《數(shù)字圖像處理》課程的分層實(shí)踐教學(xué)體系研究

何朝霞

摘要：由于數(shù)字圖像處理應(yīng)用廣泛，考慮學(xué)生的個(gè)體差異，為進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提出一種分層實(shí)踐教學(xué)體系，兩個(gè)層次分別以“數(shù)字圖像處理系統(tǒng)”和“遙感圖像處理”為主線展開(kāi)，內(nèi)容和難易程度的差別，旨在提高學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的參與度，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：個(gè)體差異；分層實(shí)踐教學(xué)；參與度

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）01-0185-02

教育部2012年公布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見(jiàn)》[1]，其中明確提出要強(qiáng)化高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。同時(shí)，核心素養(yǎng)是在21世紀(jì)人人都需要具備的“共同素養(yǎng)”，中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，以科學(xué)性、時(shí)代性和民族性為基本原則，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心[2]。因此，尋求培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，成為當(dāng)前我國(guó)高校發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的核心課題。

《數(shù)字圖像處理》是電子信息類(lèi)專業(yè)的專業(yè)課，是一個(gè)重點(diǎn)交叉學(xué)科，也是一門(mén)理論結(jié)合實(shí)踐，原理與應(yīng)用并重的課程[3]。課程涉及的學(xué)科領(lǐng)域和理論知識(shí)非常廣泛，學(xué)生一方面數(shù)字圖像處理技術(shù)具有廣泛應(yīng)用前景所吸引，另一方面又對(duì)課程的抽象理論和煩瑣的數(shù)學(xué)公式感到苦惱。關(guān)于實(shí)踐教學(xué)方面，各高校的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要集中為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并且不同層次的學(xué)生做的都是同樣的實(shí)驗(yàn)[4]，從而降低了學(xué)習(xí)積極性。因此，結(jié)合長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程的實(shí)踐教學(xué)，文章試圖構(gòu)建一種多層次、多手段的教學(xué)模式，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理實(shí)踐教學(xué)體系

《數(shù)字圖像處理》課程涉及的知識(shí)面廣泛，根據(jù)學(xué)院教學(xué)大綱要求，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括圖像的顯示和坐標(biāo)變換、圖像代數(shù)運(yùn)算、圖像灰度映射、直方圖變換（均衡化和規(guī)定化）、空間域和頻域的圖像增強(qiáng)、圖像分割、彩色圖像處理等。在傳統(tǒng)的《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐教學(xué)體系（圖1所示）中，各知識(shí)點(diǎn)之間相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生無(wú)法形成完整的《數(shù)字圖像處理》理論體系。如： 在“圖像增強(qiáng)”中，雖然方法眾多，但是各種處理方法相關(guān)性較小。因此，為了讓學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理的知識(shí)體系有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，梳理《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐課程的知識(shí)點(diǎn)，尋找合適的主線將各知識(shí)點(diǎn)連接起來(lái)是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

獨(dú)立學(xué)院為應(yīng)用型本科院校，強(qiáng)調(diào)“學(xué)以致用”，根據(jù)《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)目標(biāo)，選擇以“數(shù)字圖像處理系統(tǒng)”和“遙感圖像處理”作為兩條主線貫串各知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生個(gè)體差異的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)課程的“分層實(shí)踐教學(xué)體系”。

2 分層實(shí)踐教學(xué)體系

研究分析傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容集中于圖像處理的通用技術(shù)，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)后對(duì)其應(yīng)用范圍仍然不夠明確，會(huì)使多數(shù)學(xué)生喪失學(xué)習(xí)信心。

充分考慮各知識(shí)點(diǎn)的難易程度及相互聯(lián)系，將《數(shù)字圖像處理》課程的實(shí)踐教學(xué)體系分為 A、B兩個(gè)層次（圖2所示）。A 層次以“數(shù)字圖像處理系統(tǒng)”為核心，內(nèi)容包括如何在空域和頻域?qū)D像進(jìn)行處理； B 層次以“遙感圖像處理”為主線，即如何利用ENVI軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行基本處理。分析知識(shí)點(diǎn)的難易程度： A 層次內(nèi)容對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，并要求掌握MATLAB軟件編程，相對(duì)較難，適合基礎(chǔ)較好的學(xué)生；B 層次內(nèi)容以二維空間坐標(biāo)系等數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，熟練ENVI軟件操作，不需要編寫(xiě)程序，相對(duì)較容易，適合基礎(chǔ)較差的學(xué)生。

如圖3所示，A層次內(nèi)容包括數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識(shí)、空域技術(shù)和頻域技術(shù)。其中的代數(shù)運(yùn)算、幾何運(yùn)算和空域技術(shù)等涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單；但是頻域技術(shù)中涉及數(shù)字圖像的變換，包括傅里葉變換、余弦變換等，算法復(fù)雜，理論性較強(qiáng)；因此，在頻域中對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)和復(fù)原處理是 A 層次中的難點(diǎn)。

如圖4所示，B層次內(nèi)容包括遙感圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)、圖像增強(qiáng)和圖像分類(lèi)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是在ENVI軟件平臺(tái)下完成的。ENVI軟件具有操作簡(jiǎn)單，智能化提取圖像信息等特點(diǎn)，B層次內(nèi)容在不需要編寫(xiě)程序代碼的基礎(chǔ)上，通過(guò)ENVI的模塊化操作即可完成。針對(duì)基礎(chǔ)較差的同學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異現(xiàn)狀，遵循教學(xué)的循序漸進(jìn)原則，研究《數(shù)字圖像處理》課程的分層實(shí)踐教學(xué)體系，以“數(shù)字圖像處理系統(tǒng)”和“遙感圖像處理”為主線，重新構(gòu)建數(shù)字圖像處理實(shí)踐教學(xué)知識(shí)體系，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論和應(yīng)用的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見(jiàn).教思政[2012]1號(hào).

[2] 中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果.教育部，2016.09.

[3] 吳全玉，劉曉杰，潘玲佼，等.“數(shù)字圖像處理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（1）：121-124.

[4] 沈曉晶，于慶梅，池濤.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)體系改革的探索[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，18（2）：97-99.endprint