本科“3+1”教學(xué)模式下的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

摘 要：數(shù)字圖像處理課程已成為了高校本科計(jì)算機(jī)與信息類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。結(jié)合本專業(yè)“3+1”教學(xué)模式，針對本科教學(xué)過程中呈現(xiàn)出的主要問題，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究、改革與實(shí)踐。實(shí)踐表明，此次教學(xué)改革提高了教學(xué)效果，得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理 教學(xué)模式 教學(xué)改革

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2013）05-216-02

一、引言

隨著電子和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理已成為當(dāng)今信息處理技術(shù)中發(fā)展很快且應(yīng)用面很廣的新興學(xué)科之一?！皵?shù)字圖像處理”課程也成為了高校本科計(jì)算機(jī)與信息類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。但由于數(shù)字圖像處理學(xué)科所涉及的知識面廣，理論復(fù)雜，對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的要求高，實(shí)踐環(huán)節(jié)動(dòng)手能力要求強(qiáng)，其課程內(nèi)容也在不斷更新豐富。在以往傳統(tǒng)教學(xué)過程中呈現(xiàn)出了以下弊端：（1）教材中大量理論和算法推導(dǎo)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來困難；（2）單一的單機(jī)版多媒體教學(xué)，無法滿足學(xué)生對新知識、新技術(shù)、新應(yīng)用的了解和深入學(xué)習(xí)；（3）沒有完善系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，促使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性下降，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳；（4）沒有實(shí)際項(xiàng)目作為應(yīng)用鍛煉，造成理論與實(shí)踐脫鉤，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣等。

針對數(shù)字圖像處理教學(xué)過程中出現(xiàn)的上述問題，國內(nèi)很多教學(xué)專家和學(xué)者，結(jié)合自己的實(shí)際教學(xué)過程，各抒己見，陸續(xù)提出了很多寶貴的改革建議和方案，取得了相應(yīng)的教學(xué)改革成果。如山東工商學(xué)院的魏廣芬和王永強(qiáng)等于2009年針對“數(shù)字圖像處理”課程和學(xué)生特點(diǎn)，介紹了教學(xué)過程中實(shí)施的一些改革措施，包括采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，“設(shè)問-思考-引導(dǎo)-嘗試-總結(jié)”的教學(xué)模式和學(xué)生分組的學(xué)習(xí)方式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)以及完善評分機(jī)制等方面。并對教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行探討。西北民族大學(xué)的李向群和王書文于2010年從教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)手段改革、實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立、考核方式改革等方面入手進(jìn)行了深入細(xì)致的探討，并將這些方法應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過程中，收到了較好的效果。中國傳媒大學(xué)的呂朝輝也于2010年根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)，探討了本門課程的教學(xué)改革和實(shí)踐，經(jīng)過五年來的教學(xué)實(shí)施，取得了良好的教學(xué)效果。南通大學(xué)的趙敏于2011年，針對該課程的特點(diǎn)，論述了在教學(xué)中引入案例教學(xué)法的可行性和具體實(shí)施方案。

通過對上述數(shù)字教學(xué)改革的學(xué)習(xí)和研究，結(jié)合我?！按蟮掠?，大工程，大實(shí)踐”的辦學(xué)理念和信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)“3+1”教育模式（本專業(yè)“3+1”教育模式是指3年在學(xué)校完成理論課學(xué)習(xí)，1年在軟件實(shí)習(xí)公司等完成工程實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)）及本科生的特點(diǎn)。對本專業(yè)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)進(jìn)行了改革研究和實(shí)踐。建立了一個(gè)以學(xué)生為主體，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)為平臺，以大學(xué)生科研立項(xiàng)為載體，以大學(xué)生就業(yè)或考研深造為目標(biāo)的一套較為完善的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

二、課程改革內(nèi)容

結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)建設(shè)的需要。本課題研究內(nèi)容主要將通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制來探索和實(shí)施。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字圖像處理課程的基本內(nèi)容包括圖像處理的基礎(chǔ)知識、圖像增強(qiáng)、圖像變換、圖像分割、圖像復(fù)原、圖像特征提取與選取以及圖像壓縮編碼等知識。但隨著信息化時(shí)代知識的加快更新、技術(shù)快速革新，數(shù)字圖像處理課程已成為模式識別和計(jì)算機(jī)視覺等新學(xué)科的基礎(chǔ)，并根據(jù)學(xué)生就業(yè)需求的主線要求。通過對教學(xué)內(nèi)容的深入研究，在本專業(yè)新版教學(xué)大綱中，對授課內(nèi)容中要求以基礎(chǔ)理論知識為基礎(chǔ)，把相關(guān)的科研項(xiàng)目和實(shí)際項(xiàng)目滲透到授課中。例如在介紹圖像處理的基礎(chǔ)知識的時(shí)候，我們可以結(jié)合案例驅(qū)動(dòng)來講述圖像處理的過程；將車牌識別、人臉識別、筆記識別等實(shí)際項(xiàng)目穿插到圖像增強(qiáng)、圖像分割、頻域處理以及特征提取與選取中。同時(shí)，我們把信息熵、模糊數(shù)學(xué)和小波分析等概念滲透到部分章節(jié)中，并給出該理論解決問題的結(jié)果，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)新理論的興趣，促使部分同學(xué)自學(xué)新的理論，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。在講述專業(yè)基礎(chǔ)知識的過程中，我們將適時(shí)地增強(qiáng)相關(guān)的軟件的學(xué)習(xí)和資源庫的介紹，例如通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生對Matlab和VC++等語言的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。通過CNKI和IEEE Tran文章的介紹，提高學(xué)生對最新科研成果的了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對新事物的學(xué)習(xí)能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生參加校內(nèi)科研立項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

2.豐富教學(xué)方法。在以往的教學(xué)過程中，數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)主要以“填鴨式”教學(xué)方法為主，只注重對學(xué)生的教，而忽視了學(xué)生的學(xué)和做，沒能產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。通過對當(dāng)前主要教學(xué)方法的研究與探索，我們豐富了數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)方法，以“啟發(fā)式”教學(xué)方法為主，以綜合運(yùn)用講授法、研究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法等教學(xué)法，把“教、學(xué)和做”很好地穿插起來，發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)深層次互動(dòng)。促進(jìn)學(xué)生對數(shù)字圖像處理基本知識和方法的掌握及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.提升教學(xué)手段。針對該門課程理論性強(qiáng)、乏味單調(diào)的特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)手段，借鑒當(dāng)前較為流行的CDIO教學(xué)模式，進(jìn)行教學(xué)手段的提升。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的組合的優(yōu)化和教學(xué)方法的豐富，在教學(xué)中以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體為教學(xué)媒體，通過制作多媒體課件，以“少而精”和“圖文并茂”為原則，并結(jié)合Matlab和VC++等軟件編程實(shí)例的案例教學(xué)，在課堂教學(xué)中適時(shí)引入前沿?zé)狳c(diǎn)圖例分析和編程處理實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會到易學(xué)、樂學(xué)和會做。

4.改善考核機(jī)制。摒棄了以往“一考定乾坤”的考核方式，將平時(shí)出勤與課堂表現(xiàn)情況、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)成績等進(jìn)行量化，納入最終成績的綜合評核。并結(jié)合“3+1”創(chuàng)新教育模式對學(xué)生實(shí)踐能力和CDIO培養(yǎng)大綱對學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行全面考核的要求。側(cè)重學(xué)生對基礎(chǔ)知識的把握、個(gè)體實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考核。

三、實(shí)踐效果

通過數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制等四方面的改革研究與實(shí)踐，近幾年本專業(yè)每年都有10%左右的學(xué)生選擇數(shù)字圖像處理的相關(guān)研究內(nèi)容作為本科畢業(yè)論文選題，并取得了較好的成績。通過對畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，考研深造的部分學(xué)生也把圖像處理及新興相關(guān)學(xué)科前沿方向作為自己的學(xué)術(shù)研究方向，工作就業(yè)的部分學(xué)生也從事了與數(shù)字圖像處理相關(guān)的研究工作領(lǐng)域。

四、結(jié)束語

本文對以往數(shù)字圖像處理課程教學(xué)過程中存在的主要問題進(jìn)行了簡要的介紹，并對主要相關(guān)學(xué)者的教學(xué)改革內(nèi)容進(jìn)行了闡述。結(jié)合我校的教學(xué)理念以及本專業(yè)的“3+1”教學(xué)改革模式，針對本專業(yè)本科生的特點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)字圖像處理教學(xué)的改革研究和實(shí)踐。實(shí)踐表明，此次教學(xué)改革提高了教學(xué)效果，得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評。完成了對本專業(yè)學(xué)生在知識、能力與素質(zhì)等方面要求的綜合培養(yǎng)。

[基金項(xiàng)目：黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃研究課題（GBC1212076）；黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目]

參考文獻(xiàn)：

1.魏廣芬，王永強(qiáng)，丁昕苗，何愛香.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革的嘗試.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）

2.李向群，王書文.《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)改革初探.微計(jì)算機(jī)信息，2010（3-2）

3.呂朝輝.數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革與實(shí)踐.高教論壇，2010（11）

4.趙敏.MATLAB用于數(shù)字圖像處理的教學(xué)實(shí)踐研究.電腦知識與技術(shù)，2012（31）

5.查建中.CDIO：顛覆性的工科教育模式改革[J].中國遠(yuǎn)程教育，2009（3）

（作者單位：黑龍江科技學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150027 通訊作者：高志軍）

（責(zé)編：賈偉）