獨立學院數(shù)字圖像處理課程教學改革實踐

李登輝 王巖紅

[摘 要]數(shù)字圖像處理課程是一門理論性和實踐性較強的綜合性課程，課程教學需要用到較多復雜的數(shù)學理論知識，獨立學院的學生在這些方面比較欠缺，致使教學效果比較差。該研究提出在教學過程中引入生動比喻的教學方法，并采用理論教學與實驗教學相結合的模式，在教學設計中引入適當?shù)慕虒W項目，并分解成針對知識點的小項目，加強學生的實際操作能力，讓學生在實踐中加深對理論知識的理解，增強教學效果，提高學生的就業(yè)競爭力。

[關鍵詞]獨立學院；數(shù)字圖像處理；教學改革；項目驅動

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）06-0099-03

數(shù)字圖像處理課程是一門綜合性的課程，涵蓋了計算機、數(shù)學、物理學、通信工程等多門學科的知識。該門課程主要介紹數(shù)字圖像基礎、空域濾波、頻域濾波、圖像恢復與重建、彩色圖像處理、圖像壓縮、形態(tài)學圖像處理、圖像分割和目標識別等內(nèi)容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和計算機技術的飛速發(fā)展，目前數(shù)字圖像處理已廣泛應用于軍事、交通、醫(yī)學、大地遙測等領域，并快速滲透到社會生產(chǎn)、科學研究、生活等廣闊的領域并取得較大的發(fā)展。正因為其有廣闊的應用前景，理工科院校一般都開設有數(shù)字圖像處理課程。一些獨立學院也開設了該課程，以培養(yǎng)具備利用計算機編程能力和圖像處理概念與算法處理實際問題的應用型人才。

一、獨立學院數(shù)字圖像處理課程教學存在的主要問題及其原因分析

獨立學院開設數(shù)字圖像處理課程，教學效果并不理想，歸結起來其主要原因有以下幾方面。

（一）綜合性課程對學生的相關知識基礎與學習能力要求較高

數(shù)字圖像處理課程是一門涉及計算機、數(shù)學、通信工程等學科的綜合性課程，同時也是一門理論性和實踐性都較強的課程，學習這門課程要求學生具備較好的數(shù)學基礎知識和計算機編程能力。然而獨立學院的學生往往數(shù)學基礎較差，這就要求教師在講授的過程中不能對算法的來龍去脈進行深入講解，因為數(shù)學公式的推導是一個難度較大而且比較枯燥的過程，通常會讓學生有聽天書的感覺。畏難情緒會讓本來就不能專注聽講的學生更加難以認真聽老師講課，這就容易使學生產(chǎn)生厭學的情緒。再加上獨立學院的學生編程能力普遍較弱，這必然會影響到課程實踐內(nèi)容的教學效果。

（二）獨立學院學生的學習能力與自制力相對不足

獨立學院俗稱三本，獨立學院學生的入學成績較一、二本學生要低不少。雖然高考成績不能全面反映一個學生的素質，但是確實能夠在一定程度上反映大部分學生的學習能力。而且從筆者在獨立學院多年的教學經(jīng)歷來看，獨立學院大部分學生的基礎知識和學習能力尤其是自制能力與一、二本學生存在較大的差距。獨立學院學生的注意力很容易因受到外界的干擾而分散。比如在上課的過程中如果外面有個聲響，就有不少學生扭頭往外看；在學習的時候如果發(fā)現(xiàn)別的同學在玩游戲就不能安心學習，很快就三五成群地一起玩游戲了，而且玩起來沒完沒了。獨立學院學生的自制力較差是導致其學習效果不好的一個重要因素。

二、獨立學院數(shù)字圖像處理課程教學改革探索

為了激發(fā)學生學習的興趣，提高學生自主學習的動力，增強教學效果，筆者針對我院數(shù)字圖像處理課程開設以來所遇到的一些問題、學生學習的實際情況、教學活動的效果及考核情況，分析存在的問題及其產(chǎn)生的原因，對該課程的教學方式、教學手段、考核方式等方面進行了一系列的改革，并取得了一定的效果。

（一）課堂教學生動化

數(shù)字圖像處理課程教學會涉及大量的數(shù)學計算以及數(shù)學公式的推導，這個過程相當枯燥，而且獨立學院學生自身的數(shù)學基礎往往比較差，這就使學生覺得聽課像聽天書。學生由于聽不懂而且覺得枯燥，就會慢慢開始厭煩，再加上智能手機的誘惑力很大，他們開始開小差，偷著玩手機。教師為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，非常有必要減少枯燥乏味的數(shù)學公式推導過程，同時要通過生動形象的實例讓學生更好地理解知識。比如在講授傅里葉變換的過程中，應該盡量避免數(shù)學公式的講授，而是要通過音符的變化來解釋頻率，通過一系列正弦波的動態(tài)合成疊加變化過程來講授任何波形都可以由正弦波疊加產(chǎn)生的定律。再比如在講授TCP和UDP通信協(xié)議的區(qū)別時可以拋開協(xié)議的本身，轉而通過介紹電話交流過程來說明TCP是可靠的握手協(xié)議，需要等到對方確認信息后才進行后續(xù)操作，而UDP則不是這種可靠的協(xié)議。

（二）將理論教學和實驗教學相結合

我院數(shù)字圖像處理課程采用理論教學和實驗教學相結合的教學模式。整個教學過程都在實驗室進行。教師在講授理論的過程中可以加入實驗內(nèi)容，可以在需要的時候讓學生自己動手來編寫程序，了解圖像處理的過程。這種教學模式可以給學生較多的時間和機會去練習編輯，加深對圖像處理算法的理解。而且在這種教學模式下，教師和學生的溝通交流機會增多了，學生練習編程時教師在實驗室內(nèi)巡視，一發(fā)現(xiàn)學生有難以處理的問題就可以隨時溝通交流并及時加以解決。

（三）以項目驅動教學

項目驅動教學模式是指在課程講授之前，要首先對課程的教學內(nèi)容和學生的特質進行分析，再制定一些與實際問題相符且能夠引起學生興趣的小項目。在教學開始之前，教師要先對教學過程和教學方案進行整體規(guī)劃，并選擇適當?shù)慕虒W項目，根據(jù)教學的進度安排，將項目劃分成若干個子項目，使每個教學內(nèi)容都有相關的子項目以方便操作，而且每個子項目之間有內(nèi)在的聯(lián)系，對這些子項目進行適當整合可以構成一個較大的項目。

比如教師在教學過程中選擇車牌識別的項目，并對其進行項目分割，分割成圖像預處理部分以及車牌定位、字符分割、歸一化處理及識別輸出等若干個小的模塊，每個小的模塊和教學過程中的知識點形成一一對應的關系。如圖1所示這樣在整個教學的過程中就可以根據(jù)具體的教學章節(jié)給學生比較小的項目任務進行實踐操作，在課程知識點講授完成的時候可以帶領學生回顧之前的內(nèi)容，對之前所完成的實踐項目進行整合處理，并將原有的子項目寫成一個個小模塊，通過函數(shù)調用的形式完成整個車牌識別。這樣的做法有利于學生在學習的過程中不斷積累項目處理的經(jīng)驗，并通過實踐操作加深對理論知識的理解。

采用項目教學法開展圖像處理課程的教學需要遵循一定的原則。第一，以學生為主，以教師為輔。要讓學生能夠充分發(fā)揮其主動性和創(chuàng)新性，在項目中自我反思、修正、提高。教師應進行指導，促進教學活動的有效開展，及時參與學生的討論并進行評價。第二，選擇合適的項目是確保課程教學成功的關鍵。所選取的項目應該是針對教學內(nèi)容展開的，應囊括基本的知識點，與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密，能夠調動學生的學習主動性，并具有適當?shù)膯l(fā)性、挑戰(zhàn)性。加以適當?shù)耐卣?、項目的開展可以讓學生感覺到所學內(nèi)容確實有用，也能夠鍛煉學生學習的能力和實踐的能力。第三，提供協(xié)同學習的條件。分組學習、討論并開展項目的實施，有利于鍛煉學生的團隊合作能力與創(chuàng)造性思維。第四，要及時對學生所取得的成果進行評價。應該鼓勵學生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造性，給出更多合理的有新意的方案。

（四）以學生為主導

傳統(tǒng)的教學模式通常以教師為主導，教師擬定教學計劃，確定教學項目，制作教學課件，設計教學環(huán)節(jié)。課堂上，教師在講臺上講得天花亂墜，學生在下面聽得昏昏欲睡。雖然任課教師想方設法進行教學改革，希望能夠激發(fā)學生學習的興趣，讓學生積極參與到教學活動中，進而提高學生的學習效果，但是往往收效甚微。其主要原因之一就是，很多方法難以讓學生真正成為教學過程的主體。教師在教學的過程中可以嘗試著給學生布置任務，讓學生來參與課程的講授。授課教師下課前對下一次的課程內(nèi)容進行預習安排，布置學生合作進行教學素材的查詢、教學內(nèi)容的組織、教學課件的編寫、教學過程的設計、教學案例的準備等，下次課由學生進行講授，指導教師對學生的各項表現(xiàn)進行點評。這樣可以讓學生在教學任務的驅動下，較多地融入教學過程中去，主動地查詢資料、學習知識，想方設法讓知識點更容易被理解與接受，進而提高教學的效果。

（五）重視對學生實踐操作能力的考核

由于本課程采用了理論教學與實驗教學相結合的教學模式，在教學的過程中學生動手參與了實踐操作項目，因此課程的考核不再是只關注考試的成績，而是加大平時成績在課程總成績中的比例，重視評價學生在平時實踐操作中的表現(xiàn)。這樣的做法更合理，因為確實有一些學生平時動手能力非常強，參加各種大賽都能獲得獎項，但是一到筆試就會掛科。對于這樣的學生，只用筆試成績來評定他的課程成績是片面的。

三、獨立學院數(shù)字圖像處理課程教學改革實施效果

獨立學院在數(shù)字圖像處理課程教學改革的過程中，任課教師學習并引入先進的教學理念，結合課程的特點和我校學生的實際情況，在授課過程中采用生動形象的教學方式對枯燥的理論知識和煩瑣的數(shù)學公式進行講授，將理論教學和實驗教學相結合，注重學生實踐能力訓練，以學生為主、教師為輔地開展項目驅動教學，并取得了較好的教學成果。在2012-2014學年，我院數(shù)字圖像處理課程的考核通過率在70%-80%；2015年我院開始實施數(shù)字圖像課程教學改革，當年該課程考核的一次性通過率就達到了85%，通過補考之后僅有幾個考生沒能通過課程考核；在2016-2017學年該課程的考核通過率都保持在95%左右。另外，在近3屆畢業(yè)生中，每屆都有幾位學生簽約到圖像視頻處理公司從事專業(yè)開發(fā)工作。所有這些說明了該課程的教學改革取得了一定的成功。

四、結語

數(shù)字圖像處理課程作為電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，在很多院校都有開設。但是由于獨立學院學生自身的特點和數(shù)字圖像處理課程的特點，學生學習效果不理想。我院在教學過程中革新教學的方法和方式，不死板講授公式的推理過程，使用生動形象的教學方式，引起學生的學習興趣，促進教學效果的提高。在教學設計中引入合適的教學項目，并將項目分成較小的子項目，子項目與教學知識點對應，使學生在實踐操作中得以加深對理論知識的理解，并得到開展工程項目的鍛煉，這對提高學生的就業(yè)競爭力有一定的幫助。

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[責任編輯：龐丹丹]