專業(yè)認(rèn)證理念下“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)探索

李麗宏 吳開興 馬永強(qiáng) 賈東立 王海江

摘? 要：在工程認(rèn)證三大核心理念下，對“數(shù)字圖像處理”課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施方式和課程考查等方面進(jìn)行教學(xué)改革，同時(shí)在教學(xué)實(shí)施過程中將協(xié)同育人理念也貫穿于其中，這樣既體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)的協(xié)同育人模式，同時(shí)提高了學(xué)生實(shí)踐協(xié)同創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：專業(yè)認(rèn)證;數(shù)字圖像處理;課程改革

中圖分類號：TP391.4;G642.0? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）21-0071-03

Abstract：Under the three core ideas of engineering certification，teaching reform is carried out in the course objectives，course contents，teaching methods and course examination of “Digital Image Processing”. At the same time，the concept of collaborative education also penetrates the process of teaching implementation. This not only reflects the student-centered，results-oriented，continuous improvement of the collaborative education model，but also improves the studentsability to practice collaborative innovation and solve complex engineering problems.

Keywords：professional certification;digital image processing;curriculum reform

0? 引? 言

自2006年以來，工程教育專業(yè)認(rèn)證得到各高校、社會(huì)和學(xué)生的認(rèn)可，是我國工程師培養(yǎng)制度的改革，是與國際通行工程教育培養(yǎng)方式的接軌[1-3]。其中課程教學(xué)是大學(xué)培養(yǎng)過程中的重要環(huán)節(jié)，因此有必要在工程教育專業(yè)認(rèn)證理念下對課程教學(xué)改革進(jìn)行探索。

“數(shù)字圖像處理”課程是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)方向課，在該專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系中具有重要地位，對培養(yǎng)畢業(yè)生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)具有重要意義。工程教育的核心理念是“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”，因此課程教學(xué)圍繞工程認(rèn)證三大理念進(jìn)行教學(xué)改革，同時(shí)將協(xié)同育人理念也貫穿于其中，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果，滿足國際工程教育標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1? 課程教學(xué)探索

在課程教學(xué)中，要以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，即將以教師為主的理念轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的理念;同時(shí)在授課、實(shí)驗(yàn)和課設(shè)項(xiàng)目安排方面，注重成果導(dǎo)向問題;在課程考查方面，如試卷的出題，要以能力的考查為主;每次教學(xué)任務(wù)結(jié)束后，對課程各方面進(jìn)行總結(jié)和持續(xù)改進(jìn)，以期更好地實(shí)現(xiàn)工程教育。

1.1? 課程目標(biāo)定位

根據(jù)工程認(rèn)證的三大理念，“數(shù)字圖像處理”課程目標(biāo)如下：

（1）本課程重在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識和基本分析方法，為圖像分析、圖像理解、模式識別等課程提供必要的理論知識支撐，培養(yǎng)學(xué)生掌握電子信息工程的專業(yè)基礎(chǔ)知識，并能將其用于解決電子信息工程領(lǐng)域的綜合性工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題。

（2）教學(xué)過程中，主要講授圖像變換、增強(qiáng)、編碼、分割、幾何校正及模式識別等知識，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，理解復(fù)雜工程問題的內(nèi)涵，認(rèn)識復(fù)雜工程問題的特征，有針對性地培養(yǎng)和提高學(xué)生在圖像實(shí)踐活動(dòng)中具有分析電子信息工程領(lǐng)域的綜合性工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論的能力。

（3）在理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字圖像處理基本原理的深入理解和對數(shù)字圖像處理工程問題的解決方案的分析和設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生具備針對復(fù)雜電子信息工程領(lǐng)域問題，能夠綜合各類信息進(jìn)行研究，得到合理有效結(jié)論的能力。

1.2? 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)的分解，確定本課程上述教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)而確定教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

1.3? 課程教學(xué)實(shí)施

在教學(xué)實(shí)施過程中，既需要考慮工程認(rèn)證理念，同時(shí)又需要把協(xié)同育人理念貫穿于教學(xué)實(shí)施過程中。協(xié)同效應(yīng)又稱為增效作用，指兩種或兩種以上的組分相加或調(diào)配在一起，所產(chǎn)生的作用大于各種組分單獨(dú)作用的綜合，即“1+1>2”[5]。在教學(xué)實(shí)施過程中，將教材內(nèi)容的講解、實(shí)驗(yàn)和課外課設(shè)項(xiàng)目結(jié)合進(jìn)行協(xié)同教學(xué)，且進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)的匹配程序，從而提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力及創(chuàng)新協(xié)同能力。

在課程教學(xué)中，除了傳統(tǒng)教學(xué)方式，同時(shí)也采用項(xiàng)目式案例教學(xué)方法，圍繞典型的帶有啟發(fā)性的項(xiàng)目，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和運(yùn)用，從而系統(tǒng)地掌握課程內(nèi)容。

例如實(shí)驗(yàn)3中的幾何形狀識別，在章節(jié)6中，學(xué)習(xí)了二值圖像描述分散度知識，此實(shí)驗(yàn)就是利用分散度特征提取正確識別等邊三角形、正方形和圓形，如圖1所示。

分散度是一種面積形狀的測度，符合人們的認(rèn)識，相同面積的幾何形狀其周長越小越緊湊。分散度又稱為圓度，即與圓的接近程度，圓是日常生活中所有圖形中最緊湊的圖形。

X表示某圖像的分散度，P為某圖像的周長，S為某圖像的面積，則分散度如式（1）所示。

根據(jù)式（1），可計(jì)算出圓形的分散度為4π，正方形分散度為16，等邊三角形的分散度為? 。

I=imread（'.jpg'）;? ?%讀入待識別的圖片

I=rgb2gray（I）;? ? ? ?%I為灰度圖像

BW=im2bw（I，graythresh（I））; %BW為二值圖像

BW=～BW;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? %二值圖像反色

BW2=bwlabel（BW）;

stats=regionprops（BW2，'all'）;? %對二值圖像進(jìn)行面積的求取

S=[stats.Area];

BW1=edge（I，'sobel'，0.1）;? ?%BW1為圖形邊緣

M=bwperim（BW1）;%對邊緣求取周長

L=sum （sum（M））;

X=（L^2）/S? %計(jì)算分散度

if X>10&&X<14? ? ? ? ? ? ?%根據(jù)分散度大致區(qū)間判斷圖形，允許一定誤差

disp（'圖形為圓形'）;

else if X>14&&X<16.5

disp（'圖形為正方形'）;

else if X>16.5&&X<22

disp（'圖形為等邊三角形'）;

else

disp（'其它圖形'）;

end

通過上述示例，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前需要提前復(fù)習(xí)課上內(nèi)容，并根據(jù)知識點(diǎn)用MATLAB編寫相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目程序，在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行調(diào)試并實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的任務(wù)要求，從而進(jìn)一步掌握課程相關(guān)知識。

為了使學(xué)生更好地掌握課程相關(guān)知識，三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置內(nèi)容充實(shí)，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)前的課外時(shí)間，熟悉各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)，為實(shí)驗(yàn)課做好準(zhǔn)備。前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)較簡單，實(shí)驗(yàn)3為綜合性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生充分掌握特征提取數(shù)學(xué)模型，且熟練編程實(shí)現(xiàn)圖像的識別。

課外課設(shè)項(xiàng)目題目為車牌識別，之所以選用此題目，是因?yàn)閷W(xué)生對項(xiàng)目背景都很熟悉。在課設(shè)前，通過啟發(fā)式教學(xué)和對項(xiàng)目的具體講解，將項(xiàng)目內(nèi)容模塊化，將深?yuàn)W的理論知識形象化，并通過程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。

數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，因此要及時(shí)更新、補(bǔ)充和調(diào)整相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課設(shè)項(xiàng)目。由于整個(gè)課程學(xué)時(shí)較少，但是教學(xué)內(nèi)容較多，鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間自學(xué)前沿知識和相關(guān)處理軟件知識，多參與相關(guān)項(xiàng)目的實(shí)踐鍛煉，以達(dá)到該課程目標(biāo)，且使學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力也得以提高。

1.4? 課程教學(xué)考核

課程考核成績分為三部分：平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)和課外課設(shè)項(xiàng)目成績、期末考查成績。

平時(shí)成績包括作業(yè)成績和考勤成績，根據(jù)作業(yè)質(zhì)量、完成情況給定作業(yè)成績，根據(jù)出勤率給定考勤成績。

實(shí)驗(yàn)和課外課設(shè)項(xiàng)目成績，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和課外課設(shè)過程中的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和課設(shè)成果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課設(shè)報(bào)告綜合給定。

期末考查內(nèi)容要充分考慮學(xué)生圖像處理知識的應(yīng)用能力，盡可能依托實(shí)際應(yīng)用場景出題，側(cè)重于考查學(xué)生對數(shù)字圖像處理理論知識的原理掌握及設(shè)計(jì)思路的能力，而不應(yīng)涉及復(fù)雜計(jì)算或大量單純運(yùn)算。由于重點(diǎn)考查的是學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，而不是對某個(gè)知識的記憶或計(jì)算，所以考查以開卷形式進(jìn)行。根據(jù)以上考查原則，命題為應(yīng)用題和設(shè)計(jì)題兩種類型，而舍棄傳統(tǒng)的選擇題、填空題和名詞解釋題等以知識性為主的題型。

每學(xué)年課程結(jié)束后，對各方面進(jìn)行總結(jié)和持續(xù)改進(jìn)，以更好地滿足國際工程師培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2? 結(jié)? 論

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，要將認(rèn)證的三大核心理念貫穿于課程教學(xué)過程中，同時(shí)為了更好地提高學(xué)生的實(shí)踐協(xié)同創(chuàng)新能力，將協(xié)同育人理念也貫穿于其中。在課程目標(biāo)的設(shè)置、課程內(nèi)容的設(shè)置、教學(xué)實(shí)施方式和課程考查方面，都要體現(xiàn)以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)的協(xié)同育人模式，為培養(yǎng)具有解決復(fù)雜工程問題能力的學(xué)生奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李麗宏（1973-），女，漢族，河北無極人，教師，博士，教授，研究方向：圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺。