数字图像处理实验报告精选(九篇)

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第1篇：数字图像处理实验报告范文

关键词：实验教学；优化实验课程内容；实验指导书

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）14-0260-02

遥感（Remote Sensing）应用技术是在地理学、生态学、环境科学、城市科学以及某些社会科学领域得到了广泛的应用，在经济建设和国防建设上发挥着越来越大的作用。遥感应用技术是一门实践性较强的课程，要求学生在掌握基础理论的基础上勤思考、多动手。本文利用ENVI软件为平台，对生态学专业遥感实验课程的实验教学内容、教学方法等进行了探讨。

一、基于ENVI软件的遥感软件教学

ENVI（The Environment for Visualizing Images）软件是美国ITT Visual Information Solutions公司的旗舰产品。ENVI软件是由遥感领域的科学家采用IDL开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件，它是快速、便捷、准确地从地理空间数字图像中提取信息的首屈一指的软件解决方案，它提供先进的、人性化的使用工具来方便用户读取、准备、探测、分析和共享数字图像中的信息。

本课程主要是使学生在掌握数字图像处理原理的基础上，学会相关数字图像处理软件的应用，从而进一步巩固在理论课学习中所掌握的知识。实验教学培养学生综合运用数字图像进行解决实际问题的能力，通过对ENVI软件的操作训练，使学生更好地理解和把握相关知识。本课程实验内容分为四个部分，分别是ENVI软件介绍、几何校正、图像增强、数字图像分类等。实验教学以教师的演示实验和介绍为起点，这一步只能使学生对实验方法有所了解，而使学生要掌握，必须要靠他们自己的实践。所以实验教学过程中，适当介绍实验内容、背景、原理和方法，主要采用1人1组，在规定的时间内，由学生根据实验指导书完成实验任务，教师在学生有疑问时，需要引导学生分析问题来完成实验。同时让学生加强熟悉ENVI软件，可自行阅读帮助文档进行其他工具的学习。实验课程考核方法避免了传统期末考试形式古板的弊端，采用上机操作和编写实验报告，成绩包括平时上机考核和实验报告成绩，综合评定学生成绩，每项实验实际操作占40%，实验报告占60%。

二、基于ENVI软件的实验教学内容体系建立

1.教学内容体系建立原则。根据教学与发展的理论提出首先以高难度进行教学原则，结合当前学生的智力情况，教学内容必须改革更新使学生在高难度水平上进行。本实验课程以前采用加拿大的图像处理PCI软件，主要考虑到2007年开始ESRI公司的全面合作，现采用了国际上流行的ENVI软件，为遥感和地理信息系统的一体化集成提供了一个典型的解决方案。遥感是空间数据采集和分类的有效工具，地理信息系统是管理和分析空间数据的有效工具。两者是空间信息的主要组成部分，有着天然的联系。为了适应这种新的用户需求和未来的技术发展趋势，更好地为用户提供服务，ESRI公司与美国ITT VIS公司建立了全球战略合作伙伴关系，共同开发和建设遥感与地理信息系统一体化平台。其二以高速度进行教学原则，教师不能讲得过多过细，认为不要过分强调“掌握”和技能，有些不需要练得达到纯熟程度，有些也不需要有意识地记忆，通过学生无意识记忆，主张以知识的广度达到知识的深度。特别熟悉遥感软件，学生一定阅读相关说明材料扩充学习知识，逐步、日积月累地达到知识深度。

2.教学内容体系构建。结合生态学专业的培养模式，许多内容如数据读取、数据预处理等须通过具体应用在本学科相关一些问题，才能够真正掌握和理解。本实验课程以呼和浩特为例，设计了教学内容体系。具体步骤有：第一，了解ENVI软件及其软件体系结构，学习ENVI软件文件系统和数字图像的读入与保存；其二，掌握使用ENVI进行几何校正，首先了解选取控制点的原则，然后进行选择控制点，利用ENVI软件提供的几何精校正功能进行图像校正；其三，几种图像增强方法，了解ENVI软件的彩色合成、直方图增强（反差处理）、空间滤波（平滑、锐化）、波段比值（介绍NDVI的运算）、主成分分析（PCA）、K{T变换（穗冒变换）等；最后，进行数字图像分类，主要学习ENVI软件的非监督分类和监督分类方法，掌握数字图像分类技术。这样教学使学生理解学习过程，具体说让学生留心怎样进行学习，怎样按一定的步骤去解决问题，使学生形成适合于自身特点的学习方法。

从多年的教学实践经验中，总结出的实验教学内容体系设计见下表：

三、课程实验教学的改革与探讨

1.优化遥感实验课程内容。实验课程内容是指国家依据基础教育培养目标和课程目标所规定的，学生通过实验课程学习有关的知识经验，它体现了学生实验素养发展的最基本、最重要载体。

传统的实验课程存在的问题主要有：首先，将培养遥感专门人才作为课程内容选择依据，不论实验内容、实验方案设计上学术化倾向都较为明显，因此不能过分侧重学科训练实验，而且未必有利于培养学生的创新意识；其次，过分孤立地强调实验操作技能，传统的教学内容一般在教学大纲中，单独列出教学中需要学生学习的遥感软件实验基本操作，但重视基本操作并不等于过分强调实验技能的熟练化，进行专门的、刻板的技能训练。这些做法既枯燥，效益又不高，是需要改变的。因此实验课程内容的选择应有利于学生实验素养的全面发展，也就是加强遥感实验基础知识和基本技能，同时提倡将知识的传授和技能的训练与具体的实验活动结合起来，尽量贴近生活、贴近社会。

2.根据遥感教学内容采用多种实验教学形式进行教学。在课堂改革的实践中我们将“遥感实验演示启发引导形式”、“学生上机为主，演示为辅，师生结合形式”、“实验操作解答问题形式”等有机地结合起来，使实验成为课堂教学结构的主干，保证教学活动中的学生主体、教师主导相互作用的充分发挥。同时教师要在教学中给学生创造发问机会，依据“精讲活练”的原则，对学生提问，要坚持有问必答，尽可能使答案符合学生理解的水平。这样可以激发学生学习兴趣，而且可以达到教与学在质的方面提高。

3.遥感实验编写单独实验指导书非常有必要。实验指导书内容是实验课程的具体化，是对实验课程理念和对实验课程内容的落实，伴随着独立形态的实验课程的产生，出现相应的遥感实验指导书非常有必要，将实验单独作为一门实验课程，编写单独实验指导书很重要。对实验指导书从内容结构到呈现方式进行分析，以准确把握“遥感实验”的学与教。但当前国内还没有见到普适性较高的遥感上机实验指导书，并且各个高校使用的实验教材多为自己设计、自己编写的。笔者针对遥感实验的内容中的问题，结合课程特点自己编写遥感实验讲义及指导书，设计了几项实验项目，以加深学生对遥感知识的理解及应用。

四、结束语

遥感应用技术是现代地理学的重要研究手段之一。它能迅速有效地提供地表自然过程和现象的宏观信息，有助于揭示其动态变化规律并预测其发展趋势。遥感技术课程是一门理论性和实践性都较强的课程。在学习掌握遥感理论知识的同时，必须强化实践教学，才能达到系统理解遥感理论知识，同时理解遥感实验在遥感中的重要性的目的。本课程采用ENVI软件，其目的是培养学生较强的动手能力，使其掌握不同的专业图像处理系统，有助于学生对专业知识的灵活运用，为今后从事相关工作打下良好的理论与实践基础。同时积极改革新思想，积极优化遥感实验课程内容，根据遥感教学内容采用多种实验教学形式进行教学，编写单独实验指导书等问题非常关键。

参考文献：

[1]梅安新，彭望绿，秦其明，等.遥感导论[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]郑常龙.化学实验课程与教学论[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]孔祥生，等.《遥感概论实验》课程教学改革与实践[J].测绘科学，2013，（1）.

[4]邓磊，等.《遥感原理与方法》实验教学改革探索与思考[J].地理空间信息，2013，（2）.

第2篇：数字图像处理实验报告范文

关键词 图像处理；图像分析；教学改革；教学模式；CDIO

中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：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

医学图像处理与分析是研究图像处理的基本理论及其在生物医学工程中的应用的一门学科，是生物医学工程专业的专业必修课。该课程的任务是：系统介绍图像处理与分析的基本理论和基本方法，侧重使学生掌握其在生物科学领域的实际应用，目的是使学生系统掌握数字图像处理的基础概念、基本原理和实现方法，学习图像分析的基本理论、典型方法和实用技术，为在生物医学工程领域从事研究与开发打下扎实基础。

医学图像处理与分析课程理论抽象，涉及医学、计算机、数学、物理、信号处理等多个领域的知识，学科之间高度交叉、渗透，学生很难理解其中的相关知识和技术，因此课程起点高，教学难度大[1-2]。笔者在教学方法上也与时俱进，摒弃传统教学方法的弊端，引入新的教学模式和教学方法，实现培养高质量人才的目标。

本文提出笔者基于CDIO教学模式的医学图像处理与分析课程教学改革方面的一些经验。总体说来，该课程教学改革的主要思路是：以全新的教学理念为指导，以先进的教学手段和方法为桥梁，以学科交叉的眼光有机结合课程教学与课外教学、理论教学与实践教学、系统讲授与学生自学等多种方式，实现教学内容的完整性、前沿性、理论性与实践性，使学生掌握本门课程的理论框架与思维方法，掌握生物图像处理与分析的相关技能，能够采取合适的处理方法实现特定的医学图像处理目的。

1 CDIO教学模式

CDIO教学模式是近年来国外工程教育改革的最新成果，其中C代表构思（Conceive），D代表设计（Design），I代表实现（Implement），O代表运作（Operate）。CDIO模式是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，强调让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习工程，并以综合培养的方式使学生在多方面达到工程师的预定目标。实践证明，CDIO教学模式比传统教学模式适应面更宽，更有助于提高教学质量，尤为重要的是CDIO模式中的新评测标准，为工程教育的系统化发展奠定了基础[3]。

2 医学图像处理与分析教改措施

2.1 融合多媒体教学和传统教学手段

目前高校授课中普遍存在两种极端：

一种是只板书授课，形式单调，内容枯燥，课堂时间无法有效利用，知识容量小；

另一种则完全采用多媒体授课，课堂教学变成单纯地播放幻灯片，缺乏学生参与互动的空间和可能。

笔者强调打造“多媒体+板书”的高质量精品课堂：

一方面，优秀的教学课件能提升和精炼教材内容，通过利用图像、声音和动画等多媒体技术将教材中相关概念、算法、原理及应用转化成形象逼真的影像展示给学生，介绍和比较不同的图像处理方法应用于医学图像的不同效果，为学生提供生动的感性认识；

另一方面，将板书穿插于多媒体教学中，对图像处理算法的关键步骤进行推导和演算，同时展示教学进度、层次和重点，有利于学生对重要知识点的系统把握，有效避免知识讲授过程中的“碎片化”现象。

2.2 引导学生整体把握知识点

在教学过程中，引导学生从整体上把握学习的总体要求，理清教学知识点、学习难点以及学习技巧，对于落实课程的知识点非常关键。每一章教学伊始，首先提出本章主线，即要解决什么问题，以什么样的方法和步骤来解决问题，所介绍方法对于解决问题的优点何在。当教学内容章节较多，分成多次讲授时，这个主线将会反复强调，从而不断加强学生对有关内容学习目的性的认识，开展针对性的学习。

2.3 调动学生的学习积极性

德国教育学家第斯多惠认为：“教育的艺术不在于教授的本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”[4]心理学研究也表明，学习动机与学习效果之间的关系十分密切，不同性质的学习动机对于学习效果有不同的影响。学生的学习动机直接制约他们的学习积极性，影响学习效果。笔者在课堂教学中经常采用问题学习法（problem based learning，PBL），以提高学生的学习积极性，促进学生参与教学。学生通过图书馆以及网络等资源，查阅资料，系统分析，形成读书报告，再到课堂上讨论和交流，教师则主要起到布置任务和经典总结的作用[2，5]。这种启发式、互动式、讨论式、研究性等教学方法，能够充分调动学生的积极性和学习兴趣，培养学生的创新思维和研究能力。另外，还可以通过课程网站、在线聊天等现代交流手段，将课堂教学和课后辅导有机结合，建立多渠道的教学互动模式，使学生得到及时的指导，增强学生学习兴趣。

2.4 培养学生的实践动手能力

本课程是一门以实践为基础的课程，必须十分注重学生实践能力的培养和开发，使学生熟悉医学图像处理课程基本理论的同时，掌握如何通过计算机实现这些算法，能够将所学知识和设计的算法应用于医学图像处理和分析，能够根据具体临床需要对算法进行设计、改进和优化，使处理后的图像符合临床要求。为此，本课程设置了相关的课程设计环节，两周时间内要求学生完成5～6个实验，检验算法效果，最终形成实验报告。

2.5 形成理工医结合的思维方式

现代生物科学已经呈现高度综合和高度分化的发展趋势，作为生物医学工程领域的本科生，需要具备丰富扎实的理工科知识和一定基础的医学专业知识，才能在今后的工作中有所发展和创新。南通大学的生物医学工程本科专业设置于电子信息学院，隶属工科范畴，而学生的医学知识背景相对较弱。因此，本课程讲授时要注重与医学成像技术、医学电子学等课程的衔接和交叉，不仅在讲授某一种图像处理方法时突出重点、分化难点，更要将医学实例的处理融合于各章节，体现出理、工、医三者结合，对从方法论和认识论的较高层次上形成新的研究思维起到指导作用[2]。

3 结论

本文结合笔者多年来的教学经验，在简要介绍CDIO教学模式的基础上，针对医学图像处理与分析理论教学方面提出一些改革措施。实践表明，医学图像处理与分析课程教学应紧密结合医学实践，注重图像处理方法与具体医学应用的有机结合和交叉，激发学生的学习热情和创新思维能力。笔者今后还将围绕实践教学环节的改革开展一些有益的探索。

参考文献

[1]韩贵来.医学图像处理课程教学方法探讨[J].时代教育：教育教学版，2011（4）：14.

[2]汤乐民，丁斐.医学研究生“生物图像处理与分析”课堂教学方法初探[J].南通大学学报：教育科学版，2008，4（4）：

79-81.

[3]中国CDIO网站[EB/OL].http：//.

第3篇：数字图像处理实验报告范文

关键词:大类招生;计算机科学与技术专业;改革与研究

1我校计算机科学与技术专业的历史沿革

我国的计算机本科专业从1956年开始开办,目前已经从1956年的2所高校、2个专业点发展到现在的598所高校、847个专业点,在校本科生人数大约增长了一万倍[1]。我校于1981年开始招收计算机应用专业本科生。1988年成立计算机科学与技术系,并由原来的一个计算机应用专业发展为计算机应用技术和计算机软件两个专业,招生规模逐年扩大。1998年根据国家教育部对专业调整的要求,调整为宽口径专业――计算机科学与技术专业,涵盖计算机硬件、计算机软件和计算机网络三个专业方向。2005年12月,随着我校院系调整,成立电子与计算机科学技术学院,下设计算机科学与技术系,计算机科学与技术专业。经过二十余年来的不断建设,我系于2006年获得了“计算机科学与技术”一级学科硕士学位授予权。

随着计算机学科的发展,招生规模也在逐年增长,带来的就业压力于日剧增,对学生的培养要求也提高到一个新的层面上,为了提高就业率,更好地适应社会需求,计算机专业课程体系也要不断地更新,课程体系改革成为热点,这个问题不仅在我校存在的问题,其他高校也有这样一个难点,需要攻破。

2在大类招生下寻求突破点

全国很多重点大学已经开始实行大类招生,成为

今年高考招生的一个新趋势。大类招生指的是同一类的几个专业都浓缩到一个大的学科大类里,比如:电类、机械类、化学类、经济类、数学类等,招收的学生先不细分专业,先选择一个大类,其实就相当于选择了几个专业,等到学生上到大学三年级的时候,才根据学生的兴趣爱好、学习成绩等进行分专业,这样学生自我选择专业的机会就比较大,尤其是经过两年的学习,对所要学习的专业有了一定的认识,并且有了一定的专业取向,这样再分专业,对学生的专业课学习、以后的就业都是非常好的选择[2-3]。

在这种大的环境下,怎样修改培养方案,寻找突破点是我们一直在做得工作。首先,我们对大一到大四的学生展开问卷调查和座谈,了解学生对培养计划的意见和建议,并对其进行汇总。其次,专业老师出去调研,到同类学校进行座谈,学习别人的长处。最后,对我专业的毕业生进行就业调研,询问一些培养方案中他们认为存在的弊端,不科学的地方,并利用他们的工作经验,对本专业在第四学年应开设怎样的选修课程提出一些建设性的意见。总结上面的意见和建议,我们认为在大类招生下,怎样能够保证本专业招收的学生数量与质量,怎样才能使学生毕业后立于不败之地,成为我们修订培养方案的重心所在,也是我们需要突破旧的教学观念,创造新的课程体系的依据,本着这样一个目的,我们对本专业的课程体系进行了改革。

基金项目:中北大学校级基金项目(2008-10-12)。

作者简介:靳雁霞(1973-),女,副教授,硕士,研究方向为虚拟现实、优化理论;蔺淑珍(1964-),女,副教授,硕士,研究方向为计算机应用技术。

3改革的过程与研究

专业的培养方案应随着大环境的变化而进行调整,为了实现计算机类的大类招生计划,本专业的培养方案作了如下改进与调整。

3.13+1的教学模式的调整

经过多年的教学,笔者感觉到学生到了大四以后,就没有更多的精力来学习,主要原因是忙于就业或考研,所排的专业课几乎没有学生听,使得讲课的老师很郁闷,在大四开设的专业课程就形同虚设,没有任何意义。要彻底改变这种局面,就需把所有必修专业课程、专业基础课程全部压缩到前三年上完,到第四学年时,开设一些短学时的选修课程,既可以增加学生的知识面,有利于学生就业,又可以使学生在没有压力的情况下学习,同时,对于考研的同学也不影响。这种教学模式的改变,受到学生的一致好评。

3.2课程体系的调整

由于计算机类相关专业的专业基础课程不是很一致,为了配合大类招生计划,要求专业基础课程必

须一样,在这种前提下,对我专业的课程体系做了一些改进和变化,来更好地实现专业改革。

首先,明确培养目标――培养学生计算机软件、硬件的程序设计能力,同时给学生打下坚实的计算机理论基础。其次,加强实践环节,保证每学期学习思路不断线。要培养学生的程序设计能力,就要保证学生在每学期都要有相应的实践环节作为训练,让学生的编程思想在每学期都能得到巩固和加深,从大一第二学期的数据结构课程设计到大二的面向对象程序设计、算法程序设计与分析、汇编语言程序设计、数据库实验周,再到大三的软、硬大型实验周、微机原理实验周,在每次的实践环节中要求需求分析,实验报告要求完全按照软件工程的思想来书写,这样对学生是一个很好的实践过程。最后,为了配合其他专业,我专业对前两年的课程体系做了调整,如表1所示。

专业课程全部安排在大三修完,开设的课程有微机原理、汇编语言、算法分析与设计、单片机原理及应用、Java高级程序设计,更好地锻炼学生软硬件编程能力。同时还开有计算机专业必修的一些专业基础课程,如:操作系统、编译原理、计算机组成与体系结构等。

表1对前两年专业基础课课程体系的调整

课程名学期学时理论学时实验学时

计算机科学导论第一学期16学时8学时讲座8学时授课

C语言程序设计第一学期80学时52学时授课28学时实验

离散数学第一学期40学时分为两学期上课,缓解学生对专业的学习压力

离散数学第二学期40学时

数据结构第二学期64学时56学时授课8学时实验

软件工程第三学期48学时48学时授课

面向对象程序设计(C++)第三学期56学时40学时授课16学时实验

计算机网络第四学期72学时56学时授课16学时实验

数据库原理及应用第四学期64学时44学时授课20学时实验

Java程序设计基础第四学期48学时40学时授课8学时实验

课程体系的调整,更好地突出了在学校大类招生下我专业应有的特色,同时也使得我专业的学生在前三年时间能够充分学习专业基础课程、专业课程,留出大四时间可以拓展自己的知识领域,为就业打基础,或者更好地备战考研。

3.3专业选修课程的制定

在专业培养方案中,专业选修课占8个学分,128学时,调整后的培养计划把这部分内容放在大四第一学期中,希望学生能够拓展视野,增强学习兴趣,认清当前的就业取向,选择哪些课程才更具有意义,是我们制定课程体系的依据。课程纳入当前最新的计算机技术,把所有的课程按方向分成几部分,第一部分:计算机理论。所开设的课程有:并行算法导论、形式语言与自动机、复变函数与积分变换、运筹学基础。第二部分:嵌入式系统。所开课程:计算机控制、嵌入式体系结构、嵌入式应用软件开发技术。第三部分:图像处理。所开课程有:数字图像处理、计算机图形学、数字信号处理、虚拟现实及应用。第四部分:计算机应用技术。所开课程有:人工智能,多媒体技术、电子商务、数据挖掘等。这样,学生可以根据兴趣爱好或就业趋势选择任意一个方向进行选修。让学生主动学习,这是我们教学的根本。

3.4毕业设计实行2+1模式

为了使学生能够更好地学习本专业知识,为了更好地保证大类招生下我专业学生的质量与素质,我专业从大三一开学,就先让学生进行毕业设计题目的选题,学生在大三所作的课程设计、实验都是围绕这个内容,这样学生到大四毕业时,就能完成毕业设计,当学生回首两年时间,会看到这个课题在他学专业课的过程中,内容不断更新,功能不断完善,最终实现一个完整、完善地毕业设计,学生从中受益匪浅,由浅入深地对专业知识有了一个翔实的了解。

4结语

我专业老式的培养方案确实存在很多不足,专业

特色不明显,课程体系的构建不能很好地结合学生的实际需求,上课时间过长,导致学生没有充足的时间为自己的就业、考研做准备;毕业设计在第七学期才开始,不能很好地贯穿整个大学四年的各个实践环节,导致学生对专业知识理解不深;专业选修课程定位不准,不能很好地引导学生向专业方向发展。为了更好地适应全国大类招生的形式,培养学生的整体素质,以便适应社会的需求,我专业对本科培养方案进行了彻底地改革,经过一段时期的试行,学生实践能力的培养有了明显地提高,学生学习专业课程的积极性明显增强,毕业设计的效果明显改善,学生对专业发展的定位、目标明确,从而促使学生自己在大学四年里能够更好地发展自我,树立正确地人生观、价值观,把自己塑造成对社会、国家有用的人。

参考文献:

[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009:3-10.

[2] 唐苏琼. 高校实施大类招生的利弊分析[J]. 中国高教研究,2009(1):88-89.

[3] 陈永强,李国勇,彭利华. 基于大类招生的地方普通大学计算机本科专业教学改革研究[J]. 计算机教育,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：数字图像处理实验报告范文

关键词：地理信息系统；软件设计；教学；资源与环境

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）36-0192-03

教育部于1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》，将原土壤与农业化学、农业环境保护、渔业资源与渔政管理以及农业气象合并为农业资源与环境，属于环境生态类[1，2]。按照专业规范的要求，农业资源与环境专业的业务培养目标是：培养具备农业资源与环境方面的基本理论、基本知识和基本技能，能在农业、土地、环保、农资等部门或单位从事农业资源管理及利用、农业环境保护、生态农业、资源遥感与信息技术的教学、科研、管理等工作的高级科学技术人才[3]。随着本科专业目录的调整，农业院校的土壤与农业化学专业更名为农业资源与环境专业，其课程设置和教学计划也有较大的变化。各学校根据自身的实际情况，对有关课程设置的调整变化很大[4]。人类80%的信息都和空间位置有关，因此地理信息系统作为资源调查和评价过程中的重要工具，在资源环境专业中得到了充分的重视，因此越来越多的资源环境专业开设了地理信息系统和地理信息系统设计与开发相关课程。

从20世纪90年代开始，地理信息系统贯穿在数据采集、存储、处理、管理、分析及决策中，为越来越多的领域提供动态模拟、统计分析、预测预报、决策支持等服务[5]。在资源与环境专业的教学过程中以培养学生的GIS软件的应用能力为基础上，更加侧重培养学生的GIS系统的设计与应用开发能力，以提高学生解决不同实际问题的能力[6]。基于此，在本科教学方案中增设“GIS设计与开发”这门课程。目前“GIS设计与开发”作为资源与环境专业一门专业基础课，具有较强实践性、跨学科和领域等特点。针对资源与环境专业发展特点，本文讨论了“GIS设计与开发”课程设置目标的教学内容、教学方式和考核形式及其特殊性，先修课程调整、综合实习内容以及学生综合能力培养上给出教学意见，提高教学质量。

一、教学目标

如何实现专题GIS应用系统，提高GIS应用水平和效益，本课程就是在这样一个环境背景下产生的。“GIS设计与开发”是资源与环境专业学生的一门应用性很强的课程。该课程是在完成地理信息系统原理、遥感导论、数字图像处理、GPS原理、地图学、C语言、Windows程序设计、数据库原理等基础课程之后，综合GIS、RS和GPS理论与计算机科学理论，以满足特定的应用要求。遵循地理信息标准，运用软件工程思想和方法，结合地理信息自身和相关应用领域的特点，设计和开发具有明确目标的信息系统。学生通过这门课的学习，掌握GIS设计与二次开发的基本原理、方法和工具，使学生具备地理信息系统二次开发的能力，熟悉空间数据库设计的基本原理和方法，了解应用项目开发中组织和管理涉及到的基本概念和策略，提高运用所学知识解决资源与环境专业方面实际问题的水平，为毕业设计和后续其它课程的学习夯实基础。

二、课程特点与基本要求

1.课程特点。（1）“GIS设计与开发”是一门具有学科交叉性特征的课程。该课程本身涉及到地理信息系统原理、地图学、遥感原理、软件工程、数据库原理、Windows程序设计、数学建模等多个学科的内容，具有较为明显的学科交叉性。就资源与环境专业而言，设计与开发更加侧重数据的分析、处理和表达，因此在课程中更加侧重数据的分析和制图表达上，但是对一些基本的功能的要求也必不可少。故此，资源与环境专业在“地理信息软件设计与开发”上应该兼顾所有的基础学科，同时对数学建模相关课程有深入了解。（2）“GIS设计与开发”是一门不断发展的课程。GIS基础软件与应用软件受到计算机软硬件技术的更新而不断发展的，这也对GIS软件设计与开发也提出了更高的要求。在教学中要不断吸收新兴技术，在教学过程中指导学生查阅与GIS软件设计和软件设计有关的新兴资料，把握GIS的前沿动态。在教学过程中，适当的提出问题，调动学生积极查阅图书文献资料，培养学生积极学习态度和自学能力。（3）“GIS设计与开发”是一门实践性很强的课程。要进行GIS软件设计必须在软件设计模式、集成开发环境的运用、软件编码等方面都较好的基础，强调理论和实际应用的结合，根据具体情况解决具体问题。要求将设计与开发的理论与方式用于具体实践工作中。在教学过程中设计了单独的“地理信息软件设计与开发”的实验课程。实验课程采用分解知识点进行训练和综合训练解决实际问题的能力。

2.基本要求。学生较好地掌握地理信息系统项目组织和管理的特殊性和相关理论，学习GIS软件设计的方法，理解其特殊性，为地理信息系统的设计与开发奠定基础。能熟练运用一种程序语言和地理信息系统基础平台进行二次开发。掌握GIS软件的二次开发的基本原理，熟悉组件式GIS软件开发的基本架构，了解目前主流组件库的基本特征，具备开发GIS基本功能的能力。能使用C#和ArcEngine进行GIS组件式二次开发。掌握如何将地理信息系统与应用模型及其他系统集成综合解决和处理问题的基本方法，达到会设计与应用的目的。

三、教学设计

1.参考书选择。由于“地理信息软件设计与开发”这方面的教材比较少。教学过程中涉及到软件设计的基本原理与方法，在教学过程中选择Ian Sommerville编写的《软件工程》部分内容为指定阅读材料；同时考虑到GIS软件设计过程中的共性和特性，理论教学选择吴信才等编写的《地理信息系统设计与实现（第二版）》为参考书；课程是实验采用ArcEngine进行二次开发，因此参考相关的二次开发教材，主要包括ArcEngine开发帮助、类图等。同时给出部分图书清单，要求学生自学完成C#程序设计和设计模式等相关知识。

2.开发环境。学生的先修课程包含C语言、数学建模及Matlab等课程。然而除了个别学生自学了VC程序设计之外，大部分不具备VC的开发能力。如果为了可视化编程选择VC，则在有限的课时内，学生将投入大量精力来学习VC及MFC的基本开发技能。Matlab软件是国际公认的最优秀的科技应用软件。考虑到资源与环境专业背景，Matlab能在GIS开发中能够很好的挖掘和分析资源环境数据。但是考虑到GIS需要管理海量的空间数据，然而常见的空间数据Matlab不能进行直接的支持。因此Matlab不能作为本课程的主要开发环境。结合学生现有的开发基础，以及.NET在界面设计和面向对象的优势，因此本课程选择C#.NET作为高级语言开发环境。Visual Studio作为一个强大的开发环境，直接对C#等.NET原生语言支持。在Visual Studio 2010中对UML进行了支持，能够创建UML类图、活动图、序列图、用例图和组建图。利用对UML的支持，能够很好的支持在课程中的设计和建模。

在二次开发控件主要选择目前主流的ArcEngine提供的基本控件和类库。利用ArcEngine来开发实现GIS相关功能，而其他关于资源与环境的信息挖掘则采用Matlab来实现，并通过Matlab Builder将Matlab代码成为.NET程序集实现Matlab和.NET之间的互操作。

3.教学课程结构。“地理信息系统设计与开发”是我校资源与环境专业一门重要专业基础课。总学时为48，其中理论课程为32学时，实验课程为16学时。考虑到培养学生对GIS的实践能力，理论课程和实验课程比例达到了2：1，课程的教学内容如下表。

全部课程安排了16课时的实验，其中C#开发4个课时，基于UML的GIS系统设计4个课时，最后还有8个课时进行ArcEngine的二次开发内容。每次实验提交实验报告及相关的源代码和对应设计文档，用以检查教学效果，及时调整教学方案。

4.教学方法。“GIS设计与开发”教学主要借助多媒体等现代教学方法，理论教学配合对应内容演示，融合其它课程内容的方式。可以针对不同的教学内容采用不同的教学方式。例如，在讲解GIS软件设计的相关理论基础时，进行启发式教学，鼓励学生提出问题，诱导学生思考并解决问题。互动式教学是课程讲授的一种有效的教学方法，通过师生之间对同一问题的分析，促进对理论理解，对问题的分析方法理解，能营造良好的课堂气氛，提高了教学效果。研究式教学方法也很重要，采用研究的方式与激励学生查阅资料，了解未来的发展方向并阐述观点。

5.考核形式。为了培养学生的创造性思维、动手能力和综合素质，侧重应用开发的角度来对学生进行综合考察。本课程主要采用平时考核、最终试卷考试和实验考查三方面相结合的方式对学生进行考核。由于没有较完整的教材，教学过程中也采用了较多的新兴资料，因此在课程学习过程中要求学生查阅指定内容的文献资料，学生提交相关的读书报告，以此作为平时成绩考核标准之一；平时的出勤率和随堂提问也作为平时成绩一部分。实验课程考核包含实验完成代码、设计文档和实验报告三个部分，能较好提高学生的实践动手能力。考试内容包含了对学生对基本知识掌握程度的考察，还增加系统分析和设计讨论题。该类题目有较大的灵活性，能够考察学生综合素质，同时能体现教学效果。学生最终的成绩由3个部分组成：平时作业和出勤率占30%，实验占30%，期末考试占40%。

四、教学建议

1.调整先修课程。任何一门专业课的开设都建立在先修课程基础之上的。资源与环境专业在先修课程中虽然学习了“地理信息系统”、“遥感导论”、“数学建模”等课程。然而在理论教学课程中发现，学生对GIS的基础知识理解不够深入。如在简介空间查询时，需要先讲解空间拓扑的相关知识，才能进一步简介基于空间的查询方式。其次，学生在实验课程中动手能力表明，通识教育的高级程序语言现在还是侧重基本语法，导致学生的应用开发能力难以满足GIS开发的基本要求。因此，在通识教育过程中改变课程教学侧重点，使之更加符合资源与环境专业的学习，便于后续课程的开展。

2.增加综合实习。“地理信息系统设计与开发”是一门应用和实践较强的课程，同时其中的软件过程管理的内容又过于抽象，学生很难同时掌握基本的开发方法和软件过程管理。因此增加2周（80课时）的课程实习。集中时间让学生完整完成从设计到开发实现的过程，让学生巩固学习的GIS软件的设计方法，理解软件过程管理，同时强化学生的开发能力。在实验课程中学生掌握了基本的设计理论知识和程序开发技能。通过综合实习，能将学过的知识综合起来加以应用，既培养学生的动手能力又加强学生的创新意识。实习将学生分为2个实习目标，每个内容约30人，其中包含5个实习小组，每个小组5～6人，每个小组围绕实习目标完成不同的任务目标，由组长控制整个开发过程协调组员之间工作，在80课时内完成小型的GIS系统的设计与原型系统的开发任务。通过实习使得学生将基本的理论与应用开发联系在一起。

3.培养综合应用能力。本校的资源与环境专业主要研究方向有土地利用规划、流域管理、土壤与环境污染评价、防治与规划，耕地肥力管理、专家系统开发等。学生在毕业后，有很大一部分就转到了相关应用领域工作，把GIS作为处理该领域的一种工具。在先修课程中主要是利用Matlab、SPSS等软件对资源环境信息进行挖掘，同时也采用ArcGIS中的ArcTool工具包进行空间分析。因此在课程培养中需要结合上述的内容，需要培养学生综合统计和空间分析知识来解决实际问题的能力，使得学生能够为今后的工作和继续深造打下坚实的基础。

五、结束语

GIS的发展为资源与环境的飞速发展注入了新鲜的血液，提供了新的契机。在资源与环境专业设置地理信息课程是顺应时展趋势的。“GIS设计与开发”是资源与环境专业的一门重要课程，具有理论抽象和实践较强的特点。因此，要改变传统教学观念，不断改进教学方法，适时的调整和更新教学内容，充分调动学习的主动性，提高学生的综合运用能力，力争培养出具有良好专业基础的地理信息应用人才。

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