對分課堂在數(shù)字圖像處理課程中的應(yīng)用

劉李漫 劉佳

摘要：對分課堂作為一種新型的課堂教學(xué)模式，可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)主動性和探索積極性。數(shù)字圖像處理課程涉及了廣泛且復(fù)雜的理論知識及應(yīng)用方案，學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)上有一定的難度，傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師難以達(dá)到理想的教學(xué)效果。將對分課堂運用于數(shù)字圖像處理課程，能有效地提高教學(xué)效率及效果。文章將針對對分課堂教學(xué)模式在數(shù)字圖像處理課程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：對分課堂;數(shù)字圖像處理;實踐應(yīng)用

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0151-02

一、引言

對分課堂是近年來出現(xiàn)的一種創(chuàng)新型教學(xué)模式，在大學(xué)課堂的教學(xué)模式中逐漸得到關(guān)注和研究，被稱為中國特色大學(xué)教學(xué)新方法[1]。該課堂教學(xué)模式主要由講授、吸收和討論三個階段組成，每個階段都有著明確的教學(xué)工作和目標(biāo)[2]。數(shù)字圖像處理是理論結(jié)合實踐應(yīng)用的一門課程，隨著時代的快速發(fā)展，涉及數(shù)學(xué)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、自動化控制等諸多應(yīng)用領(lǐng)域[3]，在計算機工程、測繪、生物醫(yī)學(xué)工程、航天軍事、經(jīng)濟(jì)等各先進(jìn)領(lǐng)域被充分使用。數(shù)字圖像處理的本質(zhì)就是對圖像進(jìn)行計算機處理，原理就是將圖片的像素信息轉(zhuǎn)換為常用的數(shù)字信息，再借助計算機對數(shù)字信息進(jìn)行分析判斷和處理。

二、數(shù)字圖像處理課程教學(xué)存在的不足

數(shù)字圖像處理課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師課堂講授、學(xué)生上課聽講和實驗課編程實驗。教師按照課本順序講解各個章節(jié)的內(nèi)容及算法原理，學(xué)生將在實驗課進(jìn)行算法的編程實現(xiàn)。學(xué)生會覺得自己已經(jīng)熟練掌握了課程，也可以輕松通過期末考試，但在實際中遇到了數(shù)字圖像處理問題時，學(xué)生會不知如何靈活使用所學(xué)的理論知識，缺乏分析和解決實際問題的能力，分析導(dǎo)致這種情況的具體原因如下：

首先，如今數(shù)字圖像處理的知識領(lǐng)域更新較快，學(xué)生無法快速掌握該課程中的前沿技術(shù)及新知識，傳統(tǒng)的課本教學(xué)模式很難滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要。

其次，數(shù)字圖像處理課程涉及領(lǐng)域較多，所學(xué)知識點的難度較大，理論知識的掌握要求較高，具有概念抽象、數(shù)學(xué)公式多的特點。在學(xué)習(xí)這門課程之前，學(xué)生還需要加強學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理、信號與系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論課程。此外，數(shù)學(xué)是數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的必備基礎(chǔ)，學(xué)生往往需要較好的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，才能很好地將學(xué)習(xí)的內(nèi)容融會貫通?；谝陨想y點，很多學(xué)生存在難以理解、缺乏興趣的現(xiàn)象。

再者，數(shù)字圖像處理教學(xué)包含課堂理論教學(xué)和實驗實踐兩部分內(nèi)容。其中，主要是進(jìn)行課程理論教學(xué)，在課堂教學(xué)中缺少一些典型理論的公式推導(dǎo)，或者推導(dǎo)步驟較少，導(dǎo)致學(xué)生在實現(xiàn)數(shù)字圖像處理算法中存在較多疑惑，影響最終的教學(xué)效果。在實驗實踐環(huán)節(jié)，老師會對一些重要和難度較高的知識點進(jìn)行實驗，幫助學(xué)生解決一部分問題，但是由于實驗實踐的內(nèi)容有限，難以在實驗中挖掘深層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容。這些都是課堂教學(xué)中面臨的重要問題。

最后，部分學(xué)生對數(shù)字圖像處理課程的學(xué)習(xí)主要是為了應(yīng)付學(xué)?？荚嚕瑳]有認(rèn)真去學(xué)習(xí)老師在課堂上教授的內(nèi)容，無法掌握課程的核心及關(guān)鍵點，難以將理論運行在實踐應(yīng)用上。

三、對分課堂模式的介紹

對分課堂模式是一種大學(xué)課程教學(xué)的新型教學(xué)模式，該教學(xué)模式主要由課堂講授、內(nèi)化吸收和課堂討論三大部分組成。教師進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)傳授，與此同時，學(xué)生將在課堂進(jìn)行自主討論、自學(xué)和知識鞏固加強。對分課堂具有兩個核心要素：一是教師和學(xué)生分別使用課堂上的一部分時間進(jìn)行課堂教學(xué)與學(xué)習(xí)討論;二是在學(xué)生討論和教師教學(xué)的分割時間中，學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和討論。對分課堂具備了傳統(tǒng)教學(xué)模式中老師一對多教學(xué)的優(yōu)點，另一方面學(xué)生又可以利用充分的時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)探索，最終學(xué)生可以充分理解和應(yīng)用所學(xué)知識。

四、對分課堂在數(shù)字圖像處理課程中的應(yīng)用

（一）對分課堂的選取

教學(xué)過程中，許多的課程內(nèi)容都不需要采用對分課堂教學(xué)模式，只有一些較為重要且學(xué)習(xí)難度較大的知識點需要采用這種課堂教學(xué)模式。比如，數(shù)字圖像處理課程中經(jīng)常應(yīng)用且難度系數(shù)較大的圖像變換算法傅里葉變換[3]，其涉及了如復(fù)平面、頻域、正反變換等基本理念，公式復(fù)雜難懂，學(xué)生聽講時容易產(chǎn)生畏懼和放棄情緒。針對這一問題，同時也是課程內(nèi)容的一個重點，在數(shù)字圖像處理教學(xué)中采用了對分課堂的教學(xué)模式。

（二）對分課堂的組織

課堂教學(xué)時期，學(xué)生的學(xué)習(xí)團(tuán)體是班級，老師則在課堂上進(jìn)行知識點教授。例如在傅里葉變換的知識教學(xué)上，老師可以使用循序漸進(jìn)的啟發(fā)式教學(xué)方法進(jìn)行知識點講解，具體講解分為如下5個流程：（1）進(jìn)行前期預(yù)備知識講解。讓學(xué)生能更好地理解和掌握傅里葉變換，如復(fù)平面、周期函數(shù)、非周期函數(shù)、歐拉公式等基本理論知識與公式。（2）帶領(lǐng)學(xué)生掌握傅里葉級數(shù)。在傅里葉分析中主要由傅里葉變換和傅里葉級數(shù)組成，傅里葉級數(shù)主要是使用于周期函數(shù)，周期函數(shù)則是使用傅里葉變換，學(xué)習(xí)掌握傅里葉變換是理解傅里葉級數(shù)的基礎(chǔ)。（3）詳細(xì)講解一維傅里葉變換的各種理論知識點。不僅要透徹地講解傅里葉變換理論知識，還要使用MATLAB等繪圖軟件演示傅里葉變換的算法執(zhí)行過程，學(xué)生將從各個方面深入地理解和掌握傅里葉變換的算法。（4）講解二維傅里葉變換的各種理論知識點。因為學(xué)生掌握了一維傅里葉變換知識，就可以較為簡單地學(xué)習(xí)二維傅里葉變換。（5）應(yīng)用舉例。在進(jìn)行圖像降噪的實驗中，通過使用傅里葉變換的算法有效地去除圖片噪聲，讓學(xué)生從實際應(yīng)用的角度更好地理解傅里葉變換。在內(nèi)部吸收階段，教師給出一個綜合應(yīng)用圖像處理技術(shù)的應(yīng)用題目，例如使用傅里葉變換去除圖像噪聲，學(xué)生在實驗編程過程中自己組成小組，每組派出3名編程技術(shù)較好的學(xué)生，與其他組同學(xué)進(jìn)行一些編程疑問的探討，這樣增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。在內(nèi)化吸收階段，由于學(xué)生主要通過自主化的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以難免會遇到一些困難或疑問，在該階段需要將這些困難疑問記錄下來，然后在上課時提出，并進(jìn)行討論。課堂討論階段的主要作用是幫助學(xué)生解決自學(xué)階段出現(xiàn)的問題，在課堂討論環(huán)節(jié)，學(xué)生可以自由地發(fā)表自己的觀點和疑問，進(jìn)行思維碰撞，如此，學(xué)生就可以準(zhǔn)確地理解課程內(nèi)容了。

再例如，課堂講授完提高圖像對比度的幾個理論方法以后，可以展示一些對比度不高的問題圖像，給學(xué)生布置小組討論題目——如何設(shè)計方案提高這些圖像的對比度。并通過討論確定1—2種大家認(rèn)為效果會比較好的方法，在課下進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)，并調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的處理結(jié)果。

（三）對分課堂的實施效果

這一學(xué)期在數(shù)字圖像處理課堂中使用了對分課堂教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度更加認(rèn)真、端正了。雖然現(xiàn)在的模式導(dǎo)致學(xué)生在掌握同一個知識點上的耗時較長，但是較高地提升了學(xué)生對知識點的學(xué)習(xí)探索及實際應(yīng)用程度，更重要的是較大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)精神、能力以及不停探索的精神。

五、結(jié)語

對分課堂作為一種新型的課堂教學(xué)模式，充分地融合了講授型課堂和討論型課堂的優(yōu)點，符合學(xué)生獲取知識時的認(rèn)知心理。雖然對分課堂的教學(xué)模式處于初期探索和實踐階段，但是其教學(xué)效果十分明顯，一定會在數(shù)字圖像處理教學(xué)中起到重要作用。加強使用對分課堂教學(xué)模式，將有效地提高數(shù)字圖像處理課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量，具有良好的推廣價值和意義。

參考文獻(xiàn)：

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