《數(shù)字圖像處理技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)改革研究

陳麗芳 劉淵 詹千熠 潘祥

摘要：在高等教育的培養(yǎng)方案中，實(shí)踐教學(xué)常常處于理論教學(xué)的從屬地位，學(xué)時(shí)少，但是實(shí)踐教學(xué)在高等工程教育中卻占有舉足輕重的地位，學(xué)生通過實(shí)踐將理論知識(shí)與工程實(shí)際進(jìn)行有機(jī)融合，不僅鍛煉了學(xué)生分析與解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高了其動(dòng)手能力?！稊?shù)字圖像處理技術(shù)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)、數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的核心課程，本文針對(duì)目前《數(shù)字圖像處理技術(shù)》課程的實(shí)踐教學(xué)存在的問題，結(jié)合新工科建設(shè)的需求，在實(shí)踐內(nèi)容、綜合評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了探索，以提高和完善目前現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)方式為目標(biāo)，培養(yǎng)適應(yīng)先進(jìn)信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型人才。

2017年教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，積極推進(jìn)新工科建設(shè)。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。實(shí)踐教學(xué)在高等工程教育中占有舉足輕重的地位，學(xué)生通過實(shí)踐將理論知識(shí)與工程實(shí)際進(jìn)行有機(jī)融合，鍛煉了學(xué)生分析與解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高了其動(dòng)手能力。實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力，也是影響學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的關(guān)鍵因素?！稊?shù)字圖像處理技術(shù)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)、數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的核心課程，課程實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量不僅影響學(xué)生的實(shí)踐能力，也影響后續(xù)相關(guān)課程的開展。

新工科背景下，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的應(yīng)用和拓展，在現(xiàn)行培養(yǎng)方案中，課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往是理論教學(xué)的補(bǔ)充，學(xué)時(shí)少，而且在大部分傳統(tǒng)的教學(xué)方式上，教師和學(xué)生對(duì)課程的實(shí)踐部分都不夠重視，導(dǎo)致實(shí)踐與理論相互脫離，學(xué)生在課本上所學(xué)的知識(shí)無法與實(shí)踐內(nèi)容結(jié)合起來，這便會(huì)讓學(xué)生在處理實(shí)際問題的過程當(dāng)中無從下手。不僅學(xué)生的實(shí)踐能力無法得到提升，而且學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用也無法提升。如何在有限的學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，更好地提升學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視程度，從而變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，本文對(duì)實(shí)踐教學(xué)存在的問題進(jìn)行探索研究。

《數(shù)字圖像處理技術(shù)》課程相關(guān)的內(nèi)容和技術(shù)更新快，新技術(shù)帶來更多的新問題，為了與新工科要求的人才相適應(yīng)，課程的教學(xué)資源要盡量與新技術(shù)發(fā)展匹配。近年來，各個(gè)高校都加大了對(duì)實(shí)踐設(shè)備的投入，建立特定功能的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐教學(xué)基地。但是，相對(duì)于學(xué)生數(shù)，實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)經(jīng)費(fèi)仍然緊缺，實(shí)踐設(shè)備往往無法滿足學(xué)生的實(shí)際需求。

目前高校的相關(guān)設(shè)備較為完善先進(jìn)，但是實(shí)踐教學(xué)方式仍比較傳統(tǒng)落后——《數(shù)字圖像處理技術(shù)》以及計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)方式還是停留在教師根據(jù)課程理論知識(shí)點(diǎn)布置對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證型的比較多，而且實(shí)踐課上基本上是學(xué)生自己編程，老師提供答疑的方式，拓展性和創(chuàng)新性缺乏。

新工科更加強(qiáng)調(diào)主動(dòng)塑造世界，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。數(shù)字圖像處理技術(shù)是專業(yè)核心課程，與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)、人工智能等課程有著密切的聯(lián)系，所以《數(shù)字圖像處理技術(shù)》的實(shí)踐教學(xué)目的就是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的理解和掌握，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和拓展的能力。具體的改革對(duì)策可以從以下結(jié)構(gòu)方面實(shí)施。

通過梳理課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合新工科工程教育的要求，將實(shí)踐內(nèi)容分為基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)踐、設(shè)計(jì)型實(shí)踐、項(xiàng)目創(chuàng)新型實(shí)踐和實(shí)習(xí)型實(shí)踐四個(gè)階梯式內(nèi)容，各部分實(shí)踐內(nèi)容相輔相成。如圖1所示：

（a）基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)踐內(nèi)容以驗(yàn)證課程中的原理和方法為目的。通過實(shí)踐，使學(xué)生扎實(shí)地掌握專業(yè)課程的基本原理，要求學(xué)生能熟練掌握實(shí)踐內(nèi)容。（b）設(shè)計(jì)型實(shí)踐內(nèi)容是對(duì)基礎(chǔ)性實(shí)踐內(nèi)容的拓展，通過設(shè)計(jì)型實(shí)踐使學(xué)生能夠?qū)⒍鄠€(gè)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。通過實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生能夠解決工程中的常見問題，并具有獨(dú)立實(shí)踐的能力。（c）項(xiàng)目創(chuàng)新型實(shí)踐是指學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好選擇與課程相關(guān)的項(xiàng)目，教師對(duì)實(shí)踐內(nèi)容和過程進(jìn)行方向性指導(dǎo)，學(xué)生可以團(tuán)隊(duì)形式完成項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部分工協(xié)助。項(xiàng)目創(chuàng)新型實(shí)踐為拔高性實(shí)踐內(nèi)容，向?qū)W有余力的學(xué)生開放，這部分實(shí)踐內(nèi)容對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐動(dòng)手能力會(huì)有更高的要求，實(shí)踐所需時(shí)間也相應(yīng)更長，可以代替課程的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。（d）實(shí)習(xí)型實(shí)踐與課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以進(jìn)入相關(guān)企業(yè)進(jìn)行專業(yè)崗位實(shí)訓(xùn)或結(jié)合企業(yè)需求完成相應(yīng)工作，由企業(yè)導(dǎo)師和校內(nèi)老師共同指導(dǎo)。通過這一環(huán)節(jié)的實(shí)踐，學(xué)生能夠了解企業(yè)的工作和需求，解決學(xué)與用脫節(jié)的問題。在團(tuán)隊(duì)形式完成項(xiàng)目的過程當(dāng)中，學(xué)生能夠了解到其他人對(duì)于項(xiàng)目實(shí)踐方式的看法和操作目標(biāo)。取其精華、去其糟粕，汲取其中優(yōu)秀的實(shí)踐知識(shí)并且應(yīng)用到項(xiàng)目制作過程當(dāng)中，可以讓自己的實(shí)踐能力得到極大的提升。同時(shí)，學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行合作可以提高學(xué)生的協(xié)作溝通能力，也能拉近學(xué)生間的距離，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力，在今后處理項(xiàng)目處理問題的過程當(dāng)中會(huì)更加得心應(yīng)手，為今后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

高校教師一般比較擅長理論基礎(chǔ)研究，在教學(xué)過程中也會(huì)結(jié)合自身的科研，但是教師的科研與所教授的課程內(nèi)容不一定會(huì)有很好的關(guān)聯(lián)。通順高校科研壓力大，教師有時(shí)候很難有大量的時(shí)間去設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的實(shí)踐內(nèi)容。所以本文提出雙師指導(dǎo)制，充分利用學(xué)校所在區(qū)域的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)專家作為實(shí)踐指導(dǎo)教師，并定期進(jìn)行企業(yè)導(dǎo)師和高校導(dǎo)師的交流培訓(xùn)。同時(shí)可以聘請(qǐng)本專業(yè)的畢業(yè)生回校指導(dǎo)。此外學(xué)校還需要適時(shí)的對(duì)教師進(jìn)行實(shí)踐測(cè)評(píng)，通過教師對(duì)于本課程的實(shí)踐結(jié)果給出評(píng)級(jí)，不合格的教師需要再對(duì)課程的實(shí)踐進(jìn)行深入鉆研，并且學(xué)校需要實(shí)時(shí)跟進(jìn)教師的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確保教師可以將豐富的實(shí)踐知識(shí)帶給學(xué)生們。學(xué)生們也可以在教務(wù)網(wǎng)站上給自己的教師打分，打分采用匿名的形式，可以準(zhǔn)確的反映出教師在教學(xué)實(shí)踐過程當(dāng)中存在的問題或者不足，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式方法，而評(píng)價(jià)較高的教師可以得到一定的獎(jiǎng)勵(lì)，既可以是物質(zhì)上的也可以是精神上的，對(duì)教師的實(shí)踐教學(xué)給出肯定和鼓勵(lì)，以便幫助學(xué)生更好的理解《數(shù)字圖像處理技術(shù)》這門課程。

良好的評(píng)價(jià)機(jī)制是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。本文提出多元化的實(shí)踐考核形式，可以根據(jù)實(shí)踐項(xiàng)目的完成度和小組報(bào)告以及平日實(shí)踐表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)定。對(duì)實(shí)踐能力的評(píng)價(jià)可結(jié)合創(chuàng)新作品、實(shí)踐階梯式內(nèi)容的完成度等。例如，現(xiàn)在每年都有大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽、運(yùn)用專業(yè)知識(shí)進(jìn)行課外社會(huì)實(shí)踐等相關(guān)活動(dòng)，可結(jié)合課程引導(dǎo)學(xué)生參與這些活動(dòng)，教師可以將這些活動(dòng)作品質(zhì)量以及獲獎(jiǎng)情況作為實(shí)踐考核，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用。

信息化時(shí)代已經(jīng)來臨，在《圖像處理技術(shù)》的教學(xué)過程當(dāng)中可以運(yùn)用新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)。當(dāng)下的互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)種類繁多，那么針對(duì)圖像處理的教學(xué)同樣也可以利用這類網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行。教師可以在講授相關(guān)課程之前，將網(wǎng)課資源發(fā)給學(xué)生們，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間會(huì)變得自由，讓學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間安排合理的對(duì)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，包括對(duì)Matlab、Photoshop等圖像處理軟件的處理模式以及實(shí)際操作有一定的了解。同時(shí)還可以學(xué)習(xí)到數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理等知識(shí)，知曉更多的圖像處理函數(shù)。從而可以使學(xué)生在線下課堂上不必全程集中精神跟著教師的思路走，可以只選擇自己還有所欠缺的、在網(wǎng)課上沒有聽懂的部分著重進(jìn)行研究。這也為教師省去了備課的壓力，在課堂上教師只需根據(jù)教學(xué)大綱將相關(guān)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行深入細(xì)致的講解即可，其他部分可以由學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上自學(xué)了解。

除此之外，線下課堂也可以與網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)進(jìn)行有機(jī)的融合。比如期末測(cè)評(píng)考試，近期受到疫情的影響，需要學(xué)校的教學(xué)工作都轉(zhuǎn)到了線上進(jìn)行，那么平日的教學(xué)工作乃至期末考試同樣也可以搬到網(wǎng)絡(luò)上來進(jìn)行。舉個(gè)例子，對(duì)《圖像處理技術(shù)》基礎(chǔ)理論知識(shí)的測(cè)驗(yàn)，可以使用雨課堂、慕課Mooc、學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)對(duì)學(xué)生們進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。線上考試最需要注重的問題就是公平、誠信，現(xiàn)在的教學(xué)平臺(tái)可以很好的滿足上述要求——學(xué)生考試前簽署誠信聲明，表示題目是自己獨(dú)立完成的，在考試過程當(dāng)中，攝像頭隨時(shí)開啟，教師可以根據(jù)學(xué)生的動(dòng)態(tài)來判斷是否在作弊，還有的平臺(tái)可以禁止學(xué)生對(duì)考試題目進(jìn)行復(fù)制，以及切屏次數(shù)過多直接提交試卷等措施防止學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜題查題，可以大大減少作弊的幾率，提高線上考試的公平性。這樣的方式值得教師和學(xué)校的大力推崇。

俗話說“實(shí)踐出真知”，課程實(shí)踐教學(xué)是課程理論基礎(chǔ)的驗(yàn)證和延伸，是提升學(xué)生創(chuàng)造力和動(dòng)手能力的有效途徑。實(shí)踐也是學(xué)習(xí)《數(shù)字圖像處理技術(shù)》的一種非常重要的方式，這種實(shí)踐能力不是一天就能形成的，需要通過點(diǎn)滴的實(shí)踐積累來明白這門學(xué)科的精髓，從而發(fā)掘出全新的圖像處理技術(shù)。在新工科背景下，教師需要結(jié)合課程理論知識(shí)的特點(diǎn)，從學(xué)生的角度出發(fā)，不斷探索和改革實(shí)踐教學(xué)方式，充分利用當(dāng)今流行的科學(xué)技術(shù)手段促進(jìn)學(xué)生的對(duì)于數(shù)字圖像處理技術(shù)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生課程實(shí)踐的學(xué)習(xí)效率，為學(xué)生今后的順利發(fā)展作保障，為培養(yǎng)符合新工科建設(shè)要求的人才打下良好的基礎(chǔ)，為國家的現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)出一份力量。

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