面向能力培養(yǎng)的“圖像處理技術(shù)”課程教學(xué)方法探究

張 敏

(武漢信息傳播職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430223)

在近幾年，我國(guó)各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，其中尤其是對(duì)于新興技術(shù)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，不僅僅快速的進(jìn)入到人們的生活當(dāng)中，同時(shí)在高等教育中也逐漸開(kāi)設(shè)相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)教學(xué)，其目的是為社會(huì)培養(yǎng)出更多的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。其中就圖像處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，目前已經(jīng)成為部分工科院校當(dāng)中的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程，在進(jìn)一步發(fā)展的社會(huì)中，對(duì)圖像處理技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提出了更高的要求，因此在具體課程教學(xué)中，就需要根據(jù)社會(huì)需求，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力以及動(dòng)手能力的提高，這樣在就業(yè)后才能夠更好的發(fā)揮出自己的應(yīng)用價(jià)值，為企業(yè)帶來(lái)更好的利益。

一、“圖像處理技術(shù)”課程概述

“圖像處理技術(shù)”課程是一門(mén)綜合性邊緣技術(shù)學(xué)科，集計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、光學(xué)、微電子學(xué)等多門(mén)技術(shù)為一體，是當(dāng)前社會(huì)中新興的一門(mén)科學(xué)技術(shù)[1]

。目前該技術(shù)已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、軍事、交通運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)、通信等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且所發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要。在近幾年，伴隨持續(xù)發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，關(guān)于圖像處理方面的理論知識(shí)以及技術(shù)，逐漸得到進(jìn)一步的豐富和完善，不斷涌現(xiàn)出各種新的理論知識(shí)以及新技術(shù)，同時(shí)也逐漸推廣到實(shí)踐當(dāng)中，其應(yīng)用前景十分廣泛[2]。

二、目前高?！皥D像處理技術(shù)”課堂教學(xué)現(xiàn)狀

隨著社會(huì)對(duì)信息技術(shù)方面人才需求的擴(kuò)大，很多高校在教學(xué)中都逐漸增加圖像處理技術(shù)教學(xué)，這能夠從一定程度上提高學(xué)生的圖像處理技術(shù)，與社會(huì)需求更好的適應(yīng)。但是從整體上來(lái)看，目前在高校圖像處理技術(shù)課堂教學(xué)中還是存在著一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是課堂教學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的理論性，課程難度大、起點(diǎn)高，這對(duì)學(xué)習(xí)能力差，尤其是對(duì)于非專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，很難起到有效的作用。由于在圖像處理技術(shù)相關(guān)的教材當(dāng)中，含有大量的理論推導(dǎo)以及公式推導(dǎo)過(guò)程，這就會(huì)直接增加學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，而且教師在具體講解的過(guò)程中，也僅僅只是以數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)、理論知識(shí)介紹等方面為主，對(duì)理論實(shí)現(xiàn)步驟有所忽視，這會(huì)在一定程度上增加圖像處理技術(shù)知識(shí)的抽象性，學(xué)生一時(shí)很難理解和接受[3]。二是各學(xué)科相互之間滲透、交叉現(xiàn)象十分顯著，圖像處理技術(shù)的課程內(nèi)容十分廣泛，涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、信號(hào)處理、物理、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。正是由于學(xué)科相互之間的滲透、集成以及交叉現(xiàn)象，這時(shí)增加教學(xué)難度，對(duì)教師的要求也比較高。三是整個(gè)領(lǐng)域發(fā)展速度比較快，不斷開(kāi)拓的新興應(yīng)用領(lǐng)域和持續(xù)發(fā)展的低成本硬件，促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的發(fā)展，但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們對(duì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域前沿技術(shù)的發(fā)展了解還比較少，而且對(duì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)注度也不夠，因此學(xué)習(xí)方向不夠明確，進(jìn)而缺少學(xué)習(xí)動(dòng)力，這就要求教師在教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)領(lǐng)域最新研究成果的介紹，增加學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解。四是由于學(xué)生人數(shù)比較多，導(dǎo)致相互之間的互動(dòng)存在較大難度。近幾年，隨著高等教育的逐步推廣和普及，各高等院校招生人員不斷增加，這樣在高校中大多都是大班授課，甚至是超大班授課，這會(huì)限制教師與學(xué)生之間的有效互動(dòng)，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。五是教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)設(shè)置之間存在矛盾，各高校在設(shè)置圖像處理技術(shù)課堂教學(xué)課時(shí)的時(shí)候，通常都是在32學(xué)時(shí)左右，但是在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生不僅僅需要對(duì)信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，同時(shí)還需要學(xué)習(xí)圖像分析、圖像處理等基本理論知識(shí)，另外需要了解圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展潮流，導(dǎo)致教學(xué)課時(shí)與教學(xué)內(nèi)容之間存在明顯的矛盾，因而教師在教學(xué)過(guò)程中就需要進(jìn)行有效調(diào)整，確保學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到盡可能多的知識(shí)內(nèi)容[4]。六是學(xué)生相互之間存在較大的差異，隨著年級(jí)的增長(zhǎng)，學(xué)生需要考慮的因素越來(lái)越多，如就業(yè)、考研、復(fù)習(xí)等等，這樣會(huì)有部分學(xué)生學(xué)習(xí)獨(dú)立性和自覺(jué)性下降，進(jìn)而產(chǎn)生一定的盲目性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率和效果不佳。

三、面向能力培養(yǎng)的“圖像處理技術(shù)”課程教學(xué)方法分析

(一)加強(qiáng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的有效整合

近幾年隨著在各個(gè)領(lǐng)域?qū)D像處理技術(shù)的有效應(yīng)用，不斷涌現(xiàn)出新的研究范圍以及應(yīng)用點(diǎn)，因此在教學(xué)中需要將新的技術(shù)以及理論研究加入進(jìn)來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)了解到最新的應(yīng)用熱點(diǎn)和研究熱點(diǎn)，這對(duì)促進(jìn)各項(xiàng)圖像處理技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用，具有重要作用。比如重建、三維測(cè)量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、小波變換技術(shù)等各種新算法、新技術(shù)，逐漸在各個(gè)領(lǐng)域中得到了有效應(yīng)用[5]。同時(shí)對(duì)于專(zhuān)業(yè)教師來(lái)說(shuō)，教學(xué)過(guò)程中需要注重各項(xiàng)新技術(shù)基本方法以及基本原理的講解，確保學(xué)生能夠很好的了解和掌握新算法和新技術(shù)，確保教學(xué)內(nèi)容能夠與前沿新技術(shù)相結(jié)合。目前圖像處理技術(shù)在軍事安全、通信工程、航天航空、生物醫(yī)學(xué)工程等方面都得到廣泛應(yīng)用，因此教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用課外的時(shí)間來(lái)收集和了解生物特征識(shí)別、遙感圖像壓縮等技術(shù)，寫(xiě)出相應(yīng)的技術(shù)報(bào)告，這樣學(xué)生不僅僅能夠更加深入的了解和掌握相應(yīng)的新技術(shù)，同時(shí)其書(shū)寫(xiě)總結(jié)報(bào)告的能力也能夠得到很好的鍛煉。

(二)加強(qiáng)教學(xué)方法以及教學(xué)手段創(chuàng)新

就圖像處理技術(shù)課程基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，它實(shí)質(zhì)上是計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理的技術(shù)，目前圖像處理技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在多媒體計(jì)算機(jī)當(dāng)中，隨著逐漸改進(jìn)的教學(xué)條件、不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件和軟件，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以及教學(xué)手段已經(jīng)難以很好的適應(yīng)，因此亟需改進(jìn)和加強(qiáng)創(chuàng)新。如果能夠?qū)⒍嗝襟w課件應(yīng)用在課堂教學(xué)當(dāng)中，如CAI課件等進(jìn)行實(shí)例演示，增強(qiáng)教學(xué)的生動(dòng)性和形象性，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，使抽象問(wèn)題具體化、復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，這樣課堂教學(xué)效果就能夠得到大大提高[6]。另外為了更好的拓展學(xué)生思路，以使其對(duì)理論知識(shí)有更加深入的理解，教師在課堂教學(xué)中可以為學(xué)生提供一定的時(shí)間，讓學(xué)生自己進(jìn)行分組討論，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，進(jìn)而形成感悟和理解?；蛘呓處熆梢越M織學(xué)生直接采用討論的方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生自己對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析、概括和總結(jié)，然后教師進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，這有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)圖像處理技術(shù)相關(guān)知識(shí)有更加深刻的了解和認(rèn)識(shí)。

(三)在教學(xué)中適當(dāng)引入相應(yīng)科研成果

在圖像處理技術(shù)課堂教學(xué)中，教師不僅僅需要講解各種技術(shù)的基本概念以及相關(guān)理論，還需要在教學(xué)中，滲透和引進(jìn)國(guó)內(nèi)外最新的圖像處理技術(shù)研究成果以及發(fā)展動(dòng)態(tài)，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，進(jìn)一步拓展學(xué)生視野，增加其知識(shí)積累，增強(qiáng)教學(xué)效果。而且將新的科研成果引入到教學(xué)當(dāng)中，也是對(duì)原先教學(xué)知識(shí)的一種補(bǔ)充與延伸，增加教材內(nèi)容的廣度與深度，使教學(xué)質(zhì)量得到有效提升。比如在講解“圖像復(fù)原”相關(guān)知識(shí)的時(shí)候，教師可以結(jié)合基于多視幾何的三維重建系統(tǒng)、基于多視幾何的三位數(shù)字掃描關(guān)鍵技術(shù)等相關(guān)理論研究成果，組織學(xué)生自己動(dòng)手操作三維重建系統(tǒng)，或者是對(duì)三維重建系統(tǒng)進(jìn)行演示，確保學(xué)生的知識(shí)積累以及視野都能夠得到有效拓展[7]。

(四)加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合

想提高學(xué)生的實(shí)踐能力，最關(guān)鍵還是在教學(xué)中有效結(jié)合理論與實(shí)踐。因此在圖像處理技術(shù)課程教學(xué)當(dāng)中，教師需要將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，利用具體的應(yīng)用問(wèn)題或熱點(diǎn)問(wèn)題來(lái)應(yīng)用理論知識(shí)，這對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力以及創(chuàng)新思維能力的提升，都具有重要作用。同時(shí)教師在具體教學(xué)過(guò)程中，可以加強(qiáng)對(duì)啟發(fā)式教學(xué)手段的有效應(yīng)用，著重講解新算法、新理論知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程以及原因，實(shí)質(zhì)上是向?qū)W生展示相關(guān)理論、技術(shù)產(chǎn)生的過(guò)程，促進(jìn)其科學(xué)思維能力的提升。而對(duì)于典型算法，教師除了需要將算法原理向?qū)W生講解清楚，還要讓學(xué)生借助VC++、Matlab開(kāi)發(fā)工具，充分調(diào)動(dòng)自己的創(chuàng)新能力和編程能力來(lái)實(shí)現(xiàn)算法，并在具體的圖像處理中加以應(yīng)用[8]。比如利用小波變換重建物體等算法對(duì)圖像邊緣進(jìn)行提取，可以結(jié)合理論知識(shí)與實(shí)踐，讓學(xué)生在具體操作中，培養(yǎng)和提高其綜合素質(zhì)與能力，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。另外需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的有效應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生可以自己動(dòng)手來(lái)驗(yàn)證相應(yīng)算法，這屬于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。因而教師可以根據(jù)學(xué)生知識(shí)掌握情況，來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力的有效提升，以很好的適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求[9]。

(五)著重課程網(wǎng)站開(kāi)發(fā)

隨著社會(huì)信息化程度加深以及人們生活水平的提高，手機(jī)、電腦等已經(jīng)成為人們生活中必不可少的重要組成部分，這為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了更多的便利。因此學(xué)?？梢越Y(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和教學(xué)進(jìn)度，構(gòu)建圖像處理網(wǎng)站，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)平臺(tái)，打破時(shí)間與空間的限制。教師可以將自己制作的教學(xué)改革報(bào)告、教學(xué)錄像、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、習(xí)題與答案、教材與參考書(shū)、教學(xué)課件等，上傳到網(wǎng)站內(nèi)，為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)資源。而學(xué)生通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，也能夠很好的與教師、同學(xué)進(jìn)行溝通和交流，共同探討相關(guān)問(wèn)題，增強(qiáng)互動(dòng)[10]。另外高校可以與其他院校共同合作，相互開(kāi)放教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源共享。

(六)加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

教學(xué)中提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力，這對(duì)教師提出了更高的要求。因此在面向能力培養(yǎng)的“圖像處理技術(shù)”課程教學(xué)中，需要加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，確保教師具有專(zhuān)業(yè)的職業(yè)技能和理論知識(shí)。高校需要為教師提供各種再教育、培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，定期組織教師參與工程實(shí)踐培訓(xùn)、企業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)創(chuàng)新培訓(xùn)等，擴(kuò)充教師的知識(shí)面，同時(shí)使其教學(xué)能力得到進(jìn)一步提高。如果條件允許的話，學(xué)校還可以讓教師出國(guó)深造，學(xué)習(xí)和了解其他國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域的科研成果，了解國(guó)內(nèi)外的差距，進(jìn)而在教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)這方面的講解，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，圖像處理技術(shù)與其他學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)之間的關(guān)聯(lián)性越來(lái)越緊密，因此教師在具體教學(xué)中就需要加以注意，尤其是社會(huì)對(duì)人才能力提出了更高的要求，教師在進(jìn)行圖像處理技術(shù)課程教學(xué)的時(shí)候，需要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)與能力的培養(yǎng)和提高。在面向能力培養(yǎng)的圖像處理技術(shù)課程教學(xué)中，教師需要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段、科研成果、理論與實(shí)踐、課程網(wǎng)站開(kāi)發(fā)、自身素質(zhì)與職業(yè)能力幾個(gè)方面入手，注重學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力的提高，力爭(zhēng)培養(yǎng)出一大批符合社會(huì)人才需求的高素質(zhì)綜合型專(zhuān)業(yè)人才，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。

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