与多种交互式活动,充分利用现代信息技术创设学习资源,达到培养团队精神和动手能力的目的。
参考文献:
[1]魏延刚,阎长罡,陈天旗,魏岩.机械工程及自动化专业基础综合实验改革方案的研究[J].教育教学论坛,2012.134-136.
中图分类号:G421 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(b)-0185-02
遥感作为一种高效的探测、获取、分析和处理空间信息的先进技术手段,已广泛应用于各个领域。高等院校是我国遥感专业人才培养的主战场,它提供了一个综合性高、专业性强的平台[1]。在该平台上,可以针对社会的应用需求,塑造学生不同的个体特征,培养出适于不同岗位的研究型、应用型人才。因而,构建旨在培养学生综合素养,并突出其个体特征的课程体系具有举足轻重的作用。特色鲜明的体系可以在提升学生的综合素养的同时,也能够突出学生个体,因而可以更好地满足我国遥感专业人才培养的需求。
现阶段我国为遥感专业人才培养设置的本科专业主要有摄影测量与遥感、遥感科学与技术、地理信息科学等,在这些专业的培养方案中,《遥感导论》和《遥感图像处理》在多数高等院校中都有开设,并为专业核心课程之一,有的高等院校还开设了《数字图像处理》。《遥感导论》和《数字图像处理》两门课程可以视为《遥感图像处理》的前期基础课,因而在课程学期安排上应该提前。
《遥感图像处理》以地理学、测绘学、数理统计、计算机技术等为背景,在学习了遥感技术、图像处理技术的原理和理论基础上,着重介绍遥感信息处理的原理、过程与方法,并掌握遥感图像处理技术的发展动态与实际应用。由于《遥感图像处理》是多学科的交叉,与很多专业都有很密切的联系,而且发展速度较快,在遥感图像处理的教学中,一方面要求不同对象的学生掌握、理解或了解图像处理技术的基本原理;另一方面,还要求不同对象的学生理解或了解遥感图像的成像机理、处理技术和流程等。同时,图像处理技术和遥感技术具有技术更新快的特点,因而还需要学生掌握现阶段的状态以及最新发展情况。除了教学内容和教学方法外,实验教学也是《遥感图像处理》课程的重要的环节,传统的课程教学大都偏重于理论,一些已有的实验也主要是针对特定图像处理的一些应用,缺乏图像处理技术应用与遥感图像特征无缝结合和系统组织。
总的来说,目前的《遥感图像处理》课程体系主要存在以下几个方面的问题[2]:(1)传统的课程体系多注重经典理论,轻实验和实践[3]。除了应该重视理论教学外,有效地利用实践教学环节,有利于学生理解和掌握该课程内容,取得事半功倍的教学效果;(2)传统课程体系脱胎于数字图像处理,和遥感处理关键技术之间存在断裂面,遥感处理知识体系不够完善。
本文以我国高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业为例,针对《遥感图像处理》课程的教学目标,提出了适合高等师范院校本专业领域学生的课程体系的构建方案,并就其实践教学的效果和课程体系特色进行介绍。
1 课程体系的建立
内容的模块化设计是目前课程体系建设的主要方案,在很多高等院校的专业教学中得到了较好地应用[4]。为适于高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业教学需求,通过近10年左右的实践教学,我们将《遥感图像处理》的课程体系结构分为7个模块,如图1所示。
(1)图像基础模块:这一部分主要介绍遥感数字图像的基础知识,主要包括遥感数字图像、遥感数字图像的计算机存储、遥感数字图像的计算机视图与表达等内容,让学生了解遥感数字图像的基本概念和特点,并从计算机存储和显示的角度,定性了解数字遥感图像,引导学生建立遥感图像处理研究和实践的兴趣。
(2)定量遥感处理模块:遥感定量化是当前技术发展的重要方向之一,其分析和处理过程涉及到物理、大气等学科;本科生由于前期所开课程较少,感觉定量遥感处理的难度较大,因而我们主张在本科阶段掌握定量遥感的基础理论和图像处理,深层次处理设置在后续的研究生课程开设。
该模块的主要内容涵盖辐射定标、大气校正、热红外地面温度反演等,以Landsat TM图像为例,了解遥感图像的辐射校正和定量反演的技术方法:辐射定标结合Landsat TM的0级、1级产品,介绍遥感图像数字值(digital number,DN)转换为光谱辐射亮度的方法;大气校正主要讲述基于辐射传输方程的校正方法,结合6S和MOTRAN辐射传输软件包,完成遥感图像的大气校正;热红外图像地表温度反演以Landsat TM6为例,介绍单波段热红外图像的地表温度反演方法和技术流程。
(3)几何遥感处理模块:该模块针对遥感成像的纯中心投影、多中心投影、侧视雷达等不同构像方式,解释它们的几何纠正方法和技术流程;对于多项式纠正方法重点介绍,强度多项式的构建、地面控制点的选择、最小二乘法拟合等相关内容。
(4)数字图像增强模块:数字图像增强模块按照彩色增强、辐射增强、空间域增强、频率域增强、多光谱增强等顺序进行讲解。在这一部分,我们遵循系统深入的原则,基于遥感数字图像处理的实例,帮助学生系统复结并领会各种理论方法之间的逻辑顺序与本质。由于图像处理具有理论性和可视化强的特点,在这个部分教学中,我们希望加强学生对前置基础课程(如《遥感导论》和《数字图像处理》)所学基本理论和方法的深入理解,使其充分认识遥感机理理论知识在遥感图像增强应用中的指导意义,并体会理论本身的魅力。
(5)遥感图像融合模块:该模块从遥感图像融合的目的出发,介绍图像融合的主要方法和技术流程、图像融合结果的性能评估等;联系数字图像增强模块的多光谱增强子模块,以HIS变换、主成份分析、傅里叶变换和小波变换等为基础,阐述遥感图像融合的主要技术方法,并对其方法的缺点进行分析,提出改进的遥感图像融合方案。
(6)遥感图像分类模块:该模块主要包括计算机分类的基本原理、非监督分类、监督分类、计算机分类的新方法、分类结果后处理、精度评估等内容。在这一部分教学中,我们充分发挥图像处理应用性强的特点,选择最小距离法、ISODATA、最大似然分类法等,重点讲述其基础理论和技术方法,激发学生学习兴趣。
(7)变化检测模块:该模块是对前面所学模块的综合运用,向学生展示《遥感图像处理》立体而丰富的专业内容。在介绍遥感图像变化检测意义和技术流程的基础上,重点论述变化检测的分类后比较法和直接比较法;将变化向量分析法(CVA)作为典型算法进行讲述,通过土地覆被变化检测的应用实例,综合遥感图像辐射校正、几何纠正等知识,重点论述变化强度和变化方向的确定方法,并利用图像处理实践提升学生的研究性思维,初步培养学生的创新能力。
2 课程教学实践及其特色
2.1 加强实践教学环节,注重动手能力的培养
本课程主要教学目的是使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、基本技能和发展动态,初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。因而,实践教学能力培养是我们课程建设的核心部分。我们在每个模块中设置了多个实践环节,多角度、多目标的提升学生动手操作能力。
通过理论学习、实践处理等环节,增强学生对本课程的理解,并在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、基本理论和这些理论在遥感图像处理中的应用。近10年的教学实践证明,该课程的实践教学环节较好地调动了学生专业学习的积极性,取得了较好的学习效果。
2.2 内容延伸模块化,形成分层次课程体系
我们依据课程教学内容,构建了授课内容的基本框架,按照教学内容分块设置,根据学生学习阶段、课时安排、专业特色延伸等可以灵活变化,因而给授课内容带来了较大的机动性。
在每个教学模块中首先确定知识体系和拓展专题内容,将这些拓展专题分为偏应用型和偏理论型。每个专题中设置基本内容和扩展内容,形成模块化分层次的课程体系。
例如:在数字图像增强模块中,目前的大多数教材中存在直方图均衡化的内容,然而随着图像处理技术的发展和应用的拓展,人们发现在绝大多数遥感图像增强处理中不适合直方图均衡化处理,因此这部分内容可以不讲或让学生自学。图像增强部分的内容非常多,使学生清楚掌握第一节内容介绍的关键词,课程的延伸内容就会更易理解。根据学科特色和学习层次,可以有意识地引入偏应用专题或偏理论专题,更好地满足不同目标、不同层次的学生的需求。
通过遥感图像处理课程教学内容的分块划分,形成了层次化、模块化课程体系,在确保授课内容体系完整情况下,使内容选择更具条理和可操作性,便于培养不同目标导向的学生,更适于我国高等师范院校相关专业的教学设计。
2.3 多目标人才及其创新能力培养
社会对人才可以从不同的角度加以分类,从生产或工作活动的目的来分析,现代社会的人才可分为学术型(理论型)、技术型、工程型和技能型等。多目标人才就是多功能人才,其特点是多才多艺,能够在很多领域大显身手。当今社会的重大特征是学科交叉,知识融合,技术集成。因而,《遥感图像处理》多目标人才培养是培养学生在各个方面都有一定能力,同时在某一个具体的方面要能出类拔萃。
在高等师范院校地理学背景创办遥感科学与技术、地理信息科学等本科专业的情况下,不同层次、不同培养目标导向,可以让学生针对自己的发展方向选择应用型还是研究型,因而该课程体系更加具有灵活度。我们课程体系中设置的定量遥感模块,可以满足学生在应用型《遥感图像处理》课程中学习到研究型知识,丰富和完善学生的有关遥感处理的知识结构,提升学生的创新能力。实践教学证明,我们的本科生经过该模块的学习,也能够独立完成研究方案构思和具体研究路线设计,并在老师的指导下撰写科学论文。
3 结语
卫星遥感、图像处理技术的迅猛发展,其应用领域愈来愈广泛,该领域受到很多学生的垂青,激发了他们的学习热情。目前很多高等院校都开设了《遥感图像处理》这门课程。如何根据各个高等院校的学科特色、学生特点构建适合自己的课程教学体系、安排好授课内容、提高教学方法和教学手段的有效性是很多高等院校主讲教师最关注的,同时对于提高学生学习兴趣、加强实践应用能力以及培养信息技术时代的创新型人才具有重要意义。
笔者结合多年《遥感图像处理》课程的教学经验,设计了一个课程内容模块化、专题内容可延伸、分层次的课程体系,它采用专题框架,在保证授课体系完整性的前提下,授课教师可以依据人才培养目标、专业特色、学时要求引入模块化延伸内容,有机地将课程教学内容联合在一起,形成多层次、多目标的授课内容。实践证明,该课程体系设置达到了我们高等师范院校相关专业的课程教学预期效果,可以为我国其他高等师范院校的相关专业的《遥感图像处理》课程教学提供参考。
参考文献
[1] 邓磊,赵文吉,胡德勇.遥感课程实践教学模式探索与教改实践[J].科技创新导报,2012(7):136-137.