數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)改革

王 宇 樸 燕 楊 絮

長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院 吉林長春 130022

數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)改革

王 宇 樸 燕 楊 絮

長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院 吉林長春 130022

針對(duì)數(shù)字圖像處理課程特點(diǎn)和實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課后實(shí)踐等幾方面對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了改革，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

教學(xué)改革；數(shù)字圖像處理；實(shí)踐能力

數(shù)字圖像處理課程是通信工程等電子信息類專業(yè)和計(jì)算機(jī)類專業(yè)的重要專業(yè)課程，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)視覺、模式識(shí)別、高級(jí)信號(hào)處理等學(xué)科方向的重要基礎(chǔ)課程。由于該課程涉及基礎(chǔ)理論知識(shí)廣泛，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，所以學(xué)生感覺課程內(nèi)容難度大，實(shí)踐能力要求高。如何從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課后實(shí)踐等幾方面入手，對(duì)課程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，是一個(gè)重要的課題。提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，一方面可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)深層次圖像處理技術(shù)的興趣，另一方面，可以促使學(xué)生將所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)靈活地滲透到實(shí)驗(yàn)之中，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際圖像處理相關(guān)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

1 目前存在的問題

根據(jù)多年數(shù)字圖像處理課程理論與實(shí)踐的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，目前該課程的實(shí)踐教學(xué)主要存在以下問題.

1.1 數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少

主要是圍繞課程幾個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)所設(shè)置的演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)雖然有利于學(xué)生對(duì)重要理論知識(shí)的理解和掌握，但是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較簡單，如果指導(dǎo)教師提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書又很詳細(xì)，學(xué)生只要完全按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作就能順利完成實(shí)驗(yàn)。這種按部就班的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆诤艽蟪潭壬舷拗屏藢W(xué)生想象力和創(chuàng)造力的發(fā)揮，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和獨(dú)立工作能力非常不利。

1.2 非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的編程能力較弱

對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，因?yàn)榍捌诘恼n程學(xué)習(xí)中沒有受到相應(yīng)的編程訓(xùn)練，所以，在解決實(shí)際的圖像處理問題時(shí)，即使能夠設(shè)計(jì)出良好的方案，也無法順利地將圖像處理算法用編程語言實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致理論與實(shí)踐不能較好地結(jié)合在一起，大大降低了學(xué)生參與實(shí)踐的積極性。

1.3 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容千篇一律

沒有考慮每個(gè)學(xué)生實(shí)際情況的差異，缺乏靈活性。不同層次的學(xué)生實(shí)踐教學(xué)任務(wù)都一樣，這樣會(huì)出現(xiàn)有的學(xué)生不能按時(shí)完成任務(wù)，有些能力較強(qiáng)的學(xué)生又覺得任務(wù)簡單的現(xiàn)象，不能充分發(fā)掘每個(gè)學(xué)生的自身潛力。

2 改革的內(nèi)容

數(shù)字圖像處理課程的實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)該突出強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)和實(shí)踐能力的結(jié)合，切實(shí)使實(shí)踐教學(xué)成為學(xué)習(xí)和應(yīng)用之間的橋梁。結(jié)合本校通信工程專業(yè)的實(shí)際教學(xué)情況，數(shù)字圖像處理課程的實(shí)踐教學(xué)以“一條主線、四個(gè)模塊”的思路進(jìn)行改革，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力為主線，分“課堂演示模塊”“實(shí)驗(yàn)?zāi)K”“課后實(shí)踐模塊”“課外實(shí)踐模塊”開展。如圖1所示，整個(gè)實(shí)踐教學(xué)的推進(jìn)由淺入深、循序漸進(jìn)，有助學(xué)生接受理解。

圖1 課程實(shí)踐教學(xué)體系框圖

2.1 課堂演示模塊

課堂教學(xué)增加MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)演示與核心程序講解環(huán)節(jié)。在“數(shù)字圖像處理”的實(shí)踐教學(xué)過程中，采用MATLAB作為編程工具。MATLAB是當(dāng)今國際上科學(xué)界最具影響力、也是最有活力的軟件，通過MATLAB提供的圖像處理工具箱, 學(xué)生可以利用很多現(xiàn)有的圖像處理函數(shù)，完成自己設(shè)計(jì)的圖像處理方案,提高效率。

學(xué)生通過自學(xué)完成MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用圖像處理工具箱進(jìn)行編程。課堂教學(xué)上，我們改變傳統(tǒng)的灌輸式理論教學(xué)方式，講解完一部分理論知識(shí)之后，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)的演示，既加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與意識(shí)，使學(xué)生親身感受數(shù)字圖像處理算法的效果和性能，提高學(xué)習(xí)興趣，寓教于樂。同時(shí)，對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)中的核心MATLAB代碼進(jìn)行分析講解，使學(xué)生不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)案例有更加深刻的理解，而且有助于MATLAB 編程技巧的提高。

2.2 課程實(shí)驗(yàn)?zāi)K

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采取必做內(nèi)容與發(fā)揮部分相結(jié)合的方式。如何在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)，充分發(fā)揮不同層次學(xué)生的主觀能動(dòng)性，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容？通過多年的教學(xué)實(shí)踐，我們采用了“必做+發(fā)揮”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置模式，即把數(shù)字圖像處理課程的重點(diǎn)內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生獨(dú)立完成簡單的算法設(shè)計(jì)和程序編寫。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又設(shè)計(jì)了若干個(gè)發(fā)揮內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和興趣，選擇完成相應(yīng)的發(fā)揮部分。這樣，在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以滿足不同學(xué)生的能力需求，明顯提高了教學(xué)效率。

2.3 課后實(shí)踐模塊

設(shè)計(jì)了分組完成的案例式作業(yè)。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)，我們吸取國外大學(xué)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在課程教學(xué)開始階段，布置完整的圖像處理任務(wù)作為案例式作業(yè)，要求學(xué)生分組在課后完成。每個(gè)小組的學(xué)生分工合作，有的搜集整理資料、有的進(jìn)行圖像處理算法設(shè)計(jì)、有的進(jìn)行編程調(diào)試，在學(xué)習(xí)圖像處理理論知識(shí)的同時(shí)，為了完成大作業(yè)而積極思考和努力，分析出現(xiàn)問題的原因, 運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決問題，激發(fā)探究問題的興趣。除了完成程序和作業(yè)內(nèi)容,學(xué)生還要提交正式的研究報(bào)告,并參加答辯,介紹自己的實(shí)驗(yàn),回答別人的問題。在整個(gè)課后實(shí)踐任務(wù)完成的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生查找文獻(xiàn)、篩選信息、整理資料的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，答辯環(huán)節(jié)鍛煉了學(xué)生的交流能力、語言表達(dá)能力。

2.4 增設(shè)課外實(shí)踐模塊

鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和學(xué)習(xí)能力參與到教師的圖像處理相關(guān)課題中，在實(shí)際科研項(xiàng)目中，全面鍛煉自己各方面的能力。同時(shí)鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參加各類相關(guān)的大學(xué)生專業(yè)競賽，這不僅拓寬了學(xué)生的視野，加深對(duì)本課程的理解和認(rèn)識(shí)，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力。

3 結(jié)束語

針對(duì)數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課后實(shí)踐等幾方面進(jìn)行了改革。實(shí)踐證明，教學(xué)改革的嘗試對(duì)于提高本課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量非常有利。

[1] 趙潔,張艷,武斌.實(shí)驗(yàn)案例教學(xué)法在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(3):231-234.

[2] 王漢萍,于海生,王英等.“數(shù)字圖像處理”實(shí)驗(yàn)體系模塊化的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2008(12):31-33.

[3] 劉獻(xiàn)君.抓住四個(gè)關(guān)鍵問題,加強(qiáng)大學(xué)本科課程建設(shè)[J].中國高等教育,2013(17):40-43.

[4] 劉慧,張銳.“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)改革探索[C].第一屆中國圖學(xué)大會(huì),煙臺(tái),2007:519-521.

Practice Teaching Reformation on Digital Image Processing

Wang Yu, Piao Yan, Yang Xu
Changchun University of Science and Technology, Changchun, 130022, China

According to the course characteristics of the digital image processing and the existing problems, practice teaching methods have been reformed from the aspects of classroom teaching, experiments, after-class practice and so on. By using the practice teaching methods, interest of students has been stimulated, and innovation ideation and practice ability have been cultivated.

teaching reformation; digital image processing; practice ability

2014-10-12

王宇，博士，副教授。

吉林省高等教育教學(xué)研究課題“以行業(yè)需求為導(dǎo)向，構(gòu)建通信工程實(shí)踐教學(xué)體系”；“通信工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)虛擬平臺(tái)研究與實(shí)踐”。