多元化教學(xué)資源在計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程中的應(yīng)用探索

李策　趙學(xué)軍　王振武

【摘 要】本文面向“新工科”和“智能制造發(fā)展規(guī)劃”對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)人才的培養(yǎng)需求，以《計(jì)算機(jī)視覺(jué)-openCV應(yīng)用技術(shù)》課程為例，針對(duì)該課程知識(shí)體系復(fù)雜、內(nèi)容發(fā)展迅速、注重實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，積極探索多元化教學(xué)資源的應(yīng)用，創(chuàng)新教學(xué)的思路和手段，鼓勵(lì)學(xué)生深層理解計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)技術(shù)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】多元化教學(xué)資源;計(jì)算機(jī)視覺(jué);教學(xué)改革;教學(xué)探索

中圖分類(lèi)號(hào)： TP3-4;G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）34-0047-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.017

Application and Exploration of Diversified Teaching Resources in the Computer Vision Courses

LI Ce ZHAO Xue-jun WANG Zhen-wu

（China University of Mining and Technology （Beijing）， Beijing 10083， China）

【Abstract】Aiming at the training demands of computer vision talents in the “Emerging Engineering Education， 3E”and “Intelligent Manufacturing Development Plan”， this paper takes the course“computer vision-openCV application technology”as an example. In view of its complex knowledge system， rapid development， and practice-oriented teaching， the diversified teaching resources are actively explored to innovate the teaching ideas and techniques and encourage students to deeply understand the related technology. The research and exploration of this course also pave a way for students to strengthen practical exercises and train their ability to analyze and solve problems.

【Key words】Diversified Teaching Resources; Computer Vision; Teaching Reform; Teaching Exploration

0 引言

隨著我國(guó)“新工科”教育建設(shè)和“智能制造發(fā)展規(guī)劃”的工作推進(jìn)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程作為人工智能學(xué)科的重要分支，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等信息專(zhuān)業(yè)中占據(jù)重要地位。針對(duì)當(dāng)前時(shí)代對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)人才的專(zhuān)業(yè)需求，如何培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣和實(shí)踐能力，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的本科和研究生課程教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程涉及模式識(shí)別、數(shù)字圖像處理、應(yīng)用數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，其覆蓋范圍廣、綜合性強(qiáng)，具有知識(shí)體系復(fù)雜、內(nèi)容發(fā)展迅速、注重實(shí)踐教學(xué)等特點(diǎn)[1]。為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程教學(xué)多元化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，落實(shí)學(xué)校教學(xué)改革要求，實(shí)現(xiàn)“面向應(yīng)用、突出實(shí)踐”的教學(xué)目標(biāo)，本論文積極探索多元化教學(xué)資源的應(yīng)用，根據(jù)講授《計(jì)算機(jī)視覺(jué)-openCV應(yīng)用技術(shù)》課程的心得和收獲，分析多元化教學(xué)資源在計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程中的應(yīng)用方法，并總結(jié)一些創(chuàng)新教學(xué)方法的相關(guān)建議和措施。

1 多元化教學(xué)資源內(nèi)容創(chuàng)新

由于受到傳統(tǒng)重理論輕實(shí)踐教學(xué)模式和教學(xué)資源不足的限制，學(xué)生往往對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程學(xué)習(xí)興趣不足，難以認(rèn)識(shí)到課程的重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。顯然，現(xiàn)有課程配套的教材、課件和學(xué)習(xí)資料等教學(xué)資源還未實(shí)現(xiàn)多樣化，不能為不同專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生提供多樣化的課程內(nèi)容選擇。目前，國(guó)家教育體制改革對(duì)高校計(jì)算機(jī)類(lèi)課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段有了更高的要求，多元化的教學(xué)模式正在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中逐步展開(kāi)。該教學(xué)模式能夠優(yōu)化學(xué)習(xí)場(chǎng)景，提高教學(xué)資源利用水平，為學(xué)生提供適用的學(xué)習(xí)資料，使得教師和學(xué)生能真正利用多樣的教學(xué)資源來(lái)提升教學(xué)效果。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程的多元化教學(xué)資源建設(shè)主要從教材、多媒體資料、網(wǎng)絡(luò)資源、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)四個(gè)方面來(lái)研究一體化的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。其中，（1）教材建設(shè)是按照課程大綱所列知識(shí)點(diǎn)要求，修訂現(xiàn)有的教材內(nèi)容，確保其呈現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)化知識(shí);（2）多媒體資料建設(shè)需要體現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的指引性，指導(dǎo)學(xué)生了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題、掌握解決問(wèn)題所需的理論知識(shí);（3）網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)充分配合計(jì)算機(jī)視覺(jué)知識(shí)的前沿發(fā)展，適應(yīng)不同學(xué)生的不同需求，指引師生共同利用Coursera、國(guó)道數(shù)據(jù)等MOOC網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放資源，協(xié)作學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外一流大學(xué)的個(gè)性化拓展知識(shí);（4）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)通過(guò)提煉重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置以工程應(yīng)用為主導(dǎo)的綜合型實(shí)踐型任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生分組完成資料調(diào)研、數(shù)據(jù)采集、編程實(shí)踐、系統(tǒng)調(diào)試等過(guò)程[2]。以上四個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新將課內(nèi)與課外教學(xué)、理論與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，形成創(chuàng)新的教學(xué)方式，有效讓教師和學(xué)生共同利用多元化的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，極大地豐富了計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容，提高了計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程的教學(xué)效率。

2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程教學(xué)方法改革

2.1 多元化教學(xué)資源整合

現(xiàn)有計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的Coursera、國(guó)道數(shù)據(jù)等MOOC網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程資源中，代表性的課程包括斯坦福大學(xué)的Computer Vision：Foundations and Applications課程[3]、華盛頓大學(xué)的Computer Vision課程[4]、同濟(jì)大學(xué)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程[1]等。本課程不僅整合了上述國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的教材、多媒體資料、網(wǎng)絡(luò)資源和實(shí)訓(xùn)任務(wù)等內(nèi)容，同時(shí)還引入了計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議的最新研究成果，結(jié)合學(xué)校的人才培養(yǎng)定位，篩選和重新設(shè)計(jì)新的課程內(nèi)容。以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）為例，《計(jì)算機(jī)視覺(jué)-openCV應(yīng)用技術(shù)》課程面向計(jì)算機(jī)和信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)選修，1個(gè)學(xué)分，16個(gè)學(xué)時(shí)，教材選用機(jī)械工業(yè)出版社2016版的《OpenCV 3計(jì)算機(jī)視覺(jué)：Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)（原書(shū)第2版）》，課外輔助閱讀教材包括：電子工業(yè)出版社2015版的《OpenCV3編程入門(mén)》、電子工業(yè)出版社2004版的《計(jì)算機(jī)視覺(jué)：一種現(xiàn)代的方法》。課程要求學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生將建立視覺(jué)生成、視覺(jué)特征提取與描述、openCV編程實(shí)踐的基本概念，掌握計(jì)算機(jī)視覺(jué)分析和理解的基本方法，為今后在視覺(jué)信息處理領(lǐng)域的科學(xué)研究打下相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 課堂教學(xué)手段創(chuàng)新

在課程教學(xué)中，《計(jì)算機(jī)視覺(jué)-openCV應(yīng)用技術(shù)》課程利用整合后的多元化教學(xué)資源，探索出“精講多練、注重實(shí)踐”的教學(xué)手段，形成“重點(diǎn)內(nèi)容少而精、一般內(nèi)容全覆蓋、理論實(shí)踐相結(jié)合”的教學(xué)思路。具體的教學(xué)流程為：首先，課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性的重點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)根據(jù)學(xué)生需求和時(shí)間安排調(diào)控一般內(nèi)容的進(jìn)度范圍。其次，課堂教學(xué)創(chuàng)新檢測(cè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源的成效，設(shè)置20%的課堂討論時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生集體討論學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。再次，課外安排每周1次辦公室答疑時(shí)間，面對(duì)面互動(dòng)解答學(xué)習(xí)難點(diǎn)和實(shí)踐任務(wù)，增強(qiáng)師生協(xié)作學(xué)習(xí)，進(jìn)一步監(jiān)督和深化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。最后，課程考核包括試卷考核和實(shí)踐考核，試卷考核除了涉及課內(nèi)重點(diǎn)內(nèi)容外，還增加了主觀涉及題目，實(shí)踐考核根據(jù)學(xué)生實(shí)踐任務(wù)完成情況給分，整體考核重點(diǎn)落實(shí)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。

2.3 課后自主實(shí)踐引導(dǎo)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容需要與理論內(nèi)容進(jìn)行同步更新和改進(jìn)。《計(jì)算機(jī)視覺(jué)-openCV應(yīng)用技術(shù)》課程16學(xué)時(shí)難以包含實(shí)踐安排，因此，該課程引導(dǎo)學(xué)生課后自主完成實(shí)踐，采用小組的形式進(jìn)行，每組4～8名學(xué)生自由分組，從教師給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)中任選一個(gè)，通過(guò)收集資料、數(shù)據(jù)采集、編程實(shí)踐、系統(tǒng)調(diào)試等過(guò)程最終完成該任務(wù)，實(shí)踐考核分?jǐn)?shù)比值占50%。具體的實(shí)踐安排包括實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)方法選擇和實(shí)驗(yàn)問(wèn)題總結(jié)三個(gè)方面。（1）實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)置上，教師明確布置學(xué)生要完成的任務(wù)內(nèi)容、要求和注意事項(xiàng)，課程增加具有較為明顯工程應(yīng)用背景的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少簡(jiǎn)單的原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將多項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)融合。（2）實(shí)驗(yàn)方法選擇上，學(xué)生根據(jù)需求自由選擇C++、Java或Python語(yǔ)言的openCV視覺(jué)函數(shù)庫(kù)，重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)效果是否滿(mǎn)足題目要求和應(yīng)用場(chǎng)景。（3）實(shí)驗(yàn)問(wèn)題總結(jié)上，學(xué)生需要記錄完成任務(wù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，向教師課后尋求答疑，然后解決問(wèn)題、記錄未解決的問(wèn)題，總結(jié)今后遇到類(lèi)似的問(wèn)題要如何處理、如何把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。

3 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程的傳統(tǒng)教學(xué)往往面臨重知識(shí)輕能力、實(shí)踐內(nèi)容不足、脫離專(zhuān)業(yè)需求等問(wèn)題，利用多元化教學(xué)資源的計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程改革能夠解決這些問(wèn)題。通過(guò)對(duì)多元化教學(xué)資源在計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程中的應(yīng)用探索，積極采用增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用實(shí)例和前沿研究，真正激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力。

【參考文獻(xiàn)】

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