數(shù)字圖像處理教學(xué)改革探索與實(shí)踐①

摘 要：本文深入地分析了數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，提出注重課程內(nèi)容建設(shè)與課程間的銜接、注重現(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用、注重實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理 教學(xué) 考核

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）09（b）-0167-01

近年來，數(shù)字圖像處理已經(jīng)迅速發(fā)展成為一門集光學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)等學(xué)科為一體的具有強(qiáng)大生命力的綜合性邊緣科學(xué)。數(shù)字圖像處理技術(shù)在通信工程、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)用圖像處理、工業(yè)生產(chǎn)、軍事、公安、文化藝術(shù)等許多領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。

數(shù)字圖像處理課程作為信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的選修課，課程所涉及的知識(shí)面廣、理論性強(qiáng)、實(shí)踐環(huán)節(jié)要求高，其課程內(nèi)容也在不斷快速發(fā)展更新、豐富之中。針對該課程特點(diǎn)我們從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，為今后的對圖像處理技術(shù)的深入學(xué)習(xí)和研究打下良好基礎(chǔ)，也為其他專業(yè)課教學(xué)改革提供參考和啟示。

1 注重課程內(nèi)容建設(shè)與課程間的銜接

隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的日新月異，數(shù)字圖像處理領(lǐng)域更有效、更實(shí)用的新方法和新手段不斷產(chǎn)生，學(xué)科的快速發(fā)展決定課程教學(xué)內(nèi)容改革的必要性和緊迫性。針對這種情況，我們以內(nèi)容的基礎(chǔ)性兼顧方法的先進(jìn)性為原則，以當(dāng)今數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的重要內(nèi)容作為本課程的基本教學(xué)內(nèi)容，并將最新的成果和前沿性的知識(shí)納入教材，使教學(xué)內(nèi)容在經(jīng)典的基礎(chǔ)上具有先進(jìn)性和實(shí)用性。例如，授課內(nèi)容保留了圖像處理中經(jīng)典的圖像的空間域、頻率域增強(qiáng)與復(fù)原，邊緣檢測，圖像編碼等，增添了比較新穎實(shí)用的方法和前沿知識(shí)如小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等作為選學(xué)內(nèi)容。

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)的信息類課程包括數(shù)字信號(hào)處理、信息論與編碼學(xué)、數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別等，其中前兩門課程是數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)，模式識(shí)別課程是圖像處理的后續(xù)課程。在數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)中，我們非常注重本課程與先修、后續(xù)課程的銜接，在恰當(dāng)處理教學(xué)內(nèi)容重復(fù)問題的同時(shí)保持內(nèi)容的完整性、一致性和連貫性。例如，數(shù)字信號(hào)處理中已經(jīng)詳細(xì)介紹了傅立葉變換的基本理論，在數(shù)字圖像處理課程傅立葉變換的教學(xué)中我們從傅立葉變換的基本理論過渡到著重講解二維傅立葉變換在圖像處理中的應(yīng)用。

2 注重教學(xué)方法與教學(xué)手段的運(yùn)用

2.1 應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段

隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)應(yīng)用的迅速普及，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)對傳統(tǒng)教學(xué)手段的補(bǔ)充作用和對教學(xué)方法改革的促進(jìn)作用顯得尤為重要。數(shù)字圖像處理課程具有涉及知識(shí)面廣、內(nèi)容更新快、理論難度大、授課學(xué)時(shí)有限、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，加之?dāng)?shù)字圖像處理是一門以圖像為處理對象，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理的學(xué)科，許多圖像處理算法最終要在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。針對該課程特點(diǎn)，我們將課程教學(xué)內(nèi)容制成課件，采用多媒體計(jì)算機(jī)開展現(xiàn)代化教學(xué)。例如，在介紹圖像頻域變換的知識(shí)中，我們結(jié)合教學(xué)課件和計(jì)算機(jī)演示，將抽象復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式變?yōu)樯鷦?dòng)直觀的實(shí)時(shí)圖像處理演示，以圖文并茂、動(dòng)靜結(jié)合的表達(dá)形式和表現(xiàn)力增強(qiáng)了同學(xué)們對抽象事物與過程的認(rèn)識(shí)與理解。

現(xiàn)代化手段教學(xué)的實(shí)踐表明，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段能縮短學(xué)時(shí)，使教學(xué)內(nèi)容由平面到立體由抽象到具體，極大地增強(qiáng)課堂教學(xué)的直觀性、互動(dòng)性，提高教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與主動(dòng)性。

2.2 采用多種教學(xué)方法結(jié)合

采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，既要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，又要重視研究對教學(xué)方法改革的促進(jìn)作用，探求新的教學(xué)方法?，F(xiàn)代化教學(xué)手段的使用為我們創(chuàng)造了更好的教學(xué)情景，使全方位、多角度的信息在教學(xué)過程中得到充分運(yùn)用。在良好的教學(xué)環(huán)境下采用啟發(fā)式教學(xué)為主，綜合使用問題教學(xué)法、項(xiàng)目教學(xué)法和類比法等多種教學(xué)方法，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生深層次、多角度地思考問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位。

另外，除了充分利用多媒體教學(xué)外，我們以專題形式講授方法應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)和實(shí)踐的活動(dòng)中來，通過實(shí)際項(xiàng)目問題的研究分析來提高學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)能力，獨(dú)立思考能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，促進(jìn)了學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間在教學(xué)過程中的雙向交流。

3 注重實(shí)踐教學(xué)

針對圖像處理課程特點(diǎn)，純理論教學(xué)已不能滿足數(shù)字圖像處理課程應(yīng)用性實(shí)踐性極強(qiáng)的特征，注重實(shí)踐性教學(xué)已成為該課程改革中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

3.1 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的體系與內(nèi)容建設(shè)

該課程有三大特征：（1）基礎(chǔ)理論；（2）技術(shù)方法；（3）應(yīng)用。為了充分體現(xiàn)這三大特征，實(shí)踐教學(xué)就理所當(dāng)然的成為了該門課程教學(xué)的強(qiáng)有力的補(bǔ)充。我們在該課程理論教學(xué)中設(shè)置課內(nèi)實(shí)習(xí)，進(jìn)而設(shè)置了集中實(shí)習(xí)并獨(dú)立設(shè)課的教學(xué)模式。實(shí)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計(jì)為：基礎(chǔ)性實(shí)操、驗(yàn)證性實(shí)習(xí)和具有應(yīng)用性與創(chuàng)新性的圖像處理。例如圖像及其直方圖顯示、圖像二值化、邊緣檢測等實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，經(jīng)過實(shí)習(xí)與實(shí)踐過程，加深理解，提高了實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3.2 采用教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)方法

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)，指導(dǎo)教師往往花較多時(shí)間講解教學(xué)內(nèi)容和步驟等，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間不足。因而我們在實(shí)踐教學(xué)中，采用學(xué)生自學(xué)為主，教師教學(xué)為輔，讓學(xué)生獨(dú)立摸索圖像處理軟件操作步驟，探討圖像處理算法設(shè)計(jì)方法等，教師僅在必要時(shí)為學(xué)生做指導(dǎo)。這種實(shí)踐教學(xué)方法可以促使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和消化所學(xué)理論知識(shí)，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，實(shí)現(xiàn)以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。

4 改革單一考核方式

目前信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)的數(shù)字圖像處理課程為選修課，考核方式為考查?？紤]到數(shù)字圖像處理課程是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，用單一的考核方式將會(huì)阻礙學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達(dá)不到較為理想的課堂教學(xué)效果，所以，我們設(shè)想采用筆試加實(shí)踐考核相結(jié)合的考核模式來解決這一問題。采用這種方式是因?yàn)樵诠P試的環(huán)節(jié)可以重點(diǎn)考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，而實(shí)踐環(huán)節(jié)則側(cè)重考查了學(xué)生運(yùn)用相關(guān)工具的熟練程度和解決實(shí)際問題的能力大小。

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