數字圖像處理實驗報告精選(九篇)

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第1篇：數字圖像處理實驗報告范文

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。

參考文獻：

[1]梅安新，彭望綠，秦其明，等.遙感導論[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]鄭常龍.化學實驗課程與教學論[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]孔祥生，等.《遙感概論實驗》課程教學改革與實踐[J].測繪科學，2013，（1）.

[4]鄧磊，等.《遙感原理與方法》實驗教學改革探索與思考[J].地理空間信息，2013，（2）.

第2篇：數字圖像處理實驗報告范文

關鍵詞 圖像處理；圖像分析；教學改革；教學模式；CDIO

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）03-0106-02

Teaching Reform of Medical Images Processing and Analysis//Tang Min

Abstract Medical images processing and analysis is one of the major foundational courses for biomedical engineering. According to the teaching model of CDIO， several teaching reform measures of medical images processing and analysis are carried out， including combining multimedia approach with traditional teaching method； guiding students to understand knowledge points unitarily； prompting students’ enthusiasm； training practical abilities of students； and fostering thinking mode merged with science， engineering and medicine. The author’s rich practical experiences demonstrate that these teaching reform measures can foster the students’ abilities， inspire their interests and therefore improve the teaching effect greatly.

Key words image processing； image analysis； teaching reform； teaching model； CDIO

醫學圖像處理與分析是研究圖像處理的基本理論及其在生物醫學工程中的應用的一門學科，是生物醫學工程專業的專業必修課。該課程的任務是：系統介紹圖像處理與分析的基本理論和基本方法，側重使學生掌握其在生物科學領域的實際應用，目的是使學生系統掌握數字圖像處理的基礎概念、基本原理和實現方法，學習圖像分析的基本理論、典型方法和實用技術，為在生物醫學工程領域從事研究與開發打下扎實基礎。

醫學圖像處理與分析課程理論抽象，涉及醫學、計算機、數學、物理、信號處理等多個領域的知識，學科之間高度交叉、滲透，學生很難理解其中的相關知識和技術，因此課程起點高，教學難度大[1-2]。筆者在教學方法上也與時俱進，摒棄傳統教學方法的弊端，引入新的教學模式和教學方法，實現培養高質量人才的目標。

本文提出筆者基于CDIO教學模式的醫學圖像處理與分析課程教學改革方面的一些經驗。總體說來，該課程教學改革的主要思路是：以全新的教學理念為指導，以先進的教學手段和方法為橋梁，以學科交叉的眼光有機結合課程教學與課外教學、理論教學與實踐教學、系統講授與學生自學等多種方式，實現教學內容的完整性、前沿性、理論性與實踐性，使學生掌握本門課程的理論框架與思維方法，掌握生物圖像處理與分析的相關技能，能夠采取合適的處理方法實現特定的醫學圖像處理目的。

1 CDIO教學模式

CDIO教學模式是近年來國外工程教育改革的最新成果，其中C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實現（Implement），O代表運作（Operate）。CDIO模式是以產品研發到產品運行的生命周期為載體，強調讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程，并以綜合培養的方式使學生在多方面達到工程師的預定目標。實踐證明，CDIO教學模式比傳統教學模式適應面更寬，更有助于提高教學質量，尤為重要的是CDIO模式中的新評測標準，為工程教育的系統化發展奠定了基礎[3]。

2 醫學圖像處理與分析教改措施

2.1 融合多媒體教學和傳統教學手段

目前高校授課中普遍存在兩種極端：

一種是只板書授課，形式單調，內容枯燥，課堂時間無法有效利用，知識容量小；

另一種則完全采用多媒體授課，課堂教學變成單純地播放幻燈片，缺乏學生參與互動的空間和可能。

筆者強調打造“多媒體+板書”的高質量精品課堂：

一方面，優秀的教學課件能提升和精煉教材內容，通過利用圖像、聲音和動畫等多媒體技術將教材中相關概念、算法、原理及應用轉化成形象逼真的影像展示給學生，介紹和比較不同的圖像處理方法應用于醫學圖像的不同效果，為學生提供生動的感性認識；

另一方面，將板書穿插于多媒體教學中，對圖像處理算法的關鍵步驟進行推導和演算，同時展示教學進度、層次和重點，有利于學生對重要知識點的系統把握，有效避免知識講授過程中的“碎片化”現象。

2.2 引導學生整體把握知識點

在教學過程中，引導學生從整體上把握學習的總體要求，理清教學知識點、學習難點以及學習技巧，對于落實課程的知識點非常關鍵。每一章教學伊始，首先提出本章主線，即要解決什么問題，以什么樣的方法和步驟來解決問題，所介紹方法對于解決問題的優點何在。當教學內容章節較多，分成多次講授時，這個主線將會反復強調，從而不斷加強學生對有關內容學習目的性的認識，開展針對性的學習。

2.3 調動學生的學習積極性

德國教育學家第斯多惠認為：“教育的藝術不在于教授的本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞。”[4]心理學研究也表明，學習動機與學習效果之間的關系十分密切，不同性質的學習動機對于學習效果有不同的影響。學生的學習動機直接制約他們的學習積極性，影響學習效果。筆者在課堂教學中經常采用問題學習法（problem based learning，PBL），以提高學生的學習積極性，促進學生參與教學。學生通過圖書館以及網絡等資源，查閱資料，系統分析，形成讀書報告，再到課堂上討論和交流，教師則主要起到布置任務和經典總結的作用[2，5]。這種啟發式、互動式、討論式、研究性等教學方法，能夠充分調動學生的積極性和學習興趣，培養學生的創新思維和研究能力。另外，還可以通過課程網站、在線聊天等現代交流手段，將課堂教學和課后輔導有機結合，建立多渠道的教學互動模式，使學生得到及時的指導，增強學生學習興趣。

2.4 培養學生的實踐動手能力

本課程是一門以實踐為基礎的課程，必須十分注重學生實踐能力的培養和開發，使學生熟悉醫學圖像處理課程基本理論的同時，掌握如何通過計算機實現這些算法，能夠將所學知識和設計的算法應用于醫學圖像處理和分析，能夠根據具體臨床需要對算法進行設計、改進和優化，使處理后的圖像符合臨床要求。為此，本課程設置了相關的課程設計環節，兩周時間內要求學生完成5～6個實驗，檢驗算法效果，最終形成實驗報告。

2.5 形成理工醫結合的思維方式

現代生物科學已經呈現高度綜合和高度分化的發展趨勢，作為生物醫學工程領域的本科生，需要具備豐富扎實的理工科知識和一定基礎的醫學專業知識，才能在今后的工作中有所發展和創新。南通大學的生物醫學工程本科專業設置于電子信息學院，隸屬工科范疇，而學生的醫學知識背景相對較弱。因此，本課程講授時要注重與醫學成像技術、醫學電子學等課程的銜接和交叉，不僅在講授某一種圖像處理方法時突出重點、分化難點，更要將醫學實例的處理融合于各章節，體現出理、工、醫三者結合，對從方法論和認識論的較高層次上形成新的研究思維起到指導作用[2]。

3 結論

本文結合筆者多年來的教學經驗，在簡要介紹CDIO教學模式的基礎上，針對醫學圖像處理與分析理論教學方面提出一些改革措施。實踐表明，醫學圖像處理與分析課程教學應緊密結合醫學實踐，注重圖像處理方法與具體醫學應用的有機結合和交叉，激發學生的學習熱情和創新思維能力。筆者今后還將圍繞實踐教學環節的改革開展一些有益的探索。

參考文獻

[1]韓貴來.醫學圖像處理課程教學方法探討[J].時代教育：教育教學版，2011（4）：14.

[2]湯樂民，丁斐.醫學研究生“生物圖像處理與分析”課堂教學方法初探[J].南通大學學報：教育科學版，2008，4（4）：

79-81.

[3]中國CDIO網站[EB/OL].http：//.

第3篇：數字圖像處理實驗報告范文

關鍵詞:大類招生;計算機科學與技術專業;改革與研究

1我校計算機科學與技術專業的歷史沿革

我國的計算機本科專業從1956年開始開辦,目前已經從1956年的2所高校、2個專業點發展到現在的598所高校、847個專業點,在校本科生人數大約增長了一萬倍[1]。我校于1981年開始招收計算機應用專業本科生。1988年成立計算機科學與技術系,并由原來的一個計算機應用專業發展為計算機應用技術和計算機軟件兩個專業,招生規模逐年擴大。1998年根據國家教育部對專業調整的要求,調整為寬口徑專業――計算機科學與技術專業,涵蓋計算機硬件、計算機軟件和計算機網絡三個專業方向。2005年12月,隨著我校院系調整,成立電子與計算機科學技術學院,下設計算機科學與技術系,計算機科學與技術專業。經過二十余年來的不斷建設,我系于2006年獲得了“計算機科學與技術”一級學科碩士學位授予權。

隨著計算機學科的發展,招生規模也在逐年增長,帶來的就業壓力于日劇增,對學生的培養要求也提高到一個新的層面上,為了提高就業率,更好地適應社會需求,計算機專業課程體系也要不斷地更新,課程體系改革成為熱點,這個問題不僅在我校存在的問題,其他高校也有這樣一個難點,需要攻破。

2在大類招生下尋求突破點

全國很多重點大學已經開始實行大類招生,成為

今年高考招生的一個新趨勢。大類招生指的是同一類的幾個專業都濃縮到一個大的學科大類里,比如:電類、機械類、化學類、經濟類、數學類等,招收的學生先不細分專業,先選擇一個大類,其實就相當于選擇了幾個專業,等到學生上到大學三年級的時候,才根據學生的興趣愛好、學習成績等進行分專業,這樣學生自我選擇專業的機會就比較大,尤其是經過兩年的學習,對所要學習的專業有了一定的認識,并且有了一定的專業取向,這樣再分專業,對學生的專業課學習、以后的就業都是非常好的選擇[2-3]。

在這種大的環境下,怎樣修改培養方案,尋找突破點是我們一直在做得工作。首先,我們對大一到大四的學生展開問卷調查和座談,了解學生對培養計劃的意見和建議,并對其進行匯總。其次,專業老師出去調研,到同類學校進行座談,學習別人的長處。最后,對我專業的畢業生進行就業調研,詢問一些培養方案中他們認為存在的弊端,不科學的地方,并利用他們的工作經驗,對本專業在第四學年應開設怎樣的選修課程提出一些建設性的意見。總結上面的意見和建議,我們認為在大類招生下,怎樣能夠保證本專業招收的學生數量與質量,怎樣才能使學生畢業后立于不敗之地,成為我們修訂培養方案的重心所在,也是我們需要突破舊的教學觀念,創造新的課程體系的依據,本著這樣一個目的,我們對本專業的課程體系進行了改革。

基金項目:中北大學校級基金項目(2008-10-12)。

作者簡介:靳雁霞(1973-),女,副教授,碩士,研究方向為虛擬現實、優化理論;藺淑珍(1964-),女,副教授,碩士,研究方向為計算機應用技術。

3改革的過程與研究

專業的培養方案應隨著大環境的變化而進行調整,為了實現計算機類的大類招生計劃,本專業的培養方案作了如下改進與調整。

3.13+1的教學模式的調整

經過多年的教學,筆者感覺到學生到了大四以后,就沒有更多的精力來學習,主要原因是忙于就業或考研,所排的專業課幾乎沒有學生聽,使得講課的老師很郁悶,在大四開設的專業課程就形同虛設,沒有任何意義。要徹底改變這種局面,就需把所有必修專業課程、專業基礎課程全部壓縮到前三年上完,到第四學年時,開設一些短學時的選修課程,既可以增加學生的知識面,有利于學生就業,又可以使學生在沒有壓力的情況下學習,同時,對于考研的同學也不影響。這種教學模式的改變,受到學生的一致好評。

3.2課程體系的調整

由于計算機類相關專業的專業基礎課程不是很一致,為了配合大類招生計劃,要求專業基礎課程必

須一樣,在這種前提下,對我專業的課程體系做了一些改進和變化,來更好地實現專業改革。

首先,明確培養目標――培養學生計算機軟件、硬件的程序設計能力,同時給學生打下堅實的計算機理論基礎。其次,加強實踐環節,保證每學期學習思路不斷線。要培養學生的程序設計能力,就要保證學生在每學期都要有相應的實踐環節作為訓練,讓學生的編程思想在每學期都能得到鞏固和加深,從大一第二學期的數據結構課程設計到大二的面向對象程序設計、算法程序設計與分析、匯編語言程序設計、數據庫實驗周,再到大三的軟、硬大型實驗周、微機原理實驗周,在每次的實踐環節中要求需求分析,實驗報告要求完全按照軟件工程的思想來書寫,這樣對學生是一個很好的實踐過程。最后,為了配合其他專業,我專業對前兩年的課程體系做了調整,如表1所示。

專業課程全部安排在大三修完,開設的課程有微機原理、匯編語言、算法分析與設計、單片機原理及應用、Java高級程序設計,更好地鍛煉學生軟硬件編程能力。同時還開有計算機專業必修的一些專業基礎課程,如:操作系統、編譯原理、計算機組成與體系結構等。

表1對前兩年專業基礎課課程體系的調整

課程名學期學時理論學時實驗學時

計算機科學導論第一學期16學時8學時講座8學時授課

C語言程序設計第一學期80學時52學時授課28學時實驗

離散數學第一學期40學時分為兩學期上課,緩解學生對專業的學習壓力

離散數學第二學期40學時

數據結構第二學期64學時56學時授課8學時實驗

軟件工程第三學期48學時48學時授課

面向對象程序設計(C++)第三學期56學時40學時授課16學時實驗

計算機網絡第四學期72學時56學時授課16學時實驗

數據庫原理及應用第四學期64學時44學時授課20學時實驗

Java程序設計基礎第四學期48學時40學時授課8學時實驗

課程體系的調整,更好地突出了在學校大類招生下我專業應有的特色,同時也使得我專業的學生在前三年時間能夠充分學習專業基礎課程、專業課程,留出大四時間可以拓展自己的知識領域,為就業打基礎,或者更好地備戰考研。

3.3專業選修課程的制定

在專業培養方案中,專業選修課占8個學分,128學時,調整后的培養計劃把這部分內容放在大四第一學期中,希望學生能夠拓展視野,增強學習興趣,認清當前的就業取向,選擇哪些課程才更具有意義,是我們制定課程體系的依據。課程納入當前最新的計算機技術,把所有的課程按方向分成幾部分,第一部分:計算機理論。所開設的課程有:并行算法導論、形式語言與自動機、復變函數與積分變換、運籌學基礎。第二部分:嵌入式系統。所開課程:計算機控制、嵌入式體系結構、嵌入式應用軟件開發技術。第三部分:圖像處理。所開課程有:數字圖像處理、計算機圖形學、數字信號處理、虛擬現實及應用。第四部分:計算機應用技術。所開課程有:人工智能,多媒體技術、電子商務、數據挖掘等。這樣,學生可以根據興趣愛好或就業趨勢選擇任意一個方向進行選修。讓學生主動學習,這是我們教學的根本。

3.4畢業設計實行2+1模式

為了使學生能夠更好地學習本專業知識,為了更好地保證大類招生下我專業學生的質量與素質,我專業從大三一開學,就先讓學生進行畢業設計題目的選題,學生在大三所作的課程設計、實驗都是圍繞這個內容,這樣學生到大四畢業時,就能完成畢業設計,當學生回首兩年時間,會看到這個課題在他學專業課的過程中,內容不斷更新,功能不斷完善,最終實現一個完整、完善地畢業設計,學生從中受益匪淺,由淺入深地對專業知識有了一個翔實的了解。

4結語

我專業老式的培養方案確實存在很多不足,專業

特色不明顯,課程體系的構建不能很好地結合學生的實際需求,上課時間過長,導致學生沒有充足的時間為自己的就業、考研做準備;畢業設計在第七學期才開始,不能很好地貫穿整個大學四年的各個實踐環節,導致學生對專業知識理解不深;專業選修課程定位不準,不能很好地引導學生向專業方向發展。為了更好地適應全國大類招生的形式,培養學生的整體素質,以便適應社會的需求,我專業對本科培養方案進行了徹底地改革,經過一段時期的試行,學生實踐能力的培養有了明顯地提高,學生學習專業課程的積極性明顯增強,畢業設計的效果明顯改善,學生對專業發展的定位、目標明確,從而促使學生自己在大學四年里能夠更好地發展自我,樹立正確地人生觀、價值觀,把自己塑造成對社會、國家有用的人。

參考文獻:

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009:3-10.

[2] 唐蘇瓊. 高校實施大類招生的利弊分析[J]. 中國高教研究,2009(1):88-89.

[3] 陳永強,李國勇,彭利華. 基于大類招生的地方普通大學計算機本科專業教學改革研究[J]. 計算機教育,2009(18):6-11.

Research on Course System Reform of Computer Science and Technology

Speciality in Large Class Enrollment

JIN Yan-xia, LIN Shu-zhen

(Dept. of Computer Science and Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China)

第4篇：數字圖像處理實驗報告范文

關鍵詞：地理信息系統；軟件設計；教學；資源與環境

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）36-0192-03

教育部于1998年頒布的《普通高等學校本科專業目錄和專業介紹》，將原土壤與農業化學、農業環境保護、漁業資源與漁政管理以及農業氣象合并為農業資源與環境，屬于環境生態類[1，2]。按照專業規范的要求，農業資源與環境專業的業務培養目標是：培養具備農業資源與環境方面的基本理論、基本知識和基本技能，能在農業、土地、環保、農資等部門或單位從事農業資源管理及利用、農業環境保護、生態農業、資源遙感與信息技術的教學、科研、管理等工作的高級科學技術人才[3]。隨著本科專業目錄的調整，農業院校的土壤與農業化學專業更名為農業資源與環境專業，其課程設置和教學計劃也有較大的變化。各學校根據自身的實際情況，對有關課程設置的調整變化很大[4]。人類80%的信息都和空間位置有關，因此地理信息系統作為資源調查和評價過程中的重要工具，在資源環境專業中得到了充分的重視，因此越來越多的資源環境專業開設了地理信息系統和地理信息系統設計與開發相關課程。

從20世紀90年代開始，地理信息系統貫穿在數據采集、存儲、處理、管理、分析及決策中，為越來越多的領域提供動態模擬、統計分析、預測預報、決策支持等服務[5]。在資源與環境專業的教學過程中以培養學生的GIS軟件的應用能力為基礎上，更加側重培養學生的GIS系統的設計與應用開發能力，以提高學生解決不同實際問題的能力[6]。基于此，在本科教學方案中增設“GIS設計與開發”這門課程。目前“GIS設計與開發”作為資源與環境專業一門專業基礎課，具有較強實踐性、跨學科和領域等特點。針對資源與環境專業發展特點，本文討論了“GIS設計與開發”課程設置目標的教學內容、教學方式和考核形式及其特殊性，先修課程調整、綜合實習內容以及學生綜合能力培養上給出教學意見，提高教學質量。

一、教學目標

如何實現專題GIS應用系統，提高GIS應用水平和效益，本課程就是在這樣一個環境背景下產生的。“GIS設計與開發”是資源與環境專業學生的一門應用性很強的課程。該課程是在完成地理信息系統原理、遙感導論、數字圖像處理、GPS原理、地圖學、C語言、Windows程序設計、數據庫原理等基礎課程之后，綜合GIS、RS和GPS理論與計算機科學理論，以滿足特定的應用要求。遵循地理信息標準，運用軟件工程思想和方法，結合地理信息自身和相關應用領域的特點，設計和開發具有明確目標的信息系統。學生通過這門課的學習，掌握GIS設計與二次開發的基本原理、方法和工具，使學生具備地理信息系統二次開發的能力，熟悉空間數據庫設計的基本原理和方法，了解應用項目開發中組織和管理涉及到的基本概念和策略，提高運用所學知識解決資源與環境專業方面實際問題的水平，為畢業設計和后續其它課程的學習夯實基礎。

二、課程特點與基本要求

1.課程特點。（1）“GIS設計與開發”是一門具有學科交叉性特征的課程。該課程本身涉及到地理信息系統原理、地圖學、遙感原理、軟件工程、數據庫原理、Windows程序設計、數學建模等多個學科的內容，具有較為明顯的學科交叉性。就資源與環境專業而言，設計與開發更加側重數據的分析、處理和表達，因此在課程中更加側重數據的分析和制圖表達上，但是對一些基本的功能的要求也必不可少。故此，資源與環境專業在“地理信息軟件設計與開發”上應該兼顧所有的基礎學科，同時對數學建模相關課程有深入了解。（2）“GIS設計與開發”是一門不斷發展的課程。GIS基礎軟件與應用軟件受到計算機軟硬件技術的更新而不斷發展的，這也對GIS軟件設計與開發也提出了更高的要求。在教學中要不斷吸收新興技術，在教學過程中指導學生查閱與GIS軟件設計和軟件設計有關的新興資料，把握GIS的前沿動態。在教學過程中，適當的提出問題，調動學生積極查閱圖書文獻資料，培養學生積極學習態度和自學能力。（3）“GIS設計與開發”是一門實踐性很強的課程。要進行GIS軟件設計必須在軟件設計模式、集成開發環境的運用、軟件編碼等方面都較好的基礎，強調理論和實際應用的結合，根據具體情況解決具體問題。要求將設計與開發的理論與方式用于具體實踐工作中。在教學過程中設計了單獨的“地理信息軟件設計與開發”的實驗課程。實驗課程采用分解知識點進行訓練和綜合訓練解決實際問題的能力。

2.基本要求。學生較好地掌握地理信息系統項目組織和管理的特殊性和相關理論，學習GIS軟件設計的方法，理解其特殊性，為地理信息系統的設計與開發奠定基礎。能熟練運用一種程序語言和地理信息系統基礎平臺進行二次開發。掌握GIS軟件的二次開發的基本原理，熟悉組件式GIS軟件開發的基本架構，了解目前主流組件庫的基本特征，具備開發GIS基本功能的能力。能使用C#和ArcEngine進行GIS組件式二次開發。掌握如何將地理信息系統與應用模型及其他系統集成綜合解決和處理問題的基本方法，達到會設計與應用的目的。

三、教學設計

1.參考書選擇。由于“地理信息軟件設計與開發”這方面的教材比較少。教學過程中涉及到軟件設計的基本原理與方法，在教學過程中選擇Ian Sommerville編寫的《軟件工程》部分內容為指定閱讀材料；同時考慮到GIS軟件設計過程中的共性和特性，理論教學選擇吳信才等編寫的《地理信息系統設計與實現（第二版）》為參考書；課程是實驗采用ArcEngine進行二次開發，因此參考相關的二次開發教材，主要包括ArcEngine開發幫助、類圖等。同時給出部分圖書清單，要求學生自學完成C#程序設計和設計模式等相關知識。

2.開發環境。學生的先修課程包含C語言、數學建模及Matlab等課程。然而除了個別學生自學了VC程序設計之外，大部分不具備VC的開發能力。如果為了可視化編程選擇VC，則在有限的課時內，學生將投入大量精力來學習VC及MFC的基本開發技能。Matlab軟件是國際公認的最優秀的科技應用軟件。考慮到資源與環境專業背景，Matlab能在GIS開發中能夠很好的挖掘和分析資源環境數據。但是考慮到GIS需要管理海量的空間數據，然而常見的空間數據Matlab不能進行直接的支持。因此Matlab不能作為本課程的主要開發環境。結合學生現有的開發基礎，以及.NET在界面設計和面向對象的優勢，因此本課程選擇C#.NET作為高級語言開發環境。Visual Studio作為一個強大的開發環境，直接對C#等.NET原生語言支持。在Visual Studio 2010中對UML進行了支持，能夠創建UML類圖、活動圖、序列圖、用例圖和組建圖。利用對UML的支持，能夠很好的支持在課程中的設計和建模。

在二次開發控件主要選擇目前主流的ArcEngine提供的基本控件和類庫。利用ArcEngine來開發實現GIS相關功能，而其他關于資源與環境的信息挖掘則采用Matlab來實現，并通過Matlab Builder將Matlab代碼成為.NET程序集實現Matlab和.NET之間的互操作。

3.教學課程結構。“地理信息系統設計與開發”是我校資源與環境專業一門重要專業基礎課。總學時為48，其中理論課程為32學時，實驗課程為16學時。考慮到培養學生對GIS的實踐能力，理論課程和實驗課程比例達到了2：1，課程的教學內容如下表。

全部課程安排了16課時的實驗，其中C#開發4個課時，基于UML的GIS系統設計4個課時，最后還有8個課時進行ArcEngine的二次開發內容。每次實驗提交實驗報告及相關的源代碼和對應設計文檔，用以檢查教學效果，及時調整教學方案。

4.教學方法。“GIS設計與開發”教學主要借助多媒體等現代教學方法，理論教學配合對應內容演示，融合其它課程內容的方式。可以針對不同的教學內容采用不同的教學方式。例如，在講解GIS軟件設計的相關理論基礎時，進行啟發式教學，鼓勵學生提出問題，誘導學生思考并解決問題。互動式教學是課程講授的一種有效的教學方法，通過師生之間對同一問題的分析，促進對理論理解，對問題的分析方法理解，能營造良好的課堂氣氛，提高了教學效果。研究式教學方法也很重要，采用研究的方式與激勵學生查閱資料，了解未來的發展方向并闡述觀點。

5.考核形式。為了培養學生的創造性思維、動手能力和綜合素質，側重應用開發的角度來對學生進行綜合考察。本課程主要采用平時考核、最終試卷考試和實驗考查三方面相結合的方式對學生進行考核。由于沒有較完整的教材，教學過程中也采用了較多的新興資料，因此在課程學習過程中要求學生查閱指定內容的文獻資料，學生提交相關的讀書報告，以此作為平時成績考核標準之一；平時的出勤率和隨堂提問也作為平時成績一部分。實驗課程考核包含實驗完成代碼、設計文檔和實驗報告三個部分，能較好提高學生的實踐動手能力。考試內容包含了對學生對基本知識掌握程度的考察，還增加系統分析和設計討論題。該類題目有較大的靈活性，能夠考察學生綜合素質，同時能體現教學效果。學生最終的成績由3個部分組成：平時作業和出勤率占30%，實驗占30%，期末考試占40%。

四、教學建議

1.調整先修課程。任何一門專業課的開設都建立在先修課程基礎之上的。資源與環境專業在先修課程中雖然學習了“地理信息系統”、“遙感導論”、“數學建模”等課程。然而在理論教學課程中發現，學生對GIS的基礎知識理解不夠深入。如在簡介空間查詢時，需要先講解空間拓撲的相關知識，才能進一步簡介基于空間的查詢方式。其次，學生在實驗課程中動手能力表明，通識教育的高級程序語言現在還是側重基本語法，導致學生的應用開發能力難以滿足GIS開發的基本要求。因此，在通識教育過程中改變課程教學側重點，使之更加符合資源與環境專業的學習，便于后續課程的開展。

2.增加綜合實習。“地理信息系統設計與開發”是一門應用和實踐較強的課程，同時其中的軟件過程管理的內容又過于抽象，學生很難同時掌握基本的開發方法和軟件過程管理。因此增加2周（80課時）的課程實習。集中時間讓學生完整完成從設計到開發實現的過程，讓學生鞏固學習的GIS軟件的設計方法，理解軟件過程管理，同時強化學生的開發能力。在實驗課程中學生掌握了基本的設計理論知識和程序開發技能。通過綜合實習，能將學過的知識綜合起來加以應用，既培養學生的動手能力又加強學生的創新意識。實習將學生分為2個實習目標，每個內容約30人，其中包含5個實習小組，每個小組5～6人，每個小組圍繞實習目標完成不同的任務目標，由組長控制整個開發過程協調組員之間工作，在80課時內完成小型的GIS系統的設計與原型系統的開發任務。通過實習使得學生將基本的理論與應用開發聯系在一起。

3.培養綜合應用能力。本校的資源與環境專業主要研究方向有土地利用規劃、流域管理、土壤與環境污染評價、防治與規劃，耕地肥力管理、專家系統開發等。學生在畢業后，有很大一部分就轉到了相關應用領域工作，把GIS作為處理該領域的一種工具。在先修課程中主要是利用Matlab、SPSS等軟件對資源環境信息進行挖掘，同時也采用ArcGIS中的ArcTool工具包進行空間分析。因此在課程培養中需要結合上述的內容，需要培養學生綜合統計和空間分析知識來解決實際問題的能力，使得學生能夠為今后的工作和繼續深造打下堅實的基礎。

五、結束語

GIS的發展為資源與環境的飛速發展注入了新鮮的血液，提供了新的契機。在資源與環境專業設置地理信息課程是順應時展趨勢的。“GIS設計與開發”是資源與環境專業的一門重要課程，具有理論抽象和實踐較強的特點。因此，要改變傳統教學觀念，不斷改進教學方法，適時的調整和更新教學內容，充分調動學習的主動性，提高學生的綜合運用能力，力爭培養出具有良好專業基礎的地理信息應用人才。

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