專題項(xiàng)目驅(qū)動數(shù)字圖像處理課程創(chuàng)新教學(xué)模式

桂彥 周書仁

摘?要：數(shù)字圖像處理課程以專題化教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目為驅(qū)動，在創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境下，教師應(yīng)從知識傳授者變成學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者，而學(xué)生能夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而真正提高大學(xué)課堂教學(xué)的效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理;專題化項(xiàng)目;研討教學(xué);創(chuàng)新教學(xué)模式

圖像是信息傳遞的重要媒介，數(shù)字圖像處理是一門涉及多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)在航天和航空、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)和工程、通信工程、公安軍事、文化藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，甚至人們的生活也與其緊密相關(guān)。數(shù)字圖像處理通常作為一門本科專業(yè)選修課程，學(xué)時較少，而本課程又具有內(nèi)容涉及面廣、理論知識難度大、內(nèi)容更新快的特點(diǎn)[1]。實(shí)際教學(xué)中教師和學(xué)生都不能將這一門課程處理好，具體表現(xiàn)在：（1）對于教師而言，大篇幅大章節(jié)概念往往耗去大量的教學(xué)時間，不知不覺中填鴨式地向?qū)W生灌輸了大量生澀的概念。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式打消了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)。（2）對于學(xué)生而言，學(xué)生通常是被動的參與者，學(xué)習(xí)完全依賴課堂，放棄了利用課外時間進(jìn)行深入學(xué)習(xí)?，F(xiàn)代教學(xué)模式應(yīng)該以學(xué)生為主體，在教學(xué)中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，因此，對《數(shù)字圖像處理》課程進(jìn)行教學(xué)改革成為擺在我們面前的一個迫切需要解決的課題。

一、課程教學(xué)改革

（一）合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，凝練核心專題

在當(dāng)前的教學(xué)中，國內(nèi)多所高校選用由阮秋琦譯R.C.Gonzalez編著的《數(shù)字圖像處理》作為主講教材，但該書具有課程內(nèi)容涉及面廣、理論性強(qiáng)和課程內(nèi)容更新快的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的按照內(nèi)容先后順序分配各階段的教學(xué)內(nèi)容弊端很多，已嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。例如在本學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)大綱中，《數(shù)字圖像處理》的課堂時數(shù)是32學(xué)時（理論教學(xué)僅占24學(xué)時），在有限的課時內(nèi)，詳細(xì)講授這本教材全部的內(nèi)容是不現(xiàn)實(shí)的。因此，結(jié)合本院計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn)以及本專業(yè)學(xué)生已修的相關(guān)課程，教學(xué)內(nèi)容選取上貫徹“少而精”的原則。通過對教學(xué)內(nèi)容的精心遴選，對課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)取舍，并注意教材內(nèi)容的深度和廣度，把突出的重點(diǎn)內(nèi)容和知識凝練為多個教學(xué)專題（如下表所示），從而使我們講授的內(nèi)容力求覆蓋學(xué)生所必須掌握的全部基礎(chǔ)知識。專題化教學(xué)內(nèi)容能夠體現(xiàn)專題教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，通過突出教學(xué)重點(diǎn)、有針對地系統(tǒng)講述，加深對教學(xué)內(nèi)容理解和掌握。以專題取代教材或章節(jié)，通過結(jié)合具體實(shí)例推動和展開教學(xué)內(nèi)容，并逐一掌握每個專題內(nèi)容，從而達(dá)成教學(xué)任務(wù)的完成。

（二）結(jié)合理論與實(shí)踐，專題化項(xiàng)目驅(qū)動創(chuàng)新課堂教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式更加注重理論教學(xué)，內(nèi)容繁多且冗長，在忽視理論與實(shí)際相結(jié)合中造成學(xué)生很難理解教學(xué)內(nèi)容。而且，傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)歷來是非常注重圖像基礎(chǔ)理論知識的傳授，卻淡化了圖像基礎(chǔ)知識與實(shí)際應(yīng)用間的聯(lián)系，由于和實(shí)踐脫節(jié)，致使學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力得不到很好的提高。這種現(xiàn)狀和目前所提倡的自主學(xué)習(xí)和研究型學(xué)習(xí)，有相當(dāng)?shù)木嚯x。因此，根據(jù)專題化的教學(xué)內(nèi)容，以及各類專題間的相關(guān)性，再結(jié)合自己的科研課題以及國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和重要成果，進(jìn)而設(shè)立一個個相對獨(dú)立的專題項(xiàng)目驅(qū)動課堂教學(xué)，以加強(qiáng)數(shù)字圖像處理課程的針對性和實(shí)效性。以實(shí)施“專題項(xiàng)目”的方式引入相關(guān)概念和主題，可采用“專題研討”的形式展開教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生一改過去聽課不敢提問和質(zhì)疑的狀況，研討碰撞出的思想火花激發(fā)了極大的學(xué)習(xí)熱情。在這種氛圍中，師生通過互動頻繁，不僅活躍了課堂氣氛，而且促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)意識的培養(yǎng)，從而提高了教學(xué)效果。

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)的過程[2-3]是從項(xiàng)目計(jì)劃的制訂、項(xiàng)目的實(shí)施到項(xiàng)目的驗(yàn)收與評估都是以學(xué)生作為主體，但是教師必須在整個過程中起到指導(dǎo)作用。以項(xiàng)目驅(qū)動課堂教學(xué)能更大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過具體了解知識點(diǎn)的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析問題、解決問題的能力和提高學(xué)生動手實(shí)踐能力、解決實(shí)際問題的綜合能力。另外，針對本院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)，在項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)過程中還應(yīng)進(jìn)行分組研討，讓學(xué)生們能夠真正地參與到課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過利用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段，設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的教學(xué)環(huán)境，能夠更好地建立學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

（三）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，注重學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教學(xué)的重要組成部分，然而較少的實(shí)驗(yàn)學(xué)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高學(xué)生動手能力的目的，如本院所開數(shù)字圖像處理課程的實(shí)驗(yàn)課時僅有8學(xué)時。為此，本著提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的，充分考慮到學(xué)生的特殊性和差異性，我們引入了層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[4-5]，將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)層、綜合層、開放層和提高層這4個層次，并將三級能力培養(yǎng)貫穿其中，從而逐步培養(yǎng)學(xué)生的基本理論技能、綜合設(shè)計(jì)能力乃至創(chuàng)新實(shí)踐能力。該層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系滿足了不同的學(xué)生需求，使學(xué)生可以選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有很大的自主性。另外，我們還布置了多個選做的開放性實(shí)驗(yàn)題目，開放性的實(shí)驗(yàn)題目可以從科研項(xiàng)目中適當(dāng)?shù)剡x擇，能夠讓學(xué)生了解該方向的前沿技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，也能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感。

為進(jìn)一步突出課程的實(shí)用性，我們強(qiáng)調(diào)具體應(yīng)用和如何編程實(shí)現(xiàn)，要求學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理基本操作技能和簡單的典型算法編程，做到理論和實(shí)際完美結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)編程軟件的選擇上，推薦學(xué)生使用Matlab軟件，Matlab本身自帶一個圖像處理專用的工具箱函數(shù)庫，使得編程變得更加簡單，這使得他們可以理解和消化數(shù)字圖像處理基本算法的原理，牢固掌握所學(xué)知識點(diǎn)。另外，通過熟練掌握數(shù)字圖像處理方法，設(shè)計(jì)并開發(fā)數(shù)字圖像系統(tǒng)。因此需要學(xué)生基于VC++、Visual Studio等開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理算法，力求通過底層開發(fā)功能更強(qiáng)大的應(yīng)用程序。通過實(shí)際的應(yīng)用開發(fā)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不但學(xué)生動手實(shí)踐能力得到了鍛煉，對學(xué)生們的創(chuàng)新能力也有一定的提高。

（四）充分利用教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的分布式建設(shè)與共享

目前，各高校在不斷增強(qiáng)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的同時，也在大力推進(jìn)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)。以本校目前正在大力推進(jìn)與實(shí)施的優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程（含微課）資源建設(shè)與應(yīng)用實(shí)踐為契機(jī)，所在學(xué)院已經(jīng)建立了云計(jì)算與大數(shù)據(jù)中央省部共建實(shí)驗(yàn)室，基于云計(jì)算的“云博教學(xué)平臺—學(xué)寶系統(tǒng)”提供了資源發(fā)布、作業(yè)布置、虛擬桌面等模塊，從課堂內(nèi)外的管理、學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督、學(xué)習(xí)任務(wù)的發(fā)布和評價、機(jī)考訓(xùn)練等方面為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)提供了前臺和后臺支持。利用互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算環(huán)境，我們根據(jù)本課程內(nèi)容特點(diǎn)、教材的自我理解、學(xué)生興趣進(jìn)行統(tǒng)籌考慮后開發(fā)教學(xué)資源，這樣能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)體系，充分結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，有針對性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，從而提高課程建設(shè)質(zhì)量。

云博平臺網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的開發(fā)對教師的課程開發(fā)意識和能力提出了更高要求，通過激發(fā)教師主體意識，為課程注入鮮明的個性特征。同時，學(xué)生也可參與到云博平臺課程教學(xué)的制作中來，在教師的個性化指導(dǎo)下，讓學(xué)生積極主動參與學(xué)習(xí)過程，并根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行知識意義建構(gòu)，動態(tài)生成具有研究價值和指導(dǎo)性的教學(xué)資源。師生相互促進(jìn)、相互競爭，對課程的建設(shè)形成一個良性循環(huán)，從而更科學(xué)地管理和組織教學(xué)資源。云博教學(xué)平臺——學(xué)寶系統(tǒng)還能夠整合學(xué)院內(nèi)各種資源（硬件資源、軟件資源、教師資源等），使得資源建設(shè)做到“開放、共建、共享”，以構(gòu)建覆蓋全院師生的課程資源共享體系。

二、結(jié)語

數(shù)字圖像處理這門課程應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注課堂和實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng)新改革。這兩個方面是深入掌握數(shù)字圖像處理這門課程精髓的重要環(huán)節(jié)，兩者之間相輔相成，缺一不可。在教學(xué)改革過程中，教師積極引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和熟練運(yùn)用本專業(yè)知識應(yīng)用能力，鼓勵學(xué)生主動參與課堂教學(xué)，為學(xué)生將來工作和步入社會打好基礎(chǔ)，力爭真正培養(yǎng)出具有綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新世紀(jì)人才。

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基金項(xiàng)目：2019年湖南省學(xué)位與研究生教育改革研究項(xiàng)目，省級一般項(xiàng)目：移動互聯(lián)網(wǎng)時代下研究生Android課程教學(xué)改革研究（2019JGYB177）

作者簡介：桂彥（1985—?），女，漢族，湖南永州人，博士研究生，講師，研究方向：數(shù)字圖像處理;周書仁（1975—?），男，漢族，江西都昌人，博士研究生，副教授，研究方向：模式識別與圖像處理。