光電圖像處理教學(xué)改革初探

張敬 郭麗 嬌洪義 李正華

摘要：《光電圖像處理》是光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的理論課程，結(jié)合教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，本文對(duì)這門(mén)課教學(xué)改革的措施主要體現(xiàn)在理論教學(xué)、上機(jī)實(shí)踐和考核方式。通過(guò)采用多元化的教學(xué)方式改革，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和水平。

關(guān)鍵詞：光電圖像處理；教學(xué)改革；光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)

一、 前言

隨著激光器的發(fā)明和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，光電圖像技術(shù)逐漸走近了人們的視線(xiàn)。光電圖像處理（Optoelectronic image processing）是通過(guò)計(jì)算對(duì)光電圖像進(jìn)行去除噪聲、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像變換的一門(mén)重要學(xué)科，它涉及光學(xué)、電學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多方面學(xué)科知識(shí)。本課程的理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)，需要具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)、光電理論基礎(chǔ)和一定的計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)。作為一門(mén)學(xué)科，目前理工類(lèi)或綜合類(lèi)院校中，尤其是光電信息科學(xué)與工程、計(jì)算機(jī)、通信電子等相關(guān)專(zhuān)業(yè)，一般都在本科二、三年級(jí)開(kāi)設(shè)了光電圖像處理的相關(guān)課程，譬如數(shù)字圖像處理等課程。

二、 教學(xué)中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的光電圖像處理教學(xué)注重經(jīng)典理論的講解和經(jīng)典案例的分析，驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也是與經(jīng)典理論相匹配，沒(méi)有涉及光電圖像處理領(lǐng)域近幾年最新的研究成果，而且課程的實(shí)驗(yàn)安排限定了實(shí)驗(yàn)方法，沒(méi)有提供學(xué)生創(chuàng)造空間和互動(dòng)過(guò)程，學(xué)習(xí)效果可想而知?，F(xiàn)代教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，將深?yuàn)W的基礎(chǔ)理論與直觀的實(shí)驗(yàn)以合理的方式結(jié)合。因而，非常有必要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。

三、 教學(xué)改革的探索

（一） 理論教學(xué)

1. 教學(xué)方法研究

為了充分展現(xiàn)“學(xué)生是教育主體”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)相長(zhǎng)的原則，主要體現(xiàn)在：

一方面注重加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)，將傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)啟發(fā)式教學(xué)。調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生了解如何運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。課堂上多提一些涉及應(yīng)用的問(wèn)題，多引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，增加例題與習(xí)題解答、現(xiàn)場(chǎng)上機(jī)實(shí)驗(yàn)演示的課時(shí)比重，師生多參與互動(dòng)過(guò)程。這樣可使學(xué)生夯實(shí)學(xué)生基本理論基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生自主探索與學(xué)習(xí)的積極性。

另一方面精選所講內(nèi)容，深入淺出。教師對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)，針對(duì)基礎(chǔ)理論部分的內(nèi)容可以按照正常教學(xué)計(jì)劃運(yùn)行，余出三到四節(jié)課的時(shí)間集中進(jìn)行光電圖像處理應(yīng)用的專(zhuān)題講座，主要介紹近幾年光電圖像處理領(lǐng)域具有代表性的科研論文和成果，以此拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

2. 教學(xué)資源現(xiàn)代化

現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，多媒體結(jié)合計(jì)算機(jī)的輔助教學(xué)模式已經(jīng)極大改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，光電圖像處理課程采用多媒體教學(xué)，圖文并茂，將抽象的問(wèn)題具體化、形象化，更好地展示教學(xué)效果，現(xiàn)代化教學(xué)手段能縮短學(xué)時(shí)，提高教學(xué)效果。從教學(xué)效果來(lái)看，多媒體技術(shù)的應(yīng)用既可增加授課的信息量，又能對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行形象生動(dòng)的演示，使學(xué)生對(duì)本課程有更好的理解。

教學(xué)內(nèi)容可采用PowerPoint技術(shù)制作教學(xué)課件，得到圖文并茂的效果，不斷更新完善教學(xué)內(nèi)容，力求讓教學(xué)內(nèi)容盡可能充實(shí)、新穎全面。除了可以結(jié)合Matlab、C++等設(shè)計(jì)工具，以直觀的方式向?qū)W生展示計(jì)算過(guò)程和結(jié)果，還可以結(jié)合當(dāng)下熱門(mén)的MOOC教學(xué)，發(fā)揮相關(guān)課程和領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，保證學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的教學(xué)資源，課后也能實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，從而為實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享、信息化教學(xué)多元化奠定基礎(chǔ)。

（二） 上機(jī)實(shí)踐教學(xué)

傳統(tǒng)的光電圖像處理教學(xué)方法過(guò)于重視直觀教學(xué)和理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手段單一，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊。為了有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，可以增加上機(jī)實(shí)踐的課時(shí)，使得基礎(chǔ)理論課時(shí)與上機(jī)實(shí)踐課時(shí)設(shè)為相等，在上機(jī)實(shí)踐過(guò)程中增加基礎(chǔ)理論知識(shí)的講解，根據(jù)講解內(nèi)容有針對(duì)性地進(jìn)行案例分析、現(xiàn)場(chǎng)演示操作，讓學(xué)生對(duì)算法計(jì)算有更全面的認(rèn)識(shí)和理解。因此，在實(shí)踐教學(xué)的改革中應(yīng)加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對(duì)原理的理解，提高實(shí)踐水平，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

《光電圖像處理》實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括圖像的基本運(yùn)算（代數(shù)運(yùn)算、幾何運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）、圖像的增強(qiáng)和復(fù)原、圖像的變換（傅立葉變換和余弦變換等）、圖像的分割等編程計(jì)算和圖像處理內(nèi)容。根據(jù)不同的背景需求，可運(yùn)用Matlab、Photoshop等軟件對(duì)光電圖像進(jìn)行有效的處理，建立網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從原來(lái)僅有的基礎(chǔ)性操作擴(kuò)充到具有探索性、創(chuàng)新性的實(shí)踐項(xiàng)目。在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，拓寬了視野，提高了能力。

（三） 考核方式

考試環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生課程內(nèi)容的掌握、實(shí)踐能力的提高、創(chuàng)新思維能力都有非常積極的促進(jìn)作用。但傳統(tǒng)的課程考核手段不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，存在很多弊端。因此針對(duì)本課程采用“課堂表現(xiàn)+期末筆試+上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核+課程設(shè)計(jì)”的一種綜合考核方式。其中課堂表現(xiàn)主要考核學(xué)生日常出勤、作業(yè)和隨堂測(cè)試的完成情況，期末筆試環(huán)節(jié)重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)綜合運(yùn)用能力，上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際動(dòng)手能力，課程設(shè)計(jì)主要考核學(xué)生的實(shí)踐能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力。課堂表現(xiàn)和筆試成績(jī)共占50%，上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核和課程設(shè)計(jì)成績(jī)共占50%，通過(guò)以上考核方式的改革保證了在整個(gè)課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生不僅可以提高學(xué)習(xí)效率，而且始終保持較好的學(xué)習(xí)態(tài)度和提升自身的實(shí)踐能力。

四、 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技時(shí)代的迅速發(fā)展，光電圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越被更多的人所關(guān)注。因此，通過(guò)在理論和上機(jī)實(shí)踐兩方面不斷充實(shí)光電圖像處理課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又培養(yǎng)了學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)和能力，學(xué)以致用，去解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)又提高教師的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

張敬，郭麗嬌，洪義，李正華，遼寧省大連市，大連民族大學(xué)。