從學(xué)生角度看《機器視覺》課程改革

鄒榮 劉盛亞 夏正東 許楨英

摘 要： 《機器視覺》是一門強調(diào)理論與實踐相結(jié)合的課程，要求學(xué)生運用已掌握的基本理論、基本方法去實際應(yīng)用中分析問題和解決問題。然而，在教學(xué)過程中，很多學(xué)生發(fā)現(xiàn)不能夠很好地將已有的理論基礎(chǔ)運用到實踐中，造成了知識的脫節(jié)，影響了學(xué)習(xí)的效果和興趣。針對以上問題，作者提出了改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法的一些建議，旨在有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際運用能力。

關(guān)鍵詞： 《機器視覺》 課程教學(xué) 教學(xué)改革 學(xué)生角度

《機器視覺》具有很強的工具性、操作性，要求學(xué)生掌握和運用方法技能[1]，根據(jù)“從實踐中來、到實踐中去”這一基本原理，遵循“因材施教、循序漸進”的教學(xué)規(guī)律，課堂教學(xué)堅持“少而精”的原則，精講多練，形成“從個別到一般，再從理論到應(yīng)用”的啟發(fā)循環(huán)式教學(xué)思路，層層遞進，循循善誘，從現(xiàn)象描述、抽象概括上升到理性認識，同時組織課堂討論并給予指導(dǎo)、講評，力求學(xué)生及時理解、消化、掌握。

一、采用傳統(tǒng)課堂講授法授課的效果調(diào)查及原因分析

《機器視覺》是一門實踐性較強的課程，該課程強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，在教學(xué)過程中，不僅要求我們掌握機器視覺方面的基本概念、基本原理和方法，更注重對各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)獨立地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的實際動手能力。在以往的教學(xué)中，我們采取傳統(tǒng)的課堂理論講授和算法分析相結(jié)合的教學(xué)方法，考核內(nèi)容是以對理論知識的掌握為側(cè)重點。該種教學(xué)方法有優(yōu)點：傳授較為系統(tǒng)和完整的機器視覺的基本理論，形成較為堅實的理論基礎(chǔ)。但采用該種教學(xué)方法所取得的教學(xué)效果并不是很理想：首先，我們上課的積極性不是很高，只聽教師講而學(xué)生沒有參與，課堂氣氛較為沉悶；其次是在實際應(yīng)用中，我們遇到問題時常常不知所措，無法將理論知識恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到實際問題中，得到切實的系統(tǒng)方案。我們對機電、測控專業(yè)的兩個班級進行了隨機調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容為該班學(xué)生對《機器視覺》課程的態(tài)度。得到如下結(jié)論：許多同學(xué)認為該門課程雖然有很強的現(xiàn)實意義，但理論部分含有較深的數(shù)學(xué)內(nèi)容，“晦澀難懂，枯燥乏味”。另外，通過對學(xué)生的大作業(yè)報告的分析，我們發(fā)現(xiàn)：僅較少部分的學(xué)生給出合適系統(tǒng)方案及相關(guān)算法；有將近一半的學(xué)生在報告中存在亂用和拼湊方法及抄襲拷貝內(nèi)容等方面的問題；只有一小部分報告結(jié)構(gòu)清晰，方案明確，其余同學(xué)不同程度上存在結(jié)構(gòu)模糊，方案存在不合理內(nèi)容。

結(jié)合以上兩項內(nèi)容，針對傳統(tǒng)講授法的問題進行了總結(jié)：傳統(tǒng)教學(xué)方法過于強調(diào)理論教學(xué)，忽視了對學(xué)生實踐動手能力和獨立解決問題能力的培養(yǎng)，未能突出本課程作為一種“工程應(yīng)用”而所應(yīng)該具有的實踐性、應(yīng)用性的特點；忽視對學(xué)生實際動手操作能力的培養(yǎng)，常常導(dǎo)致學(xué)生對理論理解的困難和枯燥情緒：未能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，沒有充分重視作為教學(xué)主體的學(xué)生，忽視學(xué)生的積極主動性，使學(xué)生在教學(xué)中處于相對被動的地位，影響了教學(xué)效果。

二、新教學(xué)方法的具體環(huán)節(jié)

新課改的一個重要內(nèi)容是要徹底改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生被動接受、過于注重書本知識傳授和缺乏學(xué)生綜合體驗等頑疾，應(yīng)該探索一種符合新課程理念和學(xué)科教學(xué)實際的課堂教學(xué)模式，讓學(xué)生在生動活潑、交流互動并富有探究性的氛圍中學(xué)習(xí)。

（一）新教學(xué)方法的實施原則

1.平等互動原則：改革課堂教學(xué)，讓學(xué)生在生動活潑、交流互動并富有探究性的氛圍中學(xué)習(xí)。教師在課堂上與學(xué)生平等對話的同時發(fā)揮組織、引導(dǎo)、點撥調(diào)控作用；設(shè)法把學(xué)生調(diào)動起來主動參與，設(shè)置一些小課題，讓學(xué)生在教師幫助下自主探究解決，是調(diào)動學(xué)生參與的一種重要方法；課堂上不僅體現(xiàn)師生共識，而且體現(xiàn)差異性，甚至對立和交鋒，不僅學(xué)生受教師的影響而發(fā)生改變，教師和教學(xué)過程也受學(xué)生和實際教學(xué)情況影響而改變。

2.交流合作原則：課堂應(yīng)促進教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間充分的合作和暢通的信息交流。教學(xué)過程強調(diào)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，體現(xiàn)師生、生生之間的充分合作，從課程活動方案的制訂到資料搜集，從活動過程中問題的解決到任務(wù)結(jié)束后課題報告的完成，都強調(diào)通過學(xué)生個體努力和學(xué)生之間的合作完成，教師也是合作者，是活動的平等參與者，在其中起組織、引導(dǎo)、點撥的作用。

3.個性化原則：課堂應(yīng)對學(xué)生分層分類指導(dǎo)，對不同智能結(jié)構(gòu)的學(xué)生提出不同的要求，安排不同的內(nèi)容，采取不同的教法。讓學(xué)生自主發(fā)展并充分發(fā)展個性特長，為學(xué)生個性拓展提供新的空間。

（二）實踐教學(xué)方法的具體實施環(huán)節(jié)

1.明確實踐工作任務(wù)。教師向?qū)W生說明將要完成的任務(wù)的內(nèi)容、要求和注意事項等。

2.學(xué)生嘗試完成任務(wù)，提出問題。在該環(huán)節(jié)中，學(xué)生由于缺少相關(guān)的理論知識，在實踐進行中會遇到各種困境，導(dǎo)致無法完成或無法有效完成任務(wù)。此階段的目標(biāo)，不在于學(xué)生完成任務(wù)的質(zhì)量，而是在于將學(xué)生處于困境中，激發(fā)學(xué)生的興趣和解決問題的動機。同時讓學(xué)生提出在問題解決過程中所遇到的問題。

3.授予學(xué)生相關(guān)知識。針對學(xué)生提出的困境和問題，教師引導(dǎo)學(xué)生自行學(xué)習(xí)教材相關(guān)內(nèi)容或引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，對于較為抽象的內(nèi)容，教師要進行適當(dāng)引導(dǎo)和講解，使學(xué)生獲得相應(yīng)知識[2]。

4.再一次嘗試解決問題。學(xué)生經(jīng)過相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，帶著所學(xué)內(nèi)容重新回到問題情境中，運用理論知識解決實際問題。這一步，既有利于理論知識與實踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，又有利于在實踐中深化對理論知識的理解。

5.經(jīng)驗討論，教師總結(jié)。在完成任務(wù)之后，各組要對實踐進行總結(jié)和點評。

三、新教學(xué)方法的展望

（一）將教與學(xué)相結(jié)合

將教與學(xué)結(jié)合是教學(xué)理論的基本要求，但在現(xiàn)實教學(xué)過程中并不能很好地貫徹?！皾M堂灌”、“照本宣科”等現(xiàn)象不鮮見，特別是大學(xué)課堂，常常是老師口若懸河，口干舌燥，教得很辛苦；學(xué)生卻思想拋錨，無動于衷，學(xué)得很無奈[3]。

針對這個問題，讓學(xué)生自主學(xué)，學(xué)得有興趣，在學(xué)習(xí)中得到充分鍛煉。事實證明，將實踐引入教學(xué)各個環(huán)節(jié)，學(xué)生面對自己提出的課題，有動力想辦法，學(xué)知識，始終興趣盎然地跟隨教師完成學(xué)期課程，做到了將學(xué)習(xí)的畏難情緒轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的熱情。

（二）將理論教學(xué)與實踐操作相結(jié)合

理論學(xué)習(xí)幾乎是大學(xué)教學(xué)的全部內(nèi)容。盡管教師不遺余力地解釋理論的重要性和意義，但學(xué)生由于缺乏必要的感性認識，對理論始終難以親近，更難以認識它們的價值所在，而且這個問題可能在入學(xué)時基礎(chǔ)就比較差的學(xué)生中更普遍。如果我們對理論的認識不夠，學(xué)習(xí)毅力不強，理論教學(xué)幾乎就毫無效果。此時，如果教師讓學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)中意識到由于沒有理論指導(dǎo)，實踐操作漏洞百出，學(xué)生自然會學(xué)習(xí)理論，至少意識到理論的重要性[4]。

以本課程為例，許多學(xué)生選擇某種零件尺寸三維測量，而在理論講解過程中沒注意或沒聽明白，當(dāng)教師讓我們匯報自己的具體方案時，我們就傻眼了，之后，就主動看書尋找答案。當(dāng)教師對我們每個實踐環(huán)節(jié)都挑毛病時，我們的自尊心很受“打擊”，為避免下次再回答不出來，我們會看書或請教老師后，再動手操作拿出成果，質(zhì)量明顯提高了。

（三）將教學(xué)與評估全程性相結(jié)合

把激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣作為強化教學(xué)效果的關(guān)鍵，運用多種教學(xué)手段、教學(xué)方法的有機配合，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。學(xué)生在教師指導(dǎo)下自行查閱相關(guān)資料，開展實踐操作，自主學(xué)習(xí)，自我提高。

注重課外閱讀，加強指導(dǎo)，形成“閱讀—理解—揣摩—評析—借鑒”的閱讀訓(xùn)練方法。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進度，開列參考書目和閱讀材料，教師應(yīng)該提倡學(xué)生廣泛閱讀學(xué)術(shù)期刊文章，要求學(xué)生正確理解文中方法結(jié)論，細心揣摩作者的研究思路、系統(tǒng)建構(gòu)、分析方法、論證過程和寫作框架，辯證分析文獻的特點、成就和欠缺，在此基礎(chǔ)上寫出讀書報告，重點放在“理解—揣摩”這一環(huán)節(jié)，以期解剖作者的“思維黑箱”，領(lǐng)會作者意圖，學(xué)習(xí)機器視覺系統(tǒng)設(shè)計及方法的經(jīng)驗，為進一步展開實際運用打下較為扎實深厚的知識能力基礎(chǔ)。

強化訓(xùn)練，鞏固提高。教師應(yīng)該給予學(xué)生在選題、方案設(shè)計、實際驗證等環(huán)節(jié)的個別指導(dǎo)，使學(xué)生對關(guān)鍵環(huán)節(jié)和常用方法都有比較全面扎實的訓(xùn)練，基本達到能夠獨立地規(guī)劃設(shè)計一套簡單實用的機器視覺系統(tǒng)的水平。

（四）多種能力的綜合運用和評估

本課程評估方式的改革旨在引導(dǎo)課程教學(xué)，將傳授基礎(chǔ)理論知識、培養(yǎng)實踐操作技能、訓(xùn)練科學(xué)思維方法、培養(yǎng)求真務(wù)實的工作作風(fēng)融為一體，對培養(yǎng)具有良好的專業(yè)基本素質(zhì)的應(yīng)用型人才十分有效。

該課程讓學(xué)生在小組合作設(shè)計方案、共同收集資料的基礎(chǔ)上，各自獨立完成報告。在這一過程中，通過分組討論課題并與老師、組員之間交流，鍛煉了語言表達能力、人際交往能力、團體協(xié)作能力等。方案的設(shè)計和報告撰寫鍛煉和考察了同學(xué)們知識運用能力、思維能力、研究能力等諸多能力。

可以說，該課程教學(xué)改革最大的亮點是課程學(xué)習(xí)變成既使我們有興趣又富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，極大地調(diào)動了學(xué)習(xí)的熱情和克服困難的勇氣。另外，評價方式更全面、更公正，考察我們的具體能力和學(xué)習(xí)態(tài)度。

結(jié)語

《機器視覺》課程改革把學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力引導(dǎo)到關(guān)注和研究實際應(yīng)用上，使學(xué)生所學(xué)的有關(guān)知識能夠落到實處，有的放矢，融會貫通。注重學(xué)生研究方法和能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察、善于思考、勇于探索的良好學(xué)風(fēng)。致力于學(xué)生的素質(zhì)教育，使學(xué)生初步具有科學(xué)思維、嚴謹作風(fēng)、務(wù)實精神和社會責(zé)任感。具體來說，通過《機器視覺》的學(xué)習(xí)和實踐，能夠熟練掌握和運用相關(guān)理論和方法，養(yǎng)成自覺、獨立地認識社會、鉆研問題的良好習(xí)慣，提高正確認識問題和解決問題的綜合能力，拓展和深化專業(yè)領(lǐng)域知識，通過“理論—方法—應(yīng)用”的教學(xué)實踐，實現(xiàn)學(xué)生“知識—能力—素質(zhì)”的飛躍和完善統(tǒng)一。

隨著計算機技術(shù)和圖像傳感器的普及，《機器視覺》課程有極為廣闊的應(yīng)用前景，因此，《機器視覺》的課程改革有利于學(xué)生思維方式變革、知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化、綜合能力培養(yǎng)、創(chuàng)新潛質(zhì)開發(fā)，對于實現(xiàn)高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)有著重要的實踐意義；有利于促進產(chǎn)學(xué)研一體化和科研成果社會化；有利于高等教育學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革，發(fā)展以繼續(xù)教育、終身教育為特征的成人高等教育，不斷提高在職人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)。

參考文獻：

[1]李樹濤，黎福海，林翚.HALCON軟件在機器視覺課程實驗中的應(yīng)用[J].高校實驗室工作研究，2012（1）：61-63.

[2]魏怡，李宇.《圖像分析與機器視覺》網(wǎng)絡(luò)課件設(shè)計及應(yīng)用[J].邊疆經(jīng)濟與文化，2007（2）：129-130.

[3]韓紅，焦李成.談計算機視覺課程的教學(xué)創(chuàng)新[J].計算機教育，2010，19：84-86.

[4]史金龍，白素琴，龐林斌，等.研究生機器視覺課程的CDIO教學(xué)改革實踐[J].計算機教育，2013，201（3）：9.

基金項目：江蘇省博士后科研資助計劃（1402012B）；江蘇大學(xué)高級專業(yè)人才科研啟動基金（14JDG134）.