《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革探索研究

肖志勇+劉建軍+宋曉寧+方偉

摘要：《數(shù)字圖像處理》是一門跨多學(xué)科的課程，其具有理論知識深奧和實踐性強的特點。本文在研究分析《數(shù)字圖像處理》課程現(xiàn)有教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，總結(jié)現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題，依據(jù)課程特點和先進的教學(xué)模式，探索了一些新的教學(xué)改革方法，同時對教學(xué)改革的各個方面進行了深入研究。實踐表明，這些教學(xué)改革措施可以提高課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，并且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：《數(shù)字圖像處理》；教學(xué)改革；教學(xué)實踐；本科教育；研究生教育

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0086-02

數(shù)字圖像處理，也稱為計算機圖像處理，主要指將圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且利用計算機對數(shù)字信號進行分析和處理。數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)主要受到計算機和數(shù)學(xué)理論兩大因素的影響，隨著計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)理論的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)也得到巨大的發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、軍事和日常生活等多個方面。目前，數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)得到高校和科研機構(gòu)的重點關(guān)注，因此《數(shù)字圖像處理》課程也逐漸成為本科或研究生階段的必修課程[1]。

《數(shù)字圖像處理》課程綜合了計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識，并且也在不斷地吸納其他不同學(xué)科的知識?！稊?shù)字圖像處理》課程是一門理論性強和技術(shù)應(yīng)用型課程，該課程包含圖像生成基礎(chǔ)知識和圖像處理技術(shù)基本原理，主要講授圖像去噪、圖像增強、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像特征提取和圖像檢索等內(nèi)容[2]?！稊?shù)字圖像處理》課程知識點多且難，并且對學(xué)生的要求高，再加上該課程的學(xué)時少，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)方式存在很多問題，容易導(dǎo)致該課程的教學(xué)質(zhì)量不高，教學(xué)效果不理想[3]。

結(jié)合先進的教學(xué)方法和教學(xué)方式，如何對《數(shù)字圖像處理》課程進行教學(xué)改革，以達到在有限的課堂學(xué)時內(nèi)，最大限度地講授該課程的研究內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生動手能力和解決實際問題能力的目的。本文在研究先進教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者的教學(xué)實踐，從多個方面進行探討，提出了一些《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)改革方法，力求達到提高教學(xué)質(zhì)量、增強教學(xué)效果的目標(biāo)。

一、《數(shù)字圖像處理》課程定位存在的問題

1.課程講授內(nèi)容定位不合理?！稊?shù)字圖像處理》課程是一門理論性非常強的課程，目前該課程主要講授包含圖像生成基礎(chǔ)知識和圖像處理技術(shù)基本原理，這些內(nèi)容都是該課程的經(jīng)典內(nèi)容，重點強調(diào)的是該課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。一般情況下，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的學(xué)生比較適應(yīng)這種強調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的課程，但是大部分計算機相關(guān)專業(yè)的學(xué)生難以適應(yīng)。另外，如果從實用性角度出發(fā)，只講授數(shù)字圖像處理技術(shù)，不涉及理論基礎(chǔ)，即使涉及理論基礎(chǔ)也是點到即止的情況，這樣將使得該課程的教學(xué)內(nèi)容無法達到相應(yīng)的深度，也使得學(xué)生難以理解該課程的體系結(jié)構(gòu)。

2.課程教學(xué)模式不合理。通常情況下，《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)方式是采用“計算機+屏幕投影”。在這種情況下，教師一般使用PPT課件的形式講授課程內(nèi)容，師生之間的互動性比較差，課堂氣氛不夠活躍，再加上PPT內(nèi)容單一不夠吸引學(xué)生，會影響教學(xué)效果。

在《數(shù)字圖像處理》課程課堂教學(xué)過程中，理論學(xué)時多而實驗學(xué)時少，教師重視傳授基礎(chǔ)知識，忽視培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力。由于《數(shù)字圖像處理》課程具有較強的實踐性[4]，這種課堂上多講授理論知識、不重視實驗的教學(xué)模式很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。

3.課程考核方法不合理。一般情況下，《數(shù)字圖像處理》課程的考核方式是以考查課的方式進行的，主要是考核學(xué)生的平時作業(yè)和課程報告，這樣的考核方式忽略了教學(xué)過程中考核[5]，主要忽略了學(xué)生平時參與課程實驗解決實際問題的能力，因此，這樣的考核方式不能很好地調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，也并不能全面考查學(xué)生的知識掌握情況，影響課程的教學(xué)效果。

二、課程教學(xué)改革方法

筆者針對《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合先進的教學(xué)模式和自身的教學(xué)實踐，提出以下教學(xué)改革方法。

1.科學(xué)合理地進行課程的定位。為了提高《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)質(zhì)量，完成該課程的教學(xué)任務(wù)，必須對該課程進行科學(xué)合理的定位?！稊?shù)字圖像處理》課程既包括較強的理論性，也包括較強的實踐性，是一門理論與實踐并重的課程。在該課程的教學(xué)過程中，不僅要講授圖像處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)模型，也要利用計算機進行程序設(shè)計，完成各個模塊的實驗練習(xí)。學(xué)生只有掌握了該課程的理論基礎(chǔ)，才能更深層次地理解該課程的研究內(nèi)容，才能更好地利用該課程的內(nèi)容去實踐。理論與實踐并重是《數(shù)字圖像處理》課程的核心，也是該課程的教學(xué)特性。只有將該課程定位準(zhǔn)確，才能更好地完成教學(xué)任務(wù)，提高教學(xué)質(zhì)量，才能適應(yīng)新環(huán)境和新模式下的教學(xué)方法。

2.科學(xué)合理地選擇教學(xué)模式。針對《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)內(nèi)容，要選擇不同的教學(xué)模式。最常用的教學(xué)模式是“計算機+PPT”，這種方式可以增加教學(xué)的信息量，在有限的教學(xué)時間內(nèi)講授更多的教學(xué)內(nèi)容，同時也能夠演示一些圖像實驗結(jié)果和動態(tài)的教學(xué)內(nèi)容，這種方式對《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)帶來的好處是明顯的。另外的教學(xué)模式是采用傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”模式，這種方式能夠通過肢體語言感染學(xué)生，同時也可以增進教師和學(xué)生之間的互動性，在某種程度上提高教學(xué)質(zhì)量。目前還可以采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的模式，這種模式為師生之間的交流互動提供了平臺，方便學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)課外知識及其相關(guān)的知識。在《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)過程中，應(yīng)該針對不同的教學(xué)內(nèi)容，合理地選擇教學(xué)模式，使課堂內(nèi)容能夠生動形象，學(xué)生積極主動，只有這樣才能夠達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

3.科學(xué)合理地選擇考核方法。《數(shù)字圖像處理》課程涉及大量的算法實踐，需要學(xué)生上機實驗。因此，該課程不僅要考核學(xué)生的理論理解能力，也要考核學(xué)生的實踐能力。教師要對學(xué)生的課堂表現(xiàn)、上機實驗和教學(xué)內(nèi)容進行全方位的考核，通過這些考核內(nèi)容使學(xué)生約束自己，不僅理解該課程的理論基礎(chǔ)，同時也增強學(xué)生的動手實踐能力。首先是課堂表現(xiàn)的考核，要求學(xué)生課堂上不玩手機、不聊天，鼓勵師生之間的互動和學(xué)生提問。其次是上機實踐的考核，根據(jù)課程內(nèi)容選擇具有代表性的經(jīng)典圖像處理算法，布置上機實驗要求，讓學(xué)生動手編寫程序進行圖像實驗，驗證算法的真實性和準(zhǔn)確性。最后是對課程內(nèi)容的考核，根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計深入淺出的考試題目，進行層次化的設(shè)置，讓學(xué)生對基本知識能夠理解透徹。這種全方位的考核方法，避免學(xué)生只注重理論知識或者只注重實踐的缺陷，使學(xué)生不僅掌握理論知識，同時提高實踐能力。

三、結(jié)論

《數(shù)字圖像處理》課程是一門涉及多學(xué)科的課程，是理論性極強的應(yīng)用基礎(chǔ)課程。該課程的研究內(nèi)容豐富多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用前景廣闊，是值得教師深入研究和學(xué)生深入理解的課程。本文立足現(xiàn)有的教學(xué)理論，吸收先進的教學(xué)理論方法，結(jié)合自身的教學(xué)實踐，對當(dāng)前該課程存在的問題進行了分析，針對這些問題，提出了一些教學(xué)改革方法。經(jīng)過教改實踐，取得了較好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)實踐過程中，仍需要吸收更先進的教學(xué)理論方法，改進不足之處，提升教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]肖志勇，袁運浩，楊金龍.計算機專業(yè)課程教改探索：以《數(shù)字圖像處理技術(shù)》為例[J].教育現(xiàn)代化，2015，（12）.

[2]姚敏.數(shù)字圖像處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[3]朱士虎.《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革與實踐[J].現(xiàn)代計算機，2015，（3）.

[4]胡勇.MATLAB工具箱在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2012，（4）

[5]何楚，卓桐，楊應(yīng)聰，徐新.基于開放源碼分析的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)實踐[J].計算機教育，2014，（18）.

Exploration and Research on the Teaching Reform of "Digital Image Processing"

XIAO Zhi-yong，LIU Jian-jun，SONG Xiao-ning，F(xiàn)ANG Wei

（School of Internet of Things Engineering，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China）

Abstract："Digital Image Processing" is an interdisciplinary course，which has theoretical knowledge and practical characteristics. Based on the study of "Digital Image Processing" and the existing curriculum teaching mode，we summarize the existing teaching mode，research the characteristics of the course and advanced teaching mode. At the same time，we explore some new teaching methods and all aspects of teaching reform. The practice shows that these teaching reform measurements can improve the teaching quality and teaching effect. It also can stimulate students' learning interest and cultivate students' practical innovation ability.

Key words："Digital Image Processing"；teaching reform；teaching practice；undergraduate education；graduate education