“數(shù)字電視原理”理論實(shí)踐一體化教學(xué)研究

朱虎 盧官明 謝世朋

【摘要】理論實(shí)踐一體化逐漸成為高校工科專(zhuān)業(yè)教師教學(xué)的一種重要的教學(xué)方法，本文針對(duì)工科課程“數(shù)字電視原理”的教學(xué)，提出了“課程理論講解→具體問(wèn)題分析→編程實(shí)驗(yàn)和講解→作用和效果演示→總結(jié)”理論實(shí)踐一體化的五步教學(xué)模式，將教學(xué)模式從理論灌輸教育轉(zhuǎn)向更為務(wù)實(shí)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)教育。本文以二值圖像游程編碼和解碼重構(gòu)為例，深入闡述了五步教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程和采取的舉措，并對(duì)新的教學(xué)模式體制下的專(zhuān)任教師提出了具體的要求。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視原理;教學(xué)模式;理論實(shí)踐一體化;游程編碼

1.引言

“數(shù)字電視原理”課程是高等工科院校廣播電視工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和主干課程，是南京郵電大學(xué)廣播電視工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的本科生主干課程，每年有一百多名學(xué)生學(xué)習(xí)64課時(shí)的“數(shù)字電視原理”課程?！皵?shù)字電視原理”課程主要學(xué)習(xí)數(shù)字電視的原理的基本理論、處理方法。開(kāi)設(shè)該課程的目的是通過(guò)分析電視機(jī)的基本工作原理，加深對(duì)前面所學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的認(rèn)識(shí)。該課程要求學(xué)生在掌握有關(guān)數(shù)字電視原理的基本概念和方法的基礎(chǔ)上，能夠利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)和音頻信號(hào)的各種信息處理，如游程編碼、霍夫曼編碼等。培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，提高實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

“數(shù)字電視原理”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的理論介紹為主教學(xué)為主的教學(xué)方式，經(jīng)常忽視理論的具體代碼實(shí)現(xiàn)步驟，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，普遍感到理論的概念抽象，對(duì)理論的理解僅限于表面認(rèn)識(shí)。因此，對(duì)于這樣一門(mén)重要的主干課程，把理論和實(shí)踐相結(jié)合尤為重要。

理論實(shí)踐一體化教學(xué)是課堂教學(xué)與實(shí)踐之間相互協(xié)作的新教學(xué)模式，是以學(xué)生自覺(jué)、自主學(xué)習(xí)為主，由教師引導(dǎo)與監(jiān)督相結(jié)合的教學(xué)方式，通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，通過(guò)理論來(lái)指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐，進(jìn)行全面綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的理論和實(shí)踐相結(jié)合的綜合應(yīng)用能力。以“數(shù)字電視原理”課程為平臺(tái)，以學(xué)生的綜合素質(zhì)能力提高為目標(biāo)，對(duì)該課程的理論實(shí)踐一體化教學(xué)研究是時(shí)代賦予當(dāng)前專(zhuān)業(yè)教師的使命。

2.理論實(shí)踐一體化教學(xué)模式

理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)和源頭。首先，要對(duì)課程的理論基礎(chǔ)進(jìn)行透徹剖析和深入的講解，聯(lián)系實(shí)踐，配有具體的編程演示實(shí)例，使原本很抽象的內(nèi)容變得生動(dòng)具體，從而達(dá)到讓學(xué)生理解基礎(chǔ)理論和性質(zhì)的目的。

本文在結(jié)合了“數(shù)字電視原理”課程中的具體理論和編程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，作者提出一種“數(shù)字電視原理”課程教學(xué)中的理論實(shí)踐一體化具體教學(xué)模式。該教學(xué)模式分為“課程理論講解→具體問(wèn)題分析→編程實(shí)驗(yàn)和講解→作用和效果演示→總結(jié)”的五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，五個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，相互依存，把理論實(shí)踐渾然天成般的融合在一起，從而激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，使原本很抽象的內(nèi)容變得生動(dòng)具體。同時(shí)，另一方面也需要滿足學(xué)生課后實(shí)踐的要求，給學(xué)生提供邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐的機(jī)會(huì)，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，觀察處理之后的效果。不但可以鞏固所學(xué)知識(shí)，還可提高學(xué)生的動(dòng)手能力。為了讓學(xué)生既能夠掌握基本理論，又培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.1 課程理論講解

針對(duì)“數(shù)字電視原理”課程所授內(nèi)容離不開(kāi)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，僅僅理論講解是不夠的。這就要求教師在課堂上既要進(jìn)行理論分析和剖析作用，又要針對(duì)具體實(shí)例進(jìn)行代碼編程實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行實(shí)例分析和演示效果，熏陶學(xué)生處理的思路和編程的技巧。

本文以信源編碼原理一章中的游程編碼為例，先闡述游程編碼的定義：將具有相同數(shù)值（例如，像素的灰度值）的、連續(xù)出現(xiàn)的信源符號(hào)構(gòu)成的符號(hào)序列用其數(shù)值及串的長(zhǎng)度表示，游程編碼思想是去除像素冗余。以圖像編碼為例，灰度值相同的相鄰像素的延續(xù)長(zhǎng)度（像素?cái)?shù)目）稱(chēng)為延續(xù)的游程，又稱(chēng)游程長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)游程。另外，指出游程和游程長(zhǎng)度的定義，游程是指具有相同灰度值的像素序列，游程長(zhǎng)度是指灰度值相同的相鄰像素的數(shù)目。

2.2 具體問(wèn)題分析

以二值圖像進(jìn)行游程編碼，這里二值圖像是指圖像中的像素值只有兩種取值，即“0”和“1”，因而在圖像中這些符號(hào)會(huì)連續(xù)地出現(xiàn)，通常將連“0”這一段稱(chēng)為“0”游程，而連“1”的一段則稱(chēng)為“1”游程，它們的長(zhǎng)度分別表示為L(zhǎng)（0）和L（1），往往“0”游程與“1”游程會(huì)交替出現(xiàn)，即第一游程為“0”游程，第二游程為“1”游程，第三游程又為“0”游程。下面以一個(gè)具體的二值序列為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.3 編程實(shí)驗(yàn)和講解

講解編程代碼的目的是讓學(xué)生掌握理論實(shí)現(xiàn)的具體方法和技巧，提供學(xué)生模仿手段，縮短學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際所需的探索時(shí)間，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。本文應(yīng)用MATLAB R2011b影像處理工具箱中提供的相關(guān)函數(shù)和命令，對(duì)二值圖像進(jìn)行游程編碼并解碼重構(gòu)圖像，游程編碼核心代碼和注釋如圖1所示。

2.4 作用和效果演示

課堂上通過(guò)運(yùn)行代碼，用來(lái)演示對(duì)二值圖像進(jìn)行游程編碼并解碼重構(gòu)圖像算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程，具體的二值圖像游程編碼重構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 圖像游程編碼重構(gòu)實(shí)例

學(xué)生可以見(jiàn)到理論到實(shí)際編程應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)效果，從而增加對(duì)理論認(rèn)識(shí)的深度，掌握理論付諸于實(shí)踐的編程技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技巧，同時(shí)提供相應(yīng)方法實(shí)現(xiàn)的源代碼供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。

2.5 結(jié)論

有上面的理論分析和編程實(shí)驗(yàn)講解，可以得到二值圖像游程編碼方法的特點(diǎn)：對(duì)于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好，直觀，經(jīng)濟(jì)，是一種無(wú)損壓縮;但是對(duì)于紛雜的圖像，壓縮效果不好。并讓學(xué)生思考如何改進(jìn)傳統(tǒng)的游程編碼方法才能對(duì)紛雜的圖像取得比較好的壓縮效果。

總結(jié)的目的是進(jìn)一步對(duì)原理、作用、編碼實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)提出新的思考問(wèn)題，讓學(xué)生思考和練習(xí)。這一步驟可以進(jìn)一步對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，而且也加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)。

3.新教學(xué)模式對(duì)教師的要求

較之以前，“理論實(shí)踐一體化”新的教學(xué)模式對(duì)專(zhuān)業(yè)教師素質(zhì)有著更高的要求。首先，要求教師有著發(fā)現(xiàn)課堂理論教學(xué)和實(shí)際的聯(lián)系并分析問(wèn)題，這不僅需要教師有著更強(qiáng)的責(zé)任心，而且需要扎實(shí)的理論功底和分析能力。其次，“編程實(shí)驗(yàn)和講解”和“作用和效果演示”需要教師課前對(duì)理論問(wèn)題進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)源代碼，這不僅需要教師具備極強(qiáng)的編程能力，而且需要將理論與編程代碼相結(jié)合的解釋能力。最后，“總結(jié)”要求教師對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行剖析，讓學(xué)生明白理論如何指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐又如何解決理論問(wèn)題的過(guò)程，達(dá)到真正的“授之于漁”的目的，另外，還要在“理論實(shí)踐一體化”教學(xué)的基礎(chǔ)上給學(xué)生提出新的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，主動(dòng)積極主動(dòng)去創(chuàng)造性的解決問(wèn)題，這要求教師要有高屋建瓴的教學(xué)和科研水平。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)“數(shù)字電視原理”課程的具體特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)理論和編程實(shí)踐，提出“課課程理論講解→具體問(wèn)題分析→編程實(shí)驗(yàn)和講解→作用和效果演示→總結(jié)”該課程教學(xué)的五步教學(xué)法。這種教學(xué)方式將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，學(xué)生可以從理論和實(shí)際實(shí)踐兩方面掌握數(shù)字電視原理課程知識(shí)和相關(guān)技術(shù)。素質(zhì)教育是一項(xiàng)長(zhǎng)期而又艱巨的任務(wù)，改革傳統(tǒng)重理論輕實(shí)踐的教學(xué)理念，將教學(xué)模式從理論教育轉(zhuǎn)向更為務(wù)實(shí)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)教育，還需要所有的教育工作者長(zhǎng)期的、持續(xù)的、深入的研究和工作。

參考文獻(xiàn)

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項(xiàng)目基金：南郵教改研究項(xiàng)目（編號(hào)：JG00213JX15）。

作者簡(jiǎn)介：朱虎（1982—），男，安徽蚌埠人，博士，講師，研究方向：圖像處理、模式識(shí)別。