《图像的获取与加工》教学设计
浙江省慈溪市慈溪中学
陈红
“图像的获取与加工”是广东省初级中学教材《信息技术》第二册的教学内容。学生自身不同的经历与知识背景对学习新知有不同的影响。笔者在课前通过调查，了解学生中哪些使用过或听说过数码相机(扫描仪)，课上有针对性地进行分组教学，尽量在每一小组内都安排有操作经验的学生。
教学目标
知识与技能：了解图像的像素等基本概念；学会计算机采集、获取图像的多种方法。
过程与方法：掌握图像的加工处理方法，能分析原始图像素材，选用合适的加工处理方法进行优化，以增强其表现力。
情感、态度与价值观：能从生活需求出发，把技术应用于生活中，在解决问题的过程中学习技术。
教学重点与难点
分析具体图像选用合适的方法对图像进行初步处理。
教学过程
一、计算机获取图像的方法 1．获取图像的途径
师：借助计算机和图像处理软件，可以对图像进行处理。用计算机进行图像处理的前提是把图像输入到计算机中，那么，我们可以通过哪些方法让计算机获取图像?
教师在黑板中心位置板书“计算机获取图像的方法”，并引导学生思考、寻找计算机获取图像的各种方法。
学生的回答有：照相机、网上下载、自己画„„，教师把学生的回答一一写到黑板上(如图1)。
设计意图：教师用问题引导学生思考。借助思维导图的形式，对计算机获取图像的各种方法和途径进行整理，加深学生理解。
2．计算机获取图像的方法 师：
如何把数码相机中的照片输入到计算机中？
教师先安排有操作经验的学生给同组同学介绍操作过程。了解操作过程后，学生再阅读教材，学习操作步骤。
教师演示：用USB连接线连接数码相机和计算机，用“复制一粘贴”命令把数码相机中的照片复制到计算机中，在计算机中浏览这些照片。
以小组为单位到教师机进行实物操作，其他小组在自己的计算机上用教师提供的扫描仪模拟软件结合教材探究扫描仪的操作。
设计意图：通过观察教师的演示和操作，使学生了解计算机从数码相机获取图像的方法。以小组为单位实物操作，其他小组用模拟软件操作，可以解决设备不足的问题。
二、根据需要对图像进行简单处理
1．浏览图像，发现图像不足
师：这是老师在旅游时拍下的照片。可惜老师的拍摄技术不高，不能充分展现这些风景的秀丽。你们觉得这些照片有哪些不足?还可能补救吗? 师生一起用AcDsee浏览图像文件。教师在黑板上写下“图像的问题”。学生仔细浏览图像，找出图像存在的问题。教师把学生提出的问题板书到黑板上(如图2)。
针对图像存在的问题，学生寻找解决办法及具体的操作方法。最终，得出图像处理的目的：增强图像的表现力。
设计意图：让学生在浏览图像丈件的过程中发现某些照片存在的问题，产生加工处理图像的需求。教师引导学生针对具体图像进行分析，确定优化或增强图像表现力的加工处理方案，学会发现问题，主动建立工作需求。
2．根据分析，进行图像处理
师：看来大家对这些图像的处理方案已心中有数了，那就尝试用ACDSee帮老师把这些照片中的风景变得更加美丽吧。
学生根据前面分析的方法与步骤，对不同的图像采取不同的处理方法。如用ACDSee软件进行图像处理(具体操作方法参考教材或教师提供的动画演示)。
在讲解保存修改后的图像文件部分，教师从以下几方面分解。
(1)介绍图像文件的四种类型及适用范围。
(2)在保存图像文件时，选择“另存为„„”，把同一个图像保存为．jPg、．gif、.bmp、．tif四种不同的图像文件类型。
(3)比较生成的四个图像文件的属性，特别是文件大小的区别。
学生对某张图像进行艺术化处理，得到类似怀旧照片的效果。教师建议学习能力强的学生完成提高任务：综合运用ACDSee提供的功能，进行技术创新，制作出富有创意的效果。
教师巡回指导学生实践，及时发现学生碰到的问题，指导学生解决问题，培养解决问题的能力。
设计意图：通过把同一个图像保存为不同图像类型的实践，体会到不同图像文件类型的区别，从而能根据需要选择合适的类型保存图像。为水平较高的学生设置了提高任务，引导他们去探索图像处理的更多技巧与方法，产生技术创新意识。
3．交流分享评价
学生之间共享欣赏处理后的图像，评价其他学生的作品并能给予他人创作建议。在交流中，教师提醒学生发现并学习其他学生值得学习的技巧。
设计意图：主动建立；作需求，并根据需求选择合适的图像处理方式对图像进行适当处理的能力需要在实践中慢慢地积累，更需要在交流中互相学习。此环节就是为学生搭建交流的平台，以便互相学习长处，共同进步。
三、图像与像素的关系
教师展示一幅图像，采用放大功能进行放大果图像越来越模糊。
师：为什么图像放大后会变模糊?变成什么了?
教师提醒学生注意观察，发现图像变模糊是因为每个点在放大过程中，变成了方块，因此图像变模糊了。让学生查阅教材，理解这些方块是什么，从而引出图像与像素的关系，使学生直观地了解了图像是由像素组成的，所以放大图像会产生失真现象，了解相片像素与冲印相片大小的关系。
设计意图：教师提出问题，并演示碰到的问题，引导学生用教材中的知识束解答生活中遇到的问题。
四、总结技术，评价使用的工具
教师展示事先制作好的概念图，回顾本课要点：计算机获取图像的方法、图像与像素的关系、图像处理的常用方法、图像文件的常见格式等。留下思考问题：还有哪些你想对图像加工处理，但ACDSee没有提供的功能?
点评：
本课内容在教学实践中一直是难于处理的部分。受设备限制，学生不可能人手一台数码相机、扫描仪进行学习实践。即使解决了设备问题，对于不同的品牌、型号，操作力法也不尽相同。因此，在实际教学中不必拘泥于详细的操作步骤。本教学设计中，教师引导学生分析思考获取数码图像文件的途径，理清思路后再分组，由有使用经验的学生带领其他学生 到教师机上操作数码相机以获取图像，并充分利用时间，让其他小组对照教材利用模拟软件探究扫描仪的使用，很好地解决了设备的问题，也较好地把握住了本课的教学目标。
本课内容另一个教学实践中难于处理的部分是图像的加工。学生往往会为技术而技术，在需求并不明确的情况下，纯粹为了技术而把拿到的图像或调一下色彩或裁剪一通。这样只能把学生培养成为没有主动需求的“技术机器”式人才。在本课教学中，教师提供一组有拍摄缺陷的照片，引导学生先对图像的缺陷或不足进行分析，决定具体的修改加工方案才动手操作，所有工作目标明确、需求清晰，为增强图像的表现力而加工处理，避免了只为学习技术操作步骤而进行的无意义操作。
只有从问题需求出发，根据需求选择技术，选择软件、解决问题，才有可能发现工具的局限和不足，从而讨论所用信息技术工具的优缺点，超越软件，提出可能的技术改进建议，形成技术创新意识。本教学设计无疑为落实这样的教学理念提供了一个值得借鉴的案例。
(点评人：
广东电白县教育局教研室
刘
敏)
本课选自《多媒体技术应用》 (上海科技教育出版社) 第二章第二节“图像的加工与处理” (内容有调整) 。高二学生已经部分应用过某些Photoshop的知识点, 但尚未形成明确的图像处理规范, 本课新知识点不多, 重在让学生运用所学过的工具, 结合“帮助”文档, 完成图像合成, 明确图像处理的一般方法, 在此过程中巩固对旧知识点的理解。
二、教学目标
知识与技能——使用新建文件制作背景;学会使用PhotoShop的基本工具完成图像合成;了解滤镜工具的特点, 学会使用滤镜工具和图层样式制作出特殊艺术效果。
过程与方法——观察、分析范例作品, 理解制作平面设计作品的基本步骤;理解选框、套索、魔棒等工具的特点, 合理选择工具准确选取对象。
情感态度与价值观——使用Photoshop制作平面设计作品, 激发学习图像处理的兴趣。
三、教学重点和难点
教学重点:掌握图像加工与合成的基本方法。
教学难点:理解“帮助”文档中各操作要点的意义。
四、教学方法
(1) 任务驱动教学法。先进行素材与效果图的对比, 激发学生的创作兴趣。再通过分析作品特点, 回顾已有知识基础, 明确问题关键所在, 对照“帮助文档”进而解决问题、完成任务、体验方法。
(2) 探究与协作相结合。本课注重图像处理方法的渗透和工具特点的归纳, 因而设计了“帮助文档”、问题和表格等学习支架帮助学生通过实践、探究完成任务。为进一步降低学习难度、提高学习效益, 还适时采用分组合作、相互交流的团队式学习解决问题。
五、教学过程
一、高考地理试题图像信息的特点
近年来，高考文综试卷结构比较稳定，地理试题组卷与题型的基本模式已形成。地理试题分选择题与综合题(非选择题)两个题型模块，无论是选择题还是综合题都有图像配置(如图)。选择题是以目题组形式呈现，一个主题图像下设置与拖带多个问题；综合题中的地理学科内综合题和学科间综合题各提供一幅或多幅图像，来建构“能力立意”下的区一体化地理试题。
要正确地解答地理试题，就必须准确地获得有效的地理信息，地理试题中的信息主要包括三个部分：文字信息、图像信息和数字信息等。高考地理试题信息构成与相关内容的联系如下图：
文字信息是提供地理信息最基本的方式，不仅指出现的相对独立的文字资料，而且还包括图、表的引文或说明，以及题干中必要的限定或提示。所以，文字信息不只是给出解题的基础材料，还包括了考查的意图、内容和方法。数字信息是指以表格形式呈现的数字资料及数字资料的属性、类别、单位的信息。图像信息指各种类型图像所提供的信息。图像包括地图、原理示意图、统计图、结构联系图、景观图片等。如地图类的图像，所提供的信息包括地理事物的分布状况、符号及注记、经纬网、比例尺、图例等，这些信息也常被称之为图形的基础语言。经多年研究发现，文字信息和数字信息内容简洁，信息提取比较容易；图像信息类型多，提供的信息直观形象，变异快，信息量大，十分适合考查地理能力，并成为提高地理成绩的“瓶颈”，因此获取地理图像信息十分重要。纵观近几年的文综卷地理试题图像和所承载的信息看，具有以下特点：1、图像信息为地理试题信息的主要载体，并以教材之外的图表和处理后的图像为主；2、图像取材基于地理实际问题、热点问题，或是服务、服从于合理的假设、推理的能力考核目标；3、类型多样，创设试题情境，简练并突出主题，便于阅读；4、图文、图图组合，使题目信息综合性、多样化，突出地理学科的特色。
二、高考地理试题图像信息的获取方法
解读地理试题图像等信息，有效提取分析处理信息，完成准确作答，有必要了解高考地理试题的构成。如上表。在了解了地理试题的构成后，具体解题时，要按下列步骤进行：
1、看到了什么?将图示内容全面浏览一遍，可在草纸上将看到的地理事物列出；
2、题目在问什么?看到的地理图像与题目的设问之间存在什么关系。
3、想到了什么?看到的和想到的建立联系，信息梳理、归类，对信息进行甄别、筛选。整合信息，确定思路，明确设问要求。
4、所问作答，在解答题目的过程中要注意将提取到的图像信息等信息合理地转化与使用。
地理试题图像信息的获取过程基本为“三步曲”：认真审题、提取有效信息、揭示地理内涵。
1、认真审视试题，获取信息：既要审清题干中的问题要求，也要审清题干中蕴含的地理信息，更要审清图像表述的地理信息。
2、分析处理信息，有效提取：通常由题目问题要求人手探寻。与题目问题紧密联系、相互印证的地理信息，或是虽未直接与问题相关，但由其进一步推导出的第二级乃至第三级的与题目问题内在联系紧密的间接地理信息。均为有效信息。准确提取有效信息，就把握了解题关键，就有了开启解题之门的“金钥匙”。
3、揭示地理内涵，解决问题：首先要深入挖掘有效信息的信息价值，然后分析、归纳出有效信息之间、有效信息与题目问题之间的联系，最后运用所学地理知识进行综合分析、判断、推理，则解题自然水到渠成。
设计思路
打破原有课程顺序，用一节课时间让学生体验图像加工的魅力，在课堂结束前，利用保存文件时文件格式的选择讲解图像的格式，且利用保存时图像品质选择，选择“低”与“最佳”，做出比较，有出现失真，引出下节课内容图像的类型点阵与向量。
理论基础
体验式教学
教学过程
一、前期工作
Ps图片展示（班级自己学生的ps图片结尾，引起学生学习兴趣）
1、photoshop软件
2、图像的采集
3、图像的合成学生兴趣点
将自己与喜欢的名人进行合成二、本微课设计点
4、图像的格式
任务三：
（1）保存图像，以源文件格式“学号.psd”保存与桌面
（2）将图像另存，以“学号.bmp”及“学号.jpg”保存与桌面，三幅图像的大小分别为_______、_______、_______
设计意图分析：
如果课程开始直接讲解图像的格式，学生不能很好理解，对老师讲的bmp、jpg没有具体的概念，相当于听了桌子、椅子，不能将bmp、jpg与图像联系起来。
所以，在前面将学生兴趣点提高到一定的高度后，并且自己已经有了独立完成且喜欢的作品后，对图像有一定认知的情况下，通过保存操作，理解图像有哪些格式及其区别，学生能够接受并内化为自己的知识，纳入自己的知识结构。
学生搜索信息，表达自己的体验，教师最后总结
Bmp、jpg、gif、psd、png概念及之间的区别
5、图像的类型
任务四：
将图像另存为jpg格式时，将图像品质修改为如图，注意图像画质的细微变化及存储空间的变化。
教师总结：
设计意图分析
2、调整图像尺寸
3、调整亮度、对比度
十、教学反思
本节课我的教学思路是通过创设问题情境引导学生自主探究，完成学生任务。通过学生实践、自主探究、合作交流的方法，顺利地完成了教学任务。学生掌握了“裁剪”工具的使用，也懂得了利用亮度、对比度来调整图像。同学在学习过程中，通过师生、生生交流，培养了学生的协作、探究的品质。使学生树立了自信心，获得了成就感。
一、教学内容分析
本课内容是江苏科学技术出版社出版的《初中信息技术》的第一章《走进信息世界》中的第二节内容第一次课，本节共分两次课，本节内容包括信息需求分析、获取信息的途径、从因特网获取信息、信息的甄别和引用、信息的管理。本次课所讲到的前三个部分是以本章第一节为基础，并且为后面内容做铺垫，为以后更好的学习本册书奠定基础。本节内容的重点在于如何让学生灵活掌握信息获取的各种途径以及各种搜索引擎并熟练地应用于日常生活学习当中。
二、学情分析
授课对象为初一年级的学生，学生们已经具备了一定的信息素养，特别是对信息和信息技术的概念的理解，在之前的课中已经学过。但由于大多数学生不具备在课后实践的条件，所以上课时需要抓住学生的兴趣点，提高课堂的效益。
学生们的信息素养参差不齐，甚至差距较大，教师有必要实施分层教学，做到因材施教，让每一个学生在学习中都能得到自信，也让每一个学生都能较好的掌握课堂中所教的内容。
三、教学目标
1、知识与技能
①掌握信息获取的途径以及搜索引擎的分类。②掌握搜索引擎的高级搜索功能。
③学会灵活运用贴切的搜索关键字进行信息的搜索。
④了解常见的几种搜索引擎的特性，尝试使用搜索引擎的搜索功能。
2、过程与方法
①掌握在因特网上浏览信息，搜索信息的基本操作方法。
②利用因特网进行学科知识探究、学习以及在实际生活中应用的能力。
3、情感态度与价值观
①综合多种因素判断信息的可靠性，养成从权威网站获取可靠信息的习惯，学会尊重他人的著作权。
四、教学重点、难点分析及处理思路
重点：
1、信息获取的各种途径
2、浏览网页的方法。
难点：
1、正确理解关键字的意义和作用，利用贴切的搜索关键字搜索信息。
五、教学环境（资源）
多媒体教室、实物投影仪、教学课件
六、教学思路（教学策略设计）
在学习信息获取的过程与方法时，选择学生感兴趣的实例，对具体的信息获取活动进行剖析，让学生在参与的过程中，体验信息获取的一般过程，信息的来源具有多样性，引导学生尝试从多种途径有效地获取信息，避免仅仅通过网络获取信息。
七、教学过程
复习：
1、信息的含义
以“提出问题——问题求解——归纳”为线索组织教学活动。新课讲授：
（一）信息需求分析
活动：让同学们获取明天常州的天气
教师讲解分析并板书 板书：①内容
②范围
③途径
④方法
（二）获取信息的途径
活动：向学生提问，获取明天常州的天气可能有哪些方法。
教师讲解并板书
① 感官获取——以古代马拉松为例说明
② 用工具获取——以长城，通过烽火传递信息说明 ③ 文献检索——以图书馆查资料说明 ④ 听广播看电视 ⑤ 浏览网络 ⑥ 调查研究
（三）从因特网获取信息
1、访问专业、专题网站
活动：教师讲解并让学生浏览一些特色网站，例如：中国图书网、优酷网等等。
2、使用搜索引擎
活动：教师讲解什么是搜索引擎，并介绍一些知名的搜索引擎（百度、Google、雅虎等）。
在浏览器上输入百度网址，启发学生通过主页搜索，学会搜索引擎的使用方法和技巧。
教师讲解搜索引擎的分类，并让学生分别用这两方法获取信息。板书：①全文搜索引擎（以百度为例说明）
②目录索引搜索引擎
提问：何时用全文搜索引擎？何是用目录索引搜索引擎？
3、网上信息的下载
活动：教师讲解网上下载信息的方法，并让同学们自己动手下载。板书：①保存网页中的部分信息（讲解时以下载文字和图片为例）
②保存整个网页
③文件下载（常见的下载软件有迅雷、快车）
（四）课堂小结
活动：教师提问本堂课所学的内容，同学们一起回顾。
（五）课后思考
随着电子技术、光学检测技术的发展,基于固态CCD图像传感技术的图像测量系统得到了很快的发展,形成了一种新的测量技术——图像测量技术。图像获取系统在整个图像处理系统中具有重要的作用。它负责将现实中的物体图像通过输入设备采集下来,将图像的模拟信号转换为数字信号,最终输入计算机,为计算机处理程序库提供准备处理的现场采集的实时数据,并在输出设备中显示出来。图像获取系统直接影响采集到的图像品质和后续的图像处理效果。在此设计了一套工件图像获取装置。
1 图像获取系统的结构
在工业图像处理应用系统的最初始端便是图像获取系统,它主要由摄像机、图像采集卡和光源组成。对图像有用信息的获取是工件尺寸自动检测系统首要关键问题。由于现场拍摄所得的工件表面图像受环境、照明以及摄像机本身等因素的影响,会使图像出现降质现象。图像的噪声对后期识别中纹理、形态、色度特征的提取有重大影响,直接关系到识别结果的准确度,因此必须选择合理的图像获取结构。
在参考国内外关于零件尺寸在线自动检测系统和相关的工业检测系统设计基础上,设计出一套图像获取系统,其流程如图1所示。在图1中,图像采集系统负责将待测工件图像采用CCD摄像机获取,图像采集卡将视频模拟信号转变为数字图像井输入计算机,以备后续对图像作进一步的处理。伴随数字技术的发展,数码摄像机性能的提高,也可以直接采用数字摄像机完成图像的采集。
根据设计的工件图像获取系统流程图,设计的工件尺寸在线检测装置的图像获取系统结构如图2所示。
该系统主要由照明装置、图像采集装置及初步处理系统等三个部分组成。系统硬件由测量平台6、CCD摄像机4、图像采集卡5、计算机7等组成。平台以图像传感器为测量探头,采用分布式多探头的布局与同时采样的策略,主要采用机械定位系统、图像传感器测座、数字图像处理技术,对于不同的测量项目,采用不同的组合方案,在流水线产品变化时,只要按新的工件测量要求,重新布局标定后即可工作。测量平台上表面放置待检测工件,光源采用白色LED环形冷光源。
图像采集系统是由CCD摄像机和图像采集卡组成。CCD的工作原理是通过光学成像系统将景物图像成在CCD的像敏面上,像敏面将照在每个像敏单元上的图像照度信号通过光电效应,将物体的反射光线按亮度强弱转变成相应数目的载流子,在某一个时钟周期内,CCD器件在转移脉冲的作用下将门极上收集到的电子量转移到CCD的移位寄存器中,在图像采集卡作中,通过放大电路对信号进行放大,再经过A/D转换将模拟信号的一系列有目的性的处理转变成为数字信号。数字信号保存到计算机或者其他处理器进行图像或图形的处理,从而获取相关的信息和数据。图3是基于CCD与镜头的视觉系统成像原理图。CCD与图像采集卡工作流程如图4所示。
对于图像采集卡,视频图像信号经多路切换器、解码器、A/D变换器,将数字化的图像数据送到数据缓冲器,经裁剪、比例压缩及数据格式转换后,由内部控制图形覆盖与数据传输,数据传输目标位置由软件确定,可以是显存,也可以是计算机内存。
系统的工作原理如下:由照明系统的LED光源发出的光均匀地照射到检测平台上面的工件上,透射光经过光学成像系统将工件图像成像在CCD摄像机上。CCD将接受到的光信息转换成电信号,并通过视频线输入计算机内的图像采集卡中,图像采集卡对CCD摄像机传送来的视频信号进行放大、滤波、采样、量化、编码等处理,得到数字图像信号,并将其写入计算机内存中,然后进行产品评价数据的预处理,完成尺寸测量所需的边沿特征量的提取,处理、评价、数据库管理。可对标准工件和被测工件逐一进行测量,保存测量结果。最后输出被测工件相对于标准件的尺寸偏差。
2 照明系统的设计
2.1 检测光源
光源可分为自然光源和人造光源两类。自然光源使用不方便且其发光特性不容易控制,一般不适合用作图像采集系统的照明光源。在工业检测应用中,常常使用人造光源。人造光源有许多种,诸如卤素灯、荧光灯、日光灯、激光、LED照明光源、高频荧光灯等。各种光源特性如表1所示,选用时一般根据环境状况来定。
LED是现今在工业检测中比较常用的发光光源。由于它具有体积小、重量轻、光源单色性好、发光亮度高、亮度便于集中调整等优点,目前正广泛应用于数字仪表显示和CCD应用技术中。LED作为半导体光源,它光谱分布与半导体光电接收器光谱响应相匹配,这既能节省能量,又能减少多余能量而造成的热稳定性差以及杂光过大等不利影响。考虑到使用寿命、成本价格等其他因素,设计的尺寸检测系统选用白色环状LED光源作为照明光源。
2.2 照明方式
目前,常用的光源照射方式有背光照、前光照、同轴光照3种方式,如图5所示。其中,背光照是指光源放在物体的后面,被测物体放在光源和摄像机之间,它的优点是能够产生比较清晰、明确的边缘,能获得高对比度的图像,见图5(a)。前光照指的是从摄像机的角度看光源放在物体前面,光源和摄像机位于被测物体的同侧面,光源产生具有一定方向性的光线从物体正面的某一角度对物体进行照射,能够产生必要的阴影,并且很容易实现,但是也可能产生一些不必要的阴影,并且对物体的照明可能不均匀,
但这种方式便于安装,见图5(b); 同轴光法是指将灯源置于被测物与摄像机之间,这种类型的光源对检测高反射的物体有帮助,高密度的LED阵列发射出高强度均匀光,该光源具有非常均匀的光分布,适合于工件表面划痕的检测,见图5(c)。
检测系统在生产实际中要对多个种类多种系列零件的各种尺寸与形状精度进行检测,考虑到图像处理中要求背景灰度值高且均匀,物体目标边缘灰度值低,反差较大,易于提取物体边缘等因素,拟采用图5(a)与图5(c)组合的方式,在测量平台下面设置下光源,上光源与CCD同轴安装,这种方式能适应各种类型单向器的尺寸与表面划痕的检测,可以使工件图像目标边缘特征得到增强,在后续图像处理中可以比较容易地将目标特征进行提取并识别出来。
通过图2设计的图像获取系统,照明光源采用白色环形LED光源,将工件移动到图像的视场中,通过采样命令将图像与工作台坐标值读入计算机,再由图像采集系统将工件的局部放大图形采样后读入图像处理计算机,得到的图像如图6所示,经CCD所采集的图像,灰度不均匀、物体边缘模糊,很难直接达到测试的要求,经过灰度过滤处理、二值化处理等必要的数字图像处理后,得到理想的二值图像如图7所示,边界清晰,灰度分明。
3 测量数据及误差分析
图像测量技术就是将数字图像处理技术应用到精密
测量领域。其测量原理是通过对被测物体图像边缘的处理和计算从而获得物体的几何参数,实现对物体的精确测量。
本台检测系统主要用于检测轴类零件的几何尺寸,完成轴段的直径、高度、倒角宽、倒角高的测量,并可进行测量数据的处理、报表打印、自动对焦等功能。通过计算机可监控测量全过程,实现测量数据的自动采集、存储及结果处理等。以阶梯轴为例,测量数据如表2所示。
可见测量结果基本满足技术要求。数字图像测量系统的测量精度,主要与所使用的CCD设备的分辨率、被测零件的大小以及CCD的充满度相关。如果采用高分辨率的CCD摄像机,则零件的测量精度可达到更高的水平,即可满足一般工业生产中高精度测量的要求。可见,采用先进的测量设备,配置合适的实验对象,就可达到相应的测量精度要求。
4 结论
本检测系统应用到生产实际后,产品品质数据的采集、保存、统计分析等工作能顺利有效地进行,为提高品质管理水平提供了良好的条件,将使公司的质量管理水平更上一个台阶。
参考文献
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【摘 要】《土地获取与评价》课程的系统化设计以土地获取流程为主线，以土地获取的“招标、拍卖和挂牌方式”及“土地评价”为两大关键板块，进行课程的系统化设计。本课程以不同类型的地块获取方式与评价方法进行了三个平行情境的设计，并进行区别化任务设计，避免课程的累赘与任务重复设计。
【关键词】《土地获取与评价》 系统化设计 情境设计 教学方法
一、《土地获取与评价》课程系统化设计总体思路
房地产项目的开发过程共分为四个阶段：投资决策与选择阶段、前期阶段、建设阶段、销售阶段。而土地的获取及评价则发生在整个流程的第一阶段。《土地获取与评价》课程的设置旨在让学生掌握土地评价的基本理论与方法，并且熟悉土地获取的基本流程，并能够进行土地招标、拍卖、挂牌过程中的土地出价区间确定，为投资地块的选择和出价提供依据。
本次课程的系统化设计则以土地的评价及获取流程为主线，结合高职高专课程实践性强的特点，以具体的实训地块为载体进行了三大情境的设计，并且依据土地获取和评价流程进行了情境任务的分析与分解，重点体现土地的“获取”与“评价”两大板块内容。
二、课程情境设计与任务分解
（一）课程情境设计
《土地获取与评价》的情境设计是以出让土地的类型为依据进行划分的。从目前来看，政府出让的建设土地用途包括了住宅地块、商住地块、商业地块、工业地块等多种类型。结合学生的就业方向、不同出让用地的数量比例及学生的认知能力，本次课程以住宅用地、商住用地、商业用地的获取与评价为三个主要情境，这三个情境的设置为并列关系。同时，由于地块性质的不同，不同用途的土地在土地信息收集、土地评价、土地获取方式方面都有所差异，因此，三个情境的设计不是简单的重复和累赘。
（二）情境任务分解
《土地获取及评价》课程以房地产开发商的视角来进行项目投资机会的选择及决策，并且根据政府的土地出让信息，通过土地的招拍挂方式，采取出价战术来获取土地的使用权，进行项目的开发并且获得收益。因此，课程三个情境任务的设置是模拟房地产开发商的土地获取行为进行的。
在土地信息获取阶段，市场调查人员需要进行土地信息的网络查找和实地踏勘。在土地价值判断初期，需了解土地的上市方式和类似项目的楼面地价、建安费、基础设施建设费等开发成本大小。因此，情境任务的第一项应为土地调研及信息获取，实训可设计为外出地块调研、网络信息查找与信息分析讨论三环节。
在土地价值深度判断阶段，需要进行项目的定位与产品规划设计，并进行项目的投资成本估算与方案比选，测算项目销售并通过编制现金流量表进行项目的动态财务分析。此阶段进行的工作实际为项目可行性分析的内容。因此，该阶段设置任务应为土地估价、项目可行性研究。部分产品设计、成本数据等应当提供于学生以提高学习效率。
在土地的招标拍卖挂牌及合同签订阶段，应进行项目的竞争对手分析，并进行土地价格敏感性分析及出价战术的制定，并进行最终土地招标拍卖挂牌价格的确定，此部分为本门课的重点内容。土地的获取方式不同，具体操作流程则不同。因此，在三个情境设计的时候应根据土地用途与性质进行土地获取方式的区分。在住宅地块获取与评价时可以土地招标和挂牌为主要方式，在商住地块获取与评价时则以土地招标和拍卖为主，在商业地块获取与评价时以拍卖和挂牌为主要方式。每组土地获取方式重复一遍，讲解内容由浅入深。
三、课程教学方法改革与创新
（一）角色扮演法
本门课程的设计基于土地获取与评价的整体流程，在任务实施时可通过扮演与模仿房地产开发商的拿地行为赋予每个学生一个社会角色以激发学生的学习兴趣。如在进行土地信息收集与分析阶段，可赋予学生市场调研部经理、信息分析师、事业发展部经理等部门角色。用此种方法可将学生带入情境，寓学于乐。此外，本门课的任务设置中还加入了招标大会、拍卖会与挂牌活动的组织与实践。
（二）项目制教学法
本门课程的教学不是单纯的理论教学，而是结合模拟项目实时操作。情境任务开始之时即告知学生情境目标，即整个情境任务的学习是为了实现该目标而服务的。在整个情境任务实施的过程中，学生之间需要相互协同，共同讨论与分析。此种方式锻炼了学生的社会交往能力与沟通能力。情境任务的分解是依据项目实际操作流程而进行的，学生在完成了一项任务后则获得部分课程分数。
（三）课外实践法
课程的教学不应拘泥于课堂之上，上课形式应多样化。本门课程在土地获取及信息获取阶段则采取了校外实地调研，由教师带队参观实际地块并讲解，由学生制作调研表进行地块周边的环境调研及市场调研，网络信息的查找则在校内实训室进行。招标拍卖大会的举行则通过布置模拟会场的形式在课堂呈现激烈竞逐的土地出让场面将学生带入情境。
四、总结
《土地获取与评价》课程的系统化设计遵循了学生的认知能力规律，实现了课程知识由易到难、由简入繁的迁移转化，并将项目制教学思想融入其中，采取角色扮演、土地出让活动模拟及课程的校外教学，有效地激发了学生的学习兴趣，实现了课程“学中做，做中学”的教学目的。
【参考文献】
[1]邓美兰.《经济数学》课程教学改革探索[J].大学数学，2012（01）.
教学目标：
1、掌握用维棠软件下载视频的方法。
2、掌握在PPT两种插入视频的方法，尤其是掌握用控件播放视频的方法。
重点、难点：理解视频的播放页地址以及在PPT中插入windows media player播放控件。
教学过程：
一、导入
通过讲解视频素材在小学语文教学中的优点，理解视频素材在信息技术与语文课程融合中的重要性，以及本节课的讲解内容。
二、视频的下载方法
1、维棠软件的下载及安装。
2、如何用维棠软件下载视频的方法。（新建下载任务——粘贴视频播放页网址——设置保存路径——重命名文件——确定）
三、在PPT插入视频。
1、第一种插入视频的方法：（插入——影片和声音——文件中的影片——选择影片——调整大小）以及他的缺点。
2、第二种插入视频的方法：（插入——对象——对象类型——windows media player——设置URL属性。）
1.视频素材的获取
中学物理视频素材的获取有多种渠道,通常有以下几种:
1.1购买
从音像商店购得的主要是VCD、DVD类型的视频,如《物理的挑战——百家讲坛(14VCD)》、《迪士尼玩科学》、《[NHK] 自然科学实验百科》等,这些都是难得的物理视频资源,只要我们平时多留意,是能购买到好的视频素材的。
1.2自己摄制
随着数码相机(DC)、数码摄像机(DV)的普及,物理教师通过自己拍摄影像资料使之成为教学资源已经不再是一件难事。教师自己摄制的视频可能会粗糙些,但摄制时目的明确、内容针对性强,在教学时容易充分利用。如物理教师有意识地拍摄所教班学生进行如百米赛跑、跳远运动、拔河比赛等体育运动,对于能反映物理知识的片断,编辑成慢镜头进行动作分解或运用特写的方法进行放大突出,然后在课堂上结合教学内容适时播放给学生观看,学生感到很亲切,充分地体会到物理就在身边,学习物理是有用的,学习兴趣大增。
1.3与同行交流所得
仅靠自己收集视频,所得有限,多与同行交流,能很好地弥补不足。如我们在观看其他物理教师课堂教学时,多留意授课者使用了哪些视频素材,是如何使用这些素材的。还有,对于每两年举办一届的全国中学物理青年教师教学大赛和全国中学物理教学改革创新大赛,我们是不能错过观看这些高水平比赛的。就算不能现场观摩,也要好好地观看有关教学录像,从中我们可以学到很多视频资源利用的经验。
1.4电视录制
电视是一种普及的大众传播媒介,是重要的课程资源,学生每天从电视上获取的如航天发射、核电站、纳米技术、环境保护等题材的科技信息是非常重要和直观的课程资源。我们可以将电脑与电视信号相连,再用视频卡进行采集,选择相应的压缩标准存储可进行电视录制。有的新型平板电视也具有节目录制功能,可以充分利用。利用这些方法,我们将电视节目中涉及中学物理方面的素材采集下来,供课堂教学使用。
1.5网络下载
目前网络上有关物理方面的视频所占比例很大,这已成为中学物理视频素材的最主要来源,如各个物理教学资源网站均有数量不等的视频素材,还有很多视频分享网站(如YouTube、Mofile、土豆网、56.com、六间房、优酷网等),上面有不少精彩的物理视频资源,如在http://www.56.com/w91/album-aid-3115970.html就有不少生活趣味物理视频素材。
对于这些网络视频资源,我们要根据不同情况采用不同的方法下载。
一般情况我们可以用迅雷这个下载工具进行下载,但有时候我们会看到一些网站里面有很多的物理视频素材,如北中学校园网(http://www.sdbjzx.sdedu.net/sdqjw/mpeg/)、物理资源库(http://www.zgxxt.net/zyk/phical.php)本身就是一个很好的新课程物理视频素材库,很多视频素材都已经进行了分门别类。对于这种网站,如果我们用迅雷来下载有关的视频,那就很不方便,这时候我们可以用一种离线浏览工具(如WebZip、Webdup,也称作网站下载工具),可以把整个视频网站下载到我们的电脑里。这样,我们就不需要重新对这些视频素材进行分类,直接运用就可以了。
有些视频素材我们用一般的下载工具是无能为力的,要用到电驴(eMule)、BT下载。电驴(eMule)、BT下载已经成为宽带用户下载手段的重要选择之一,许多大型软件、视频作品等都是通过它们进行流传的,如前面提到的《物理的挑战——百家讲坛(14VCD)》、《迪士尼玩科学》等都可以通过电驴(eMule)、BT下载。
现在国内外出现了很多视频分享网站(如YouTube、Mofile、土豆网、56.com、六间房、优酷网等),每个用户都可以把自己的视频节目和其他人分享。这些网站有大量的FLV视频资源,但是由于网络带宽的限制,往往观看的时候很不流畅,观看过程中经常出现停顿。而且这些网站都不提供下载地址,用户无法收藏这些FLV视频,需要用一些专门的下载软件。这里介绍一个好用的软件——“维棠FLV视频下载软件”(下载地址http://download.it168.com/01/0122/52766/52766_4.shtml)。它能帮助你轻松下载国内外大多数FLV视频分享网站的视频内容,并且具有断点续传功能,集成了FLV视频播放器、FLV视频转码器,无论是下载还是播放,都十分方便。
前面提到的电视节目采集方法是我们自己利用有采集功能的电视接收卡。在网络时代,我们还有一种更加方便更省事的方法,只要借助“顶悦视听盒”这款软件和“中国电视节目预订网”,就可以订阅自己喜欢的电视节目,软件会自动下载所预订的节目,我们随时收看都可以,不会错过精彩的电视节目,非常省事。利用“中国电视节目预订网”下载电视节目具有操作简便、完全免费、图像质量高、技术成熟、稳定可靠等特点,这些特点正是我们教师所需要的。
利用“中国电视节目预订网”下载电视节目的具体操作是:
(1)下载客户端软件、安装
先到“中国电视节目预订网”(http://tv.orinno.com)下载客户端软件“顶悦视听盒”DYClient_Setup.exe,安装在电脑上。
(2)注册
注册是订阅下载节目的前提,每一个用户都需要一个唯一的身份ID(即用户名)登录网站和客户端用于订阅和收看电视节目。
(3)订阅节目
请选择喜爱的节目进行订阅。
(4)使用观看
打开客户端,客户端会自动下载所订阅的节目,你就可以进行观看了。
客户端软件“顶悦视听盒”是非常容易使用的,更具体详尽的使用说明可以到中国电视节目预订网点击“使用帮助”查看。
下载回来的电视节目的视频格式是640×480的WMV,一般1小时的电视节目的大小是350M左右,很节省电脑空间。如果要用在课堂教学上,只要用视频分割软件取其有用的片段,插入PowerPoint、flash中展开教学,即可收到很好的效果。
需要指出的是,我们在采集和使用视频资源时必须遵守著作权法。根据《中华人民共和国著作权法》第二十二条,为个人学习、研究或者欣赏,为学校课堂教学需要使用他人作品,可以不经著作权人许可,不向其支付报酬,但不得出版发行,并应当指明作者姓名、作品名称,并且不得侵犯著作权人依照著作权法享有的其他权利。
2.视频素材的编辑
无论视频素材来源如何,不加任何处理就能直接使用的毕竟只占小部分,教师必须根据中学物理教学内容的需要,对其进行编辑。一般情况下我们只需要对视频进行剪裁、合并就能应用到课堂教学中。视频编辑软件很多,我们可以用《Premiere》、《会声会影》、《威力导演》等专业软件,也可以在网上下载一些体积小的免费视频编辑软件,还可以用Windows XP自带的视频编辑软件Windows Movie Maker,不仅使用简单,而且还具备一些很实用的视频编辑功能。
我们还可以将这些编辑过的视频素材进行分类,日积月累,就能建立一个内容丰富的物理视频素材库,然后再根据教学的实际需要进行加工和运用。
3.视频资源在物理教学中的利用
视频资源在物理教学中的利用主要是创设问题情境,激发学生科学探究意识,再现难以完成的物理实验,突破教学难点,拓展学生知识等,这里就不再一一列举有关例子。
在利用视频资源时,我们要注意的是,视频用于课堂教学能调动学生的学习积极性,但这并不意味着它能包办一切。我们应该根据教学实际需要,利用视频创设的问题情境或提供的生动具体材料,通过与学生对话交流,引导学生思考、讨论,这样才能很好地发挥视频资源在物理教学中的作用。
参考文献:
中国电视节目预订网.http://tv.orinno.com。
关键词：网格服务,遥感图像头文件,元数据,自动提取,WSRF
近年来,遥感技术发展迅速,特别是随着卫星技术及航空遥感的发展和人们需求的提高,以及全球信息化的加快,遥感作为一种信息快速获取的手段就显得尤为突出,遥感数据也已经在测绘、气象、国土资源勘察、灾害监测与环境保护、国防、能源、交通、工程等诸多学科和领域得到了广泛的应用。遥感图像元数据体现了遥感图像的基本特征信息,也是检索遥感图像的重要依据。这些元数据信息通常存放在遥感图像的头文件或图像文件中,如:轨道号、数据获取时间、传感器类型、图像范围、处理级别、图像行列数、投影方式、图像中心及四角经纬度等。因此如何获取遥感图像元数据信息就成为遥感图像信息集成中的关键。本文正是针对遥感图像元数据提取问题设计了一套解决方案。事实上,这些参数名称及参数值大多以文本形式存在,完全可以由用户自己编写算法来实现元数据的读取。因此,该文提出了基于影像头文件的自动提取遥感图像元数据算法,并将这些算法及代码封装成网格服务,通过“热插拨”的方式集成到系统(平台)中,从而提高系统(平台)对于新的遥感图像类型的自学习能力。
1 相关工作
随着航天与航空遥感技术的发展,卫星遥感数据正以惊人的速度增长,如何操纵这些海量的卫星遥感数据,使得遥感数据为各个领域的人们提供遥感信息服务,这必然给遥感数据的共享带来严峻的挑战。当前遥感的应用领域已经扩展到国土资源、气象、环境、水利、矿产、电力等各个行业中。而国内外遥感数据集成的研究工作大多处于初级阶段,即采用物理集中的方式实现遥感图像数据的集成。人们在网格服务、遥感图像处理等与本课题相关的方面做了大量工作。
1.1 遥感图像处理方面
遥感图像处理就是利用计算机通过数字处理的方法来增强和提取遥感图像中的专业信息。由于遥感图像的数据量巨大且处理复杂,现有的研究工作集中在利用网格技术实现海量遥感图像数据的快速处理。国防科技大学完成了图像处理算法的网格化和服务化工作,基本完成了应用于网格环境的遥感图像处理并行函数库的建设和集成工作。华中科技大学开发的图像处理网格应用平台主要研究图像处理复杂任务的划分、分解和作业调度,图像处理应用资源及服务的管理、配置和监视等。
1.2 网格服务方面
2002年6月,Globus联盟首次在全球网格论坛(GCF)上提出了开放式网格服务体系结构(OGSA)的理念[1]。不久,GGF及时推出了开放网格服务基础架构(OGSI)草案。OGSI规范提出了网格服务的概念,并针对网格服务定义了一套标准化的接口。OGSA-DAI经过配置后可以访问关系型数据库、XML数据库、文本文件等,是一种用于实现分布和异构数据集成的中间件,在很多项目中得到了较好的应用。
现有的图像参数提取方法是使用专门的图像处理软件(如ENVI、ERMapper和PCI等)来读取并显示图像的参数信息,再通过人工的方式写入到数据库中。这样做不仅耗时耗力,而且有可能造成判读误差。遥感图像处理的数据量越来越大,同时对处理的精度及速度要求也越来越严格,很大程度上给图像处理技术带来了新的挑战。遥感影像数据通常分布在地理区域不同的组织内,传统的遥感图像处理模型无法将各种自治、分布和异构的数据资源在逻辑上整合在一起,使得大量宝贵的遥感数据资源无法得到及时有效的处理、分析与存储,成为“信息孤岛”。
对于普通的数据源来说,OGSA-DAI的功能是足够用的,尽管其配置比较麻烦。然而,不同遥感图像元数据的数据模型、数据模式和数据语义差别非常大,无法通过简单的参数配置实现图像元数据的集成。而且OGSI规范过分强调网格服务和Web服务的差别,没有对资源和服务进行区分[4],导致了两者不能更好地融合在一起。为了解决OGSI和Web服务之间存在的矛盾,Globus联盟和IBM推出了Web服务资源框架(WSRF)。它在重构开放网格体系结构(OGSA)的基础上,将网格与Web服务技术相结合,更好地利用了现有的XML模式,同时也利用了新的Web服务标准如Web资源寻址。尤其是WSRF特有的资源模型(WS-Resource),更合理地将Web服务和有状态资源联系在一起[2]。
该研究正试图从以上两个方面进行改进:一方面是针对不同类型遥感图像的特征,结合图像处理算法的特点进行算法上的改进。这种方法从遥感元数据获取的原理出发,对数据提取算法进行进一步的优化,在单机处理的情况下,以达到遥感图像快速化、精确化的处理要求。另一方面,利用网格[3]这个把整个网络整合成一台巨大超级计算机的环境,采用WSRF标准将元数据提取这个计算资源封装成一个WS-Resource结构的网格服务。它建立在Web服务之上,通过Web服务发布系统发布,具有Web服务的基本功能,屏蔽了资源的复杂性和异构性,而且还可以利用资源的状态属性保存会话的状态,并对外提供统一规范的访问接口,有效地解决网络化制造中资源标准化封装的难题。而目前已有的方案大多是普通的制造信息数据共享方式,无法达到以标准的资源服务形式屏蔽资源内部的实现方法和机制,难以实现资源的透明化使用和管理的目的。
2 遥感图像元数据提取算法的设计
现有的很多影像数据包中含有头文件,记录了影像元数据一些重要的人工可读信息,如卫星、仪器、传感气、模式、条带号、行编号、西边界经度、东边界经度、北边界纬度、南边界纬度、中心日期时间等。因此,在使用遥感数据之前,首先要从图像文件的头部将这些参数信息提取出来。对于不同类型的卫星和传感器,参数在头文件中的存放格式不完全相同,如果依靠人工获取,不仅效率低而且精度差。其实,绝大多数头文件都是可读的便于程序判断的文本格式,每一个位置的字符都有严格的定义,程序判断起来反而更加准确方便。该文设计的自动提取影像头文件中遥感图像元数据算法正是针对这个需求来实现的。
由于不同卫星搭载不同的传感器或者同一颗卫星搭载不同的传感器后所拍摄的图像格式不尽相同,导致了遥感图像头文件格式多样化,例如LANDSAT-5卫星(美国陆地卫星五号)的TM传感器(专业制图仪)采用固定字节数的方式保存参数信息;LAND-SAT-7卫星的ETM+传感器采用类似于XML文件的树状结构保存参数信息;ENVISAT-1卫星的ASAR传感器采用每行一条记录的方式保存参数信息。而每种算法只能处理一类头文件,因此对于每一种卫星和传感器,有必要规定算法可以识别的图像头文件类型。不仅如此,有的遥感图像元数据信息并不是单独存储在头文件中,而是直接包含在图像文件的头部,这些卫星图像文件通常比较庞大,但我们需要的元数据信息却只占了其中很小一部分。例如ENVISAT-1卫星搭载ASAR传感器时的图像文件,总大小有60MB左右,其中元数据信息只有30KB。若将整个图像文件内容读入内存后再解析,势必造成冗余,降低算法的运行效率。所以在操作此类文件时仅需定位到我们关心的内容,读取图像元数据信息即可。
在设计算法之前我们还需要定义一个卫星参数的配置文件satellite.xml,以XML格式标准化元数据信息,在元数据提取过程中提供卫星原始参数名到标准参数名的映射。配置文件将每种卫星搭载不同传感器时所包含的参数详细信息(包括头文件中的原始参数名称、参数的中文定义、参数类型、参数大小、参数映射的标准字段名)一一列出。不是所有的参数都是我们所关心的,而且同一种参数在不同卫星的头文件中往往具有不同的原始名称,所以我们制定了一套元数据标准(参见表1),规定了我们关心的参数的中文名称、标准英文名称、定义及数据类型,以此屏蔽元数据之间的异构性。定义参数配置文件和标准元数据的好处在于当某颗卫星所拍摄的遥感影像参数有所变化时,我们只需要同步修改配置文件及元数据标准,而无需对元数据提取算法做任何改动,整个提取过程对用户来说也是透明的。对于遥感图像的元数据提取功能,我们不可能在设计时将所有遥感图像文件格式一网打尽,必须考虑到集成系统的可扩展性。用户可以自行定义新型图像文件的参数描述和处理代码,然后这些配置文件和源代码就可以通过“热插拔”的方式集成到系统中。配置文件satellite.xml格式示例如下:
设计算法时,首先根据用户选择的卫星、传感器种类判断需要获取头文件的字节数,将这些内容读入内存,然后分步定位,判断要获取的元数据信息。这时需要解析我们事先定义的卫星参数配置文件satellite.xml,获得用户所选卫星、传感器包含的参数信息。以Landsat_5卫星、TM传感器为例。先从配置文件中解析得某参数“NmberofRows”(图像列数),再回到头文件中,按行检索,定位到文本信息“OBJECT=NumberofRows”处,然后判断此参数是否有值,即在随后几行文本信息中查找“VALUE”,若存在,则“VALUE=”后的以非空格、非“=”号开始,以空格或者回车或者tab字符结束的字符串即为参数值。如“VALUE=22”就表示参数“NmberofRows”的值为“22”。确定参数值不为空后,还应该判断参数值的格式,因为有些参数值的表达式是“VALUE=(***,***,***,***)”,例如卫星影像的四角经、纬度。这种情况则要将参数值依次分离出来赋予不同的参数。由于每种影像的头文件存储格式不同,(可以通过查询其文件格式文档说明来了解具体的存储格式),因此需要针对不同格式的文件进行不同的判断,进而做一些特殊处理。如“ENVISAT”这颗卫星影像头文件中的参数“SENSING_START”和“SENSING_STOP”分别代表“景开始时间”和“景结束时间”,其参数值格式为“17-NOV-2002 10:44:33.017851”。这就需要我们将其中的月份信息“NOV”转换为“11”,提高元数据的可读性和实用性。卫星参数解析结束,相应的寻值过程也自动终止。同时以XML格式的字符串返回参数提取结果,其中每一节对应一个参数的详细信息(包括参数名、值、类型等),整个过程完全由程序严格控制。如果影像头文件类型无法通过程序识别,或者没有包含头文件,则需要人工判断,并手工输入该影像的元数据内容[4]。图像元数据提取流程图参见图1。
3 遥感图像元数据自动提取网格服务的实现
3.1 元数据自动提取网格服务的设计
为了提高系统的性能和可扩展性,实现异构分布环境下资源的共享和协同,必须有效地解决资源的统一描述与标准化封装问题。因此我们按照卫星和传感器的类型,将已有的图像参数提取算法分别设计为单独的计算资源,并进一步封装成基于WSRF,遵循约定接口标准,在本地应用服务器中部署,需要时被远程系统调用执行的网格服务。用户能够一致透明服务对外提供的统一接口,从而使分布、异构的计算资源在通信时具有共同的语言和即插即用的特性[2]。定义的元数据提取网格服务统一接口规范参见表2。
元数据提取网格服务的功能是根据卫星影像的参数配置文件,分析一幅图像的头文件内容,以获取一些重要的参数值。服务的输出参数为XML格式的字符串,每一节对应于一个参数的详细信息。
封装后的服务对外提供三类接口:Web服务访问接口,服务注册接口和数据源接入接口,如图2所示。
3.2 元数据自动提取网格服务的开发
该文是在Eclipse环境下利用GT4(Globus Toolkit)来进行元数据提取网格服务的开发。GT4网格服务的开发中,开员做的的工作就是对项目文件和配置步骤(反复进行编译、链接、部署等)进行修改。如果没有诸如Eclipse之类的集成开发环境,在反复重复开发的过程中,只能在很多工具(编辑器、命令行shell、文件管理器、编译工具、应用程序容器等)之间不断地来回切换。为此我们安装了GDT(Grid Development Tools)、Tomcat插件以及网格服务的部署容器ws-core,并进行适当的配置[6]。而Eclipse可在一个单一的项目抽象中管理所有这些开发活动,使得从编码到部署到调试都可以在Eclipse中实现,从而大幅度简化了网格服务的开发过程。
实现了元数据提取算法的接口后,就可以使用GT4中的部署工具将已封装好的服务部署到Globus容器WSRF中。容器启动后,服务请求者就可以通过统一的服务访问接口调用元数据提取网格服务。
4 实验测试
根据实际需要,我们将封装完好的遥感元数据自动提取网格服务“热插拨”集成到海洋遥感数据集成与共享平台中,以验证服务的可用性。
4.1 海洋遥感数据集成与共享平台
此平台能够并发访问各个网络节点的遥感数据并对数据访问结果进行处理和综合显示,为遥感数据提供一种灵活、动态和一致的共享机制。整个平台数据的获取完全依赖于元数据提取功能模块。我们将设计的元数据自动提取网格服务嵌入到平台中来实现这一功能。
4.2 结果分析
平台向用户提供以RPC方式调用的web服务统一接口。平台中元数据提取模块的具体工作流程如下:
平台首先要求用户将要进行数据提取的遥感图像文件上传到系统应用服务器上。在如图3所示的平台操作界面中,用户需要提供服务调用的接口参数,即选择图像对应的卫星、传感器、图像文件的本地路径以及服务器的目标路径并将文件上传。成功的将图像文件上传到服务器指定目录后,平台开始调用元数据提取网格服务,自动进行图像元数据的抽取,而不再需要用户添加任何手工操作,实现了真正意义上的参数自动提取。
由于网格服务不能返回自定义的复杂数据类型,而层次结构良好的XML可跨平台并易于在任何应用程序中读写数据,所以我们选择以XML格式字符串作为元数据提取服务的返回值,使得服务具有跨平台和可移植的优点。客户端只需解析此XML字符串,提取结点的图像元数据信息,并以Web界面形式直观的将数据值呈现给用户,如图4所示。整个元数据提取过程耗时仅3-5秒。与原系统中利用专业图像处理软件来进行图像数据的提取相比,降低了操作复杂度,提高了效率和数据精确度。
可以看到,在嵌入自动提取遥感数据功能模块后,系统整个元数据提取功能的实现变得更加简单、高效。由于我们事先已经将算法依照卫星和传感器的类型,分别设计为单独的计算资源,并进一步封装成基于WSRF,遵循约定接口标准,在本地应用服务器中部署,需要时被远程系统调用执行的网格服务,从而将计算资源由局部资源转变为可供整个网络应用共享的全局资源。网格服务对外提供的统一接口,使得用户能够以一致透明的方式对其进行访问,进而又赋予分布、异构的计算资源即插即用的特性。如此一来,封装完好的元数据提取计算资源可以随时嵌入系统,并与其后的数据归档工作很好的衔接起来,真正实现数据的自动化管理。结束了过去数据提取与录入脱节、手工输入数据的笨拙方式。用户在使用此计算资源时,只需提供统一的接口参数即可。实现了计算资源通过标准的接口和行为以服务的形式进行网络之间的信息交互与共享,这也正是我们采用网格服务的目的所在。
5 结束语
该文成功实现了在网格环境下自动提取遥感图像元数据,替代了过去人工获取图像元数据的传统工作模式,削减了工作复杂度的同时提高了准确性。并能够以封装完好的网格服务形式嵌入到任何系统中,为遥感数据资源的松耦合集成与按需共享奠定了基础。随着我国卫星遥感技术的发展,更多的遥感图像数据等待着我们去处理,该文提出的算法还只是针对一些特定格式的图像头文件奏效。因此,进一步探讨设计一种能兼容绝大多数头文件格式的遥感图像元数据提取算法是十分必要的。网格服务的开发中,工具是重要的手段。在合适的工具基础上,希望我们能进一步开发网格的应用程序,进而更好的理解网格的理论和其实际应用中的优势。
参考文献
[1]Foster I,Kesslman C,NICK J M.The Physiology of the Grid:An Open Grid Services Architecture for Distributed Systems Integration[EB/OL].http://www.globus.org/research/papers/ogsa.pdf.
[2]井浩,张璟,李军怀.基于WSRF的网络化制造资源Web服务封装的研究[J].计算机工程与应用,2007,43(15):22-25.
[3]Foster I.What is the Grid?A Three-point Checklist[C]//Proc.of the 8th IEEE International Symposium on High Performance DistributedComputing,1999.
[4]杜晓,晋佩东,郭大海,等.遥感影像快速入库和元数据提取系统的研究[J].国土资源遥感,2006,9(3):80-83.
[5]Gopi K,Liang Fang,Yi Huang,et al.Building web services for scientific grid applications[J].IBM Journal of Research&Development,2006,50(2/3):249-260.
●教材目标
知识与技能目标:在操作中理解图像加工的一般过程;掌握选区、图像色彩调整、移动工具的使用, 进一步理解图层;尝试合理选择工具进行图像加工。
过程与方法目标:选择适当的方法对图像进行加工和重组, 生成新的作品;通过小组讨论, 导学帮助文件展开自主性学习。
情感态度与价值观目标:体验图像加工的魅力, 感受“学中做, 做中学”的成功与快乐;培养合作能力和交流沟通能力;培养客观分析和评价多媒体信息的信息素养。
●学情分析
从认知发展水平来看, 高中生处于形式运算阶段, 具有一定演绎归纳能力;自我表现、创作欲较强。同时, 大部分学生在初中学习过画图、金山画王等图像制作工具, 具备一定的图像编辑能力和基本的美术素养。此外, 学生对Photoshop具有自发的兴趣。而在技能方面, 学生已经具备信息搜索能力和信息的基本整合能力, 还掌握Photoshop的简单操作。整体来看, 学生的信息技术基础存在较小的差异, 可以在相互交流中得到一定的弥补。
●教学过程
1.激趣导入, 提出问题
(1) 设计构想
首先在课前展示学习课题、学习目标和学习建议, 可以让学生课前了解, 在心里形成初步印象, 做好学习的心理准备。学生带着目标进入下一环节的学习, 做学习的主人。然后, 利用熟悉的网络游戏, 比较容易激发学生兴趣, 能让学生很快进入信息技术的课堂氛围。同时趁着学生的游戏热情, 顺势提出问题, 可以引导学生观察、思考, 自然过渡到下一个教学环节。
(2) 具体方案
教师投影广播:本节课学习课题以及学习目标, 并提出学习建议。
师: (展示“换装”游戏) 同学们对这个游戏不陌生吧, 相信大家都有过一个设计师的梦。那我们就来比比谁厉害!开始吧。
生:打开网页“课前准备”栏目, 进入“换装”游戏界面, 体验游戏 (如图1) 。 (这一过程引导学生观察每组图像的差异, 思考如何形成的)
师:正所谓新手看热闹, 高手看门道。大家是游戏高手, 但不知道大家有没有想过这些图像是怎么加工的?利用我们学过的Photoshop可不可以实现呢?今天我们就来尝试使用Photoshop加工图像——为自己的“海宝”做主。
2.任务驱动, 自主探究
(1) 设计构想
本环节通过具体范例的分析, 引导学生对Photoshop软件基本界面和操作产生联系, 养成先思考再操作的“软件思维习惯”。在此过程中提供多种方法引导, 让学生尝试使用不同的选择工具, 通过“所见即所得”分析比较各种选择工具的使用方法, 体验方法优劣, 从中归纳出工具的适用范围, 并以此根据原图特点选择合适的工具, 让学生在制作中更好理解“合理性”概念, 有助于培养学生严谨的思维方式。
(2) 具体方案
教师展示范例, 引导学生分析范例 (如图2) 。
1确定选区:选择工具的使用。
师:大家观察“海宝”图像的特点, 颜色层次少, 背景前景分明, 应该选用什么样的选择工具呢?
2换色:图像色相饱和度调整。
3添加对象:移动工具与选择工具、变形工具的使用。
学生根据学案, 尝试自主实践, 可以相互之间讨论、交流与合作。遇到疑问, 可以利用记事本及时记录, 同时利用信箱答疑课后向教师寻求帮助, 节约时间。
教师巡视, 集体讲解常见的普遍问题。
3.拓展深化, 自由创作
(1) 设计构想
在学生完成基本操作的基础上, 趁热打铁让学生自由发挥, 围绕一定主题对作品进行进一步的加工。在创作阶段, 为了更好地支持学生自主学习, 利用平台提供如“记事本”、“信箱答疑”等方便学生记录个人心得、寻求别人的帮助。此外, 提供“课外阅读”板块, 以盛行的“网络恶搞”为例, 引导学生分辨真伪信息, 注重网络道德的培养。这一部分让学生在体验中实践, 培养学生自学能力、合作意识。活动同样也提出分层性的要求, 所有学生都需要达到基础要求, 在此基础上鼓励有基础的学生利用“资源链接”自学提高。 (资源链接主要是为学生提供扩展性资源, 让学生学会充分利用已有的信息技术, 特别是借助于网络获取有效信息、寻求别人的技术支持和帮助。)
(2) 具体方案
师:基本的换色与添加对象已经完成了, 其实“海宝”在我们的手中可以“七十二变”, 请同学们发挥想象力和创造力, 好好打扮它吧!
学生在教师的激励下自主创作。利用“资源链接”, 对图像进行二次加工。
师:同学们在进行加工的时候, 要有明确的主题, 如体育、饮食等, 但是要注意, 坚决杜绝“恶搞” (展示盛行的“网络恶搞”) 。 (巡视, 引导并帮助学生解决问题)
4.作品展示, 评价交流
(1) 设计构想
评价的多样性和多渠道性是学习的催化剂, 也是有效课堂的必备原料。笔者充分利用自建网络平台, 将自评、同学评价与老师评价相结合, 培养学生客观地分析和评价多媒体信息的信息素养。同时, 教师在后台管理中采集评价数据, 以此为轨迹, 建立学生的成长档案, 使教学与评价真正融为一体, 真正做到在评价中学习, 在学习中评价, 促进教与学的协同发展。
(2) 具体方案
教师适时观察到学生作品提交情况, 方便教师对学生的学习进度进行管理。
全部提交完成后, 师生进入“作品展评”栏目进行评价交流。
师:同学们的作品都不错, 我们说要取长补短。下面就请浏览其他同学的作品, 相互学习, 发表见解。
1学生提交拓展活动中完成的作品, 进行作品说明和自我评价 (根据提供的“评价标准”, 如下页图3) 。2学生点击自己感兴趣的作品, 根据提供“评价标准”进行评价。3学生共同参与相互学习交流。
教师选择部分典型学生作品转播, 师生共同参与评价出彩与不足 (如图4、图5) 。
●教学反思
“信息爆炸”时代的信息技术课堂, 应该让学生通过有意义学习获得想法和解决问题的方案, 那么, 将学习内容以任务驱动, 可以学以致用, 充分体现信息技术本身的应用价值。本课教学设计正是在上述思想指导下完成, 以学生为中心, 以“探索—归纳总结—再实践—拓展”的体验方式, 不断完善学生的认知结构。
在具体的教学环节中, 我注重信息技术本身的支持作用。1人性化设计。在如今的网络微时代, 每个学习者既是该网络中的一个独立节点, 又是个人知识系统的一个独立而完整的网络。所以, 在信息技术教学中应该“以学生为中心”, 支撑学生的自我认知。例如, 课件在每个模块都提供“记事本”, 方便学生记录心得等, 并可以“信箱答疑”及时与教师交流。通过这种“通道”, 学生获取的知识不断得到修改、完善和更新, 逐步构成个人的认知网络。2构建学生展示的平台。每一位学生都有巨大的潜能, 都有自我展示的强烈愿望。所以本课从学生角度出发, 在“课堂活动”中给学生充分自由发挥的空间, 设计了作品展示和评论模块, 意在让学生自己发现、自己讲、自己评论。正是基于网络交互的特征, 学生都可以畅所欲言、广泛地参与交流和互动, 群体智慧使得个人的认知和理解得到进一步升华。这不是对软件工具的纯粹掌握, 而是促进学生持续性发展。3注重评价, 关注学生成长。新课程改革评价强调评价的发展性功能, 不仅要关注学生的学业成绩, 而且要发现和发展学生多方面的潜能, 了解学生发展中的需求, 帮助学生认识自我, 建立自信。要发挥评价的教育功能, 促进学生在原有水平上的发展。作为信息技术课, 应该避免学业水平式的“一锤定音”的评价方式。由此, 本课将评价渗透到“课堂活动”每一个环节中, 将开放性作品评价与学习表现评价结合, 将自我评价、小组评价、老师评价、同学评价结合, 全面客观地评价学生, 并以此为轨迹, 建立学生的成长档案, 使教学与评价真正融为一体, 真正做到在评价中学习, 在学习中评价, 促进教与学的协同发展。
总之, 高中信息技术的教学设计应该努力摆脱枯燥与模式化, 让学生在任务探究中享受到学习的乐趣、体验到信息技术的价值。要使学生能通过信息技术学习, 提高良好的学习、探究、创新、合作等综合能力, 培养良好的信息素养。
点评
关键词：Photoshop；教学方法；教学设计；教学评价
目前，世界上大多数的设计机构和艺术院校，在二维图像处理的软件应用中，主要以美国Adobe公司开发的Photoshop为主。Photoshop的功能十分强大，它可以把数字化摄影图片、剪辑、绘画、图形以及现有的美术作品结合在一起，并进行处理，使之产生各种绚丽甚至超越意想的艺术效果。
Photoshop是一款实践性、艺术性很强的图像处理软件，其内容丰富，工具繁多。对这门课的教学“好上”，但“上好”却很不容易。面对学生起点水平的参差不齐，个人兴趣、审美能力的差异，把学生吸引到教学中来，让学生乐学、好学地完成学习任务是我们每一位图像处理软件教师都十分焦虑的问题。通过这几年的教学经历和教学实践，我认为要不断根据学生的实际情况，灵活把握教学内容和合理的教学形式来解决出现的种种问题。下面就从教学内容的设计、教学方法的选用、教学评价的实施三个方面来谈谈如何通过改进和创新Photoshop课程的教学设计，从而全面提高学生的综合设计能力。
1教学内容的设计：源于教材而不依赖教材
1.1上好第一节课，激发学生的学习热情
个人认为上好Photoshop第一课──图片欣赏课十分重要，它能够使学生对这门课有整体的了解，同时也能增强学生的学习兴趣，开阔学生的视野，提高学生的欣赏能力，增强学生学习的信心，为学生进行下一步的学习奠定坚实的基础。在上第一节课时我为学生展示一些多种图像模式表现的色彩效果，让他们了解色彩在图像处理中的重要作用。滤镜是Photoshop的万花筒，可以在顷刻之间完成许多令人惊叹的效果。为了让学生感受到强大的滤镜功能，我把原图像和用滤镜处理的效果图片展示给学生，让他们进行比较，使他们初步体会滤镜这种图像特效工具的使用效果。为了增强学生的学习信心，还向他们展示历届学生的优秀作品，从图片的整体构思、创意、色彩、整体效果等审美角度给学生进行讲解，在拓宽了学生视野的同时也给学生带来一种亲切感，使他们相信自己完成Photoshop的学习后也能进行一些复杂的图像设计处理。
1.2学以致用，善于从学生的生活实际中挖掘“例子”
随着数码产品的普及，许多学生都拥有了数码照相机。结合这一实际情况，我就围绕如何用Photoshop更好的处理数码照片这一主题设计专题学习网站，让学生自主学习图像色彩处理这一教学单元。安排如何消除照片中的红眼现象，如何处理曝光不足的数码照片，调整偏色照片和制作自已或他人的艺术照这些教学内容。从实践过程来看，学生们觉得这些知识能帮助他们解决生活中的实际问题，因而表现出极大的学习兴趣和学习热情。在学习网站、书本的帮助下，大多数的学生都能够独立完成学习任务，体验到自主学习带来的成就感。
1.3根据教学需要调整教学内容，让学生掌握的知识更系统
根据这几年的教学实践，我将Photoshop的教学分为四个教学单元：基础知识，图像色彩的处理，滤镜的使用，综合实践。其中综合实践课又贯穿于每一教学单元中。“任务驱动的教学模式”以其能有效的调动起学生的积极性在信息技术课的教学中已得到了充分的肯定。作为教师，我们应该根据教学内容安排好这些任务的大小，顺序，使得任务之间是相互关联，循序渐进“螺旋式”上升过程，便于学生对所学知识有一个系统的理解、认识。
2以积极的教学理念为导向，根据教学内容选择不同教学方法
“教学有法，但教无定法”，每种教学方法都不是万能的，也不能说某个知识的教学只能用某种教学方法。每种教学方法都有其长处，也有其短处。因此在Photoshop的教学中需要根据教学内容、学生的接受能力等实际情况灵活运用各种教学方法。以下从该课程教学方法中的任务驱动、合作学习两个方面进行比较分析。
2.1任务驱动
适用于Photoshop中一些基础性操作技能的练习。如Photoshop工具箱中常用工具的使用；对图片、文字进行滤镜效果的处理等等。长处是能充分调动学生的主动探索的积极性，有利于培养学生自主学习能力和相对独立的分析问题、解决问题的能力。短处是对知识的习得和应用是“不自觉的”，很难被学生“内化”。学生也可能因为“求胜心切”，过于重视结果，反而忽略过程。因此有时会出现在上节课任务完成非常好，下次再用却不记得是如何完成任务的现象。
2.2合作学习
适用于Photoshop中开展综合性练习的环节。长处是有利于促进学生各种认知能力的发展，有利于学生学会与他人一起工作的方法与态度，从而培养学生的团队精神和健康的情感意识与价值观。短处是为了达到良好的教学效果，需要一些特定教学环境要求，比如机房机器位置的摆设，能否上网搜集资料等等。需要有相应的激励、监督、评价机制，否则会陷入分工不明，流于形式的情况。
3以“评”促“学”，有利于学生信息素养的全面养成
通过这几年的教学实践，我体会到以“评”促“学”，是保持学生持久学习兴趣的重要手段，在进行教学设计时一定不能忽视对学生的评价。
3.1建立明确的评价机制
对图像处理课程良好的学习兴趣能有效促进学生综合设计表达能力的发展。但并非所有学生都对Photoshop的学习有兴趣，对于没有学习兴趣的学生就需要用其它办法来促进他们对该软件的学习，其中教学评价就是一个有力的手段。学生为了达到评价标准的要求，就不得不迫使自己努力学习，从而促进了该软件技术的掌握。在开始上Photoshop的第一节课，我就告诉学生这门课的成绩评定办法：平时成绩占70%，期末考核占20%，重在过程。有了这样的约定，就严格地从平时的每一次课堂练习开始执行。我给学生以班级为单位建立了一个文件夹，学生的作品以学号+姓名的命名方式上传到教师机，学生有浏览、下载学生作品权限，这样就便于学生之间进行相互的交流。
3.2采用多元化的评价方式
对Photoshop课程的评价方式我主要采用教师评价，学生互评和学生自评这三种形式。其中教师评价是最主要的，除了在课堂上用多媒体软件针对性地对个别学生的作品进行评价以外，在课后我会对全体学生的作品做出相关评价，并把评价结果公布在班级QQ群里。让学生能及时看到我对他们作品的评价。评价不是对学生作品进行优劣的甄别，而是帮助学生指出问题所在并能起到激励学生不断改进的作用。对于一些优秀的学生作品，其他同学可以作为一种参照，下一次能尽快提高自己的作品水平。通过这样的互评方式共享学生的学习成果，从学生的角度发现问题以及提出改进意见。在合作学习以及每一个教学单元完成后我要求学生进行自我评价，肯定成绩的同时找出差距，从而培养学生的反思能力，最大限度的促进学生的发展。
总之，图像处理课程Photoshop软件的编辑手段和技巧层出不穷，熟悉Photoshop的各种功能不可能一蹴而就，只有多学、多用、多练、多体会，才能插上创意和想象力的翅膀。只有巧用多种教学手段，化静为动，让学生面对多彩的画面激起学习的兴趣，提高审美能力、创造力和想象力，在教学方法的设计中善于创新和灵活运用，才能有助于提高学生的学习积极性和教学质量，才能快速地提升学生的综合设计素养。
参考文献：
[1] 飞龙工作室.最新Photoshop CS2实例标准教程[M].北京：中国青年出版社，2007.
[2] 施教芳，汪超顺，李长久.Photoshop CS4平面设计高级教程[M].北京：中国青年出版社，2010.
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