問題驅(qū)動和Matlab 相結(jié)合教學(xué)法在數(shù)字圖像處理課程中的應(yīng)用研究

相入喜等

摘要：為了吸引光電信息工程專業(yè)學(xué)生對“數(shù)字圖像處理”這門學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，該文根據(jù)應(yīng)用技術(shù)大學(xué)高年級本科生學(xué)習(xí)特點和數(shù)字圖像處理學(xué)科本身的特點，提出了一種基于問題驅(qū)動和Matlab相結(jié)合的教學(xué)方法，在具體教學(xué)實踐中取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：問題驅(qū)動教學(xué)法；數(shù)字圖像處理；Matlab

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）04-0169-01

《數(shù)字圖像處理》不僅是光電信息類的核心課程，而且也是一門交叉性很強的學(xué)科，涉及多學(xué)科知識，如高等數(shù)學(xué)、概率論、隨機過程、線性代數(shù)、電子學(xué)和光度學(xué)等學(xué)科。目前數(shù)字圖像處理技術(shù)在軍事、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、教育等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1-4]。近年來，隨著電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理的理論研究也進入了新的階段，為了適應(yīng)目前的快速發(fā)展，幾乎所有高校的光電信息類專業(yè)都開設(shè)了該課，但在講授該課程時，幾乎所有高校教師都采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，側(cè)重理論，輕視實踐的教學(xué)模式，大大消弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時嚴重抑制了學(xué)生創(chuàng)新思想的發(fā)展。為了進一步提高學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)主動性，該文在《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)中進行問題驅(qū)動和Matlab相結(jié)合方式教學(xué)探討，取得不錯的教學(xué)效果。

1 問題驅(qū)動教學(xué)法

問題驅(qū)動教學(xué)法和前人提出的項目教學(xué)法很類似，但不完全相同。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為知識是學(xué)生在一定情景下，結(jié)合其他人的幫助，利用有效地學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得。教師在整個學(xué)習(xí)過程中起著幫助者的角色，利用一些情景、協(xié)作等學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮主體性[5]。問題驅(qū)動教學(xué)法也是在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，以實際的項目為講解對象，先由教師提出幾個主要問題，分組引導(dǎo)學(xué)生思考，然后學(xué)生圍繞問題思考，獨立解決問題。在解決過程中，可以參考資料，也可以尋求他人幫助。在解決過程中，學(xué)生會不斷有新的問題、新的方法出現(xiàn)。問題驅(qū)動教學(xué)法針對應(yīng)用大學(xué)本科層次學(xué)生本身的特點，通過不斷提問題，解問題，再提問題，從而讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，鍛煉學(xué)生思考問題能力，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

問題驅(qū)動教學(xué)法的關(guān)鍵是問題的設(shè)計好壞，設(shè)計的好，可以促進學(xué)生正確的思考，不好會嚴重影響學(xué)生的思考，太難學(xué)生會長時間思考不得結(jié)果，就失去了問題驅(qū)動的效果，同樣太簡，也失去問題驅(qū)動的效果。問題設(shè)計要按照難度與知識點的范圍設(shè)計難度均衡的問題，做到難易兼顧，逐漸深入的問題模式。在課程教學(xué)中，設(shè)計問題做到難中易的比例為2：6：2的形式。問題易，學(xué)生基本看書就可以解決問題；問題中，學(xué)生看書后需要少許思考就可以解決問題；問題難，學(xué)生需要長時間思考，同時需要結(jié)合前面問題模式中的中和易的問題才可以解決。如學(xué)生在學(xué)習(xí)圖像增強的內(nèi)容時，就可以先提出一個大的問題，如目前智能手機比較普遍，利用手機拍照也是很簡單的事，但利用手機拍照很容易得到一張對比度不佳的圖片。對于這一部分的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)時首先提出大問題就是如何提高圖像的對比度，改善圖像質(zhì)量？接著給出幾個簡單的問題，如：圖像為什么要增強？對比度是什么？直方圖均衡化的原理是什么？ 直方圖規(guī)定畫的原理是什么？幾個簡單問題過后就是比較難一點的問題，對比度增強適用范圍是什么？直方圖均衡化要注意哪些？等等，最后給出難一點問題，就是如何有效改善圖像的質(zhì)量？ 對于每一章節(jié)的學(xué)習(xí)，都可以采用類似的方法，先抽象成問題，尤其要結(jié)合學(xué)生實際獲取圖像所遇到的現(xiàn)象，然后細化解決這個問題的子問題，最后再回歸到學(xué)習(xí)這章節(jié)的大問題中。對于單一章節(jié)來說，這樣方式很合適，但對于綜合性內(nèi)容，在設(shè)計問題模型時就要花的時間更多，因為涉及到多項數(shù)字圖像處理技術(shù)的綜合應(yīng)用，綜合問題的設(shè)計要來源學(xué)生實際。例如可在課程中設(shè)置幾個綜合問題：如何檢測流水線上的贗品？如何將多幅圖像拼接成大場景？如何將人從場景中分離出來？這些問題的設(shè)計都需要授課老師先展示結(jié)果給學(xué)生，吸引學(xué)生的興趣，增加進一步學(xué)習(xí)的欲望。

2 問題驅(qū)動和Matlab相結(jié)合

通過問題驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。在解決問題時需要一種簡單快速的仿真工具，在眾多的仿真軟件中，由于Matlab具有強大的矩陣處理與三維顯示，非常適合數(shù)字圖像出的仿真實驗，可以加速問題的解決。

在問題驅(qū)動教學(xué)中，很多問題的解決可以通過Matlab的快速仿真驗證。多數(shù)問題解決涉及到算法中有大量枯燥的公式推導(dǎo)，

學(xué)生不容易集中注意力，這時如果通過Matlab仿真得到結(jié)果，能重新引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Matlab仿真除了可以幫教師解決部分問題的演示，也可以幫助學(xué)生繼續(xù)解決剩下的問題。由于Matlab 本身編程和驗證要耗費額外的時間，那么每堂課教師所講述問題中必然有所減少，否則會造成教學(xué)任務(wù)沒有完成。因此問題驅(qū)動和仿真工具Matlab 相結(jié)合可讓教師想教，學(xué)生想學(xué)，同時還能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 總結(jié)

教學(xué)改革是一個非常漫長、不斷探索、逐步完善的過程，在這個過程中，教師要打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式和理論教學(xué)的課程局限，巧妙地運用新的教學(xué)模式-問題驅(qū)動和Matlab相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生獨立思考、自主解決問題的能力。因而使用這種新的教學(xué)模式的數(shù)字圖像處理教學(xué)中，教學(xué)效果顯著增強，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增大，推動了傳統(tǒng)教學(xué)模式向研究型教學(xué)發(fā)展。

參考文獻：

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[2] 曹永鋒，蘇彩霞. “數(shù)字圖像處理”教學(xué)中提高學(xué)生主動性的探索[J].中國電力教育，2013（13）：101-102.

[3] 賈永紅. 現(xiàn)代化教學(xué)手段在數(shù)字圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].測繪通報，2006（1）：62-64.

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[5] 趙建華. 協(xié)作學(xué)習(xí)及協(xié)作學(xué)習(xí)模式[J]. 中國電化教育，2000，165（10）：5-6.