基于“互聯網+”多平臺互動的《數字圖像處理》課程教學方法探討

劉明堂 劉河潮

摘要：隨著“互聯網+”時代的到來，《數字圖像處理》課程傳統(tǒng)教學方法難以適應新時代創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。本文提出了基于“互聯網+”多平臺的《數字圖像處理》互動教學方法，首先完善數字圖像處理學科體系，構建“互聯網+”多平臺的教學資源，然后利用互聯網資源來進行學習程序設計和網絡實驗教學，同時通過電腦、手機、平板電腦等智能終端來模擬圖像處理實驗。最后，指導學生將模擬的程序在圖像處理試驗箱上進行實驗和仿真，實現多平臺互動的教學實踐活動。基于“互聯網+”多平臺互動的教學方法提高了《數字圖像處理》課程的教學效果，有機地適應了未來教育的需要。

關鍵詞：數字圖像處理；教學方法；互聯網+；學科體系；多平臺互動

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0197-03

一、引言

《數字圖像處理》是電子信息類專業(yè)的核心課程，主要講授數字圖像的獲取、處理和分析的原理及方法[1]。隨著互聯網技術跨越式發(fā)展，數字圖像處理技術的新理論、新算法、新新設備、新應用等層出不窮[2]?！稊底謭D像處理》需要很多學科的交叉性知識，所涉及的知識理論和技術領域非常多?！稊底謭D像處理》課程知識點多且難，但其學時少，傳統(tǒng)的教學方法和教學方式存在很多問題，容易導致該課程教學理論強，但卻與實際應用相脫節(jié)。

然而，傳統(tǒng)的“數字圖像處理”課程教學存在重理論、輕實踐，課堂講授效果不理想等問題，迫切需要進行教學方法的探討，以此來適應新時代創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求[3]。當前，我國實施“一帶一路”倡議以及“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰(zhàn)略，都以創(chuàng)新驅動發(fā)展為導向，加快了工程教育改革創(chuàng)新的步伐[4]。工程教育專業(yè)認證是以學生為中心的教育理念[5]?！靶鹿た啤钡慕ㄔO，需要高等教育與實際應用更加緊密地結合在一起。

隨著互聯網技術的不斷發(fā)展，探索移動互聯網環(huán)境下大學生自主協(xié)同學習模式也成為當下探討的一大熱點[6]。由于移動互聯網打破了原有的時間和空間限制，為學生提供了豐富多樣的學習資源渠道，增加了學生自主學習和實踐的選擇性?！盎ヂ摼W+”多平臺互動的教學方法可以利用互聯網技術將電腦、手機、平板電腦等智能終端和傳統(tǒng)課堂教學平臺有機結合，讓互聯網與傳統(tǒng)教學資源進行深度融合，提升學生的實踐能力和創(chuàng)新力。為了有效提高《數字圖像處理》課程的教學質量，本文提出了基于“互聯網+”多平臺互動的“數字圖像處理”課程教學方法，首先查找“數字圖像處理”傳統(tǒng)教學存在的問題，然后探討基于“互聯網+”多平臺互動的“數字圖像處理”課程教學方法，最后指導學生進行實驗和仿真，實現多平臺互動的教學實踐活動。

二、傳統(tǒng)教學存在的問題

1.實踐環(huán)節(jié)偏弱?！稊底謭D像處理》的傳統(tǒng)教學模式沒有偏重于實踐活動，圖像的獲取、圖像文件的編碼格式、圖像濾波與增強、圖像壓縮、圖像的分割與識別等都偏重于基本理論和算法，而學生對于實際應用相關的知識和技術接觸太少，由此造成課程實踐環(huán)節(jié)不完備。

2.課程知識體系不完備?！稊底謭D像處理》單純的課堂教學不利于激發(fā)學生的學習興趣和積極性，其大量的理論推導和算法分析使教師和學生都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在新課改的背景下，《數字圖像處理》應該在教學過程中做到真正激發(fā)學生的學習興趣和實踐積極性。另外數字圖像處理內容涉及到《高等數學》、《矩陣論》、《數字信號處理》、《概率論》等多個交叉課程，與科技前沿和實踐應用密切相關。

3.“互聯網+”沒有真正結合。在“互聯網+”飛速發(fā)展的當今時代，人工智能、大數據、深度學習等新興理論和科技應用的推動下，《數字圖像處理》理論和技術也已經與時俱進?！盎ヂ摼W+”需要將傳統(tǒng)的理論和技術以及工具，比如圖像處理軟件Photoshop、MATLAB或Open CV，讓學生在學習圖像處理知識，積極在“互聯網+”環(huán)境下深入學習，及時進行實踐和再升華。由此，探討基于互聯網的教學方法顯得尤為重要?！盎ヂ摼W+”不會取代數字圖像處理的傳統(tǒng)教學模式，但是會讓傳統(tǒng)教學煥發(fā)出新的活力。

三、基于“互聯網+”多平臺的互動教學

1.構建“互聯網+”多平臺。針對“互聯網+”的環(huán)境下，“數字圖像處理”要加強實踐性的特點和特色，綜合利用教材、多媒體息、圖形化軟件和網絡論壇等網絡資源，從課堂、教材、實驗、認識實習和畢業(yè)實習等諸多實踐環(huán)節(jié)?！稊底謭D像處理》課程采用板書授課、多媒體、微課和慕課以及網絡論壇等“互聯網+”多平臺的教學手段。對于數字圖像處理中較經典的理論和算法，以課堂面授和板書推導為主，然后指導學生在“互聯網+”多平臺上進行實踐和升華，最后教師再在課堂上對相關圖像處理的結果進行演示，以加強學生對圖像處理的知識理解。

“互聯網+”多平臺互動的教學方法是利用互聯網技術將電腦、手機、平板電腦等智能終端和傳統(tǒng)課堂教學平臺有機結合，讓互聯網與傳統(tǒng)課堂教學進行有機交叉。結合電子類專業(yè)的具體要求，運用C語言、MATLAB、LabVIEW等相關圖像處理軟件工具包和網絡開發(fā)平臺，使抽象理論和程序形象化，激發(fā)學生的興趣和積極性。例如，建立圖像處理的標準圖片測試用圖庫，建立了一般圖像、醫(yī)學圖像、水利工程圖像、農田信息圖像和農作物圖像等作為測試庫；在多媒體課件方面，提供從國內外知名大學和一些典型網站論壇的數字圖像處理的電子書和典型程序，供學生自學和實踐應用；在代碼方面，提供了任課教師有關數字圖像處理方面的項目源代碼和圖像處理具體的應用程序，使學生自己重新體驗圖像處理的應用效果，加深對圖像處理課程的體驗式學習。

2.利用“互聯網+”豐富資源。利用“互聯網+”的多平臺，把圖像處理課程的大綱及教學要求、電子教材、授課PPT、發(fā)布習題以及相關參考實驗資料都上傳到該網絡平臺，這樣就可以讓學生不受空間和時間的限制，學生們就可方便地通過網絡進行實踐和學習，通過網絡可以與教師以及全國和世界范圍內的同學交流學習，學生不再畏懼老師，可以就自己感興趣的話題、問題等在網絡上進行討論。教師也可以很方便地隨時隨地及時進行回復和解答，同時可以讓學生參與自己的科研項目，讓學生參與討論關于圖像處理方面應用方面的話題，激發(fā)學生的實踐主動性。在“互聯網+”多平臺上構建一個虛擬的教學環(huán)境，在課堂上和“互聯網+”平臺上可進行圖像處理教學和實踐，同時使學生和教師都可以在網絡平臺實現了資源共享，互動學習，為開展多種形式的教學方法打下基礎。老師把自制的課件、項目程序放到“互聯網+”上，讓互聯網成為老師和學生自主和開心學習的“互聯網+”平臺。

“互聯網+”的圖像采集設備和網絡平臺上的圖像庫包括大量的不同圖像格式，如BMP、TIFF、JPG、GIF等“互聯網+”格式，同時在網絡平臺構建微項目教學軟件，使得學生可在網絡上學習和練習以及主動交流。針對課堂所講的每一章節(jié)，利用Matlab的GUI建立電腦攝像頭獲取圖像和學生自己的圖像進行處理，讓學生進行實踐。此外，每個章節(jié)給出圖像處理相關習題，學生可以自主完成，從而增強學生的動手實踐動手能力。同時，學生也可以在網絡平臺上開發(fā)新的教學軟件，激發(fā)學生的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

3.應用網絡平臺進行微項目教學。網絡環(huán)境下圖像處理教學組織的內部教學資源是非線性的，學生可任意在各個“互聯網+”模塊里瀏覽。學生自主學習網絡環(huán)境下的知識，教師不再是知識的演講者和組織者，要在教學過程中起到輔導、督促和考核全體學生的作用。學生可以根據自己的需要在構建的平臺上查找自己需要的圖像處理資料，然后在平臺上進行處理與優(yōu)化。老師也可以網上教學，其擁有一個適應自學的強有力的軟件支持結構。

本文將圖像處理的內容結合當前應用，把和圖像處理相關的科研項目以“微項目”形式引入課堂教學中。以“高填方渠道水泥坡面圖像檢測與處理”項目為例，該項目是河南省科技廳科技攻關項目的一部分。我們把項目分成各個子項目，在課堂上和學生討論具體流程，然后按照流程分解為高填方渠道水泥坡面圖像檢測、拼接、處理、裂縫全景圖像展示、圖像高效存儲、裂縫圖像增強、裂縫圖像寬度和長度測量等8個微項目。在授課過程中，如講解圖像濾波和分割的時候，可以結合微項目“水表遠程圖像采集和增強”進行講解。通過引入實際的科研項目，不僅能夠增加數字圖像處理課程教學的趣味性，還能夠培養(yǎng)學生分析發(fā)現問題的能力和實際解決問題的能力。

4.構建良好的網絡學習環(huán)境。在保持專業(yè)認證的核心課程基礎上，在“互聯網+”多平臺將圖像處理學科具有代表性的教學成果對比其達成度。其次，在“互聯網+”多平臺上將一些現代經典的科研論文和前沿科技，以補充授課的形式，作為教學內容的新補充，將一些數學基礎要求較高和難懂的內容，如圖像分割和邊緣提取等作為選修內容，供有興趣和有能力的學生學習，“互聯網+”網絡教學的開展以及使用形成了新的學習局面，例如：網上的學術討論、資源共享和項目互幫和問題互相解答，同學們積極參與，樂在其中，從而給學生創(chuàng)造出良好的學習環(huán)境，培養(yǎng)出新工科所需要的創(chuàng)新型和綜合型人才。

四、結語

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，《數字圖像處理》課程的教學改革和實踐也應不斷吸收新知識、新技術，根據教學內容靈活運用各種教學方法?；凇盎ヂ摼W+”多平臺的數字圖像處理教學方法為數字圖像處理課程教學提供了有效的方法，讓課堂教學更加生動活潑，課后實踐更加興趣盎然。教學實踐表明，基于“互聯網+”多平臺的圖像處理教學將傳統(tǒng)課本和網絡資源進行整合優(yōu)化，有利于學生自主學習、個性化學習，最大限度地實現因材施教的原則，是學生最大限度獲得所需知識，準確快速獲得最新技術和信息的基礎，有效加強了學生親自動手能力和實際操作水平。“互聯網+”多平臺的數字圖像處理教學方法加深了學生對講課內容的理解，激發(fā)了學生的學習熱情和鉆研精神，提高了教學效率和質量。

參考文獻：

[1]胡伏原，班建民，程成，等.數字圖像處理課程的“微項目”教學模式[J].計算機教育，2016，264（12）：106-108.

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