“數(shù)字圖像處理”課程思政教學實踐

劉紅毅 張軍 張崢嶸

[摘 要] 圍繞“立德樹人”的根本任務，高校教師在傳授專業(yè)知識的同時，要深入挖掘?qū)I(yè)課程思政元素，實現(xiàn)價值引領與知識傳授的有機結(jié)合。以“數(shù)字圖像處理”課程中的“圖像變換”單元為例，通過對教學內(nèi)容的深入剖析，凝練出專業(yè)知識背后所蘊含的哲學思想和科學態(tài)度;兼顧課程內(nèi)容的體系性和時代性，精心設計教學案例，通過形象生動的生活故事、科學名人逸事，將育人的價值引領內(nèi)蘊到專業(yè)課程教學中，在專業(yè)人才培養(yǎng)中布局育人的價值內(nèi)涵，達到教書育人的目的。

[關(guān)鍵詞] 課程思政;數(shù)字圖像處理;圖像變換

[基金項目] 2018年度首批教育部高?！半p帶頭人”教師黨支部書記工作室建設項目“南京理工大學數(shù)學系與數(shù)學實驗中心聯(lián)合黨支部”;2021年度南京理工大學本科教學改革與建設工程 “數(shù)據(jù)科學中的數(shù)學理論與方法”跨學科交叉融合課程建設項目;2020年度中國高等教育學會理科教育專業(yè)委員會高等理科教育研究課題資助“‘雙一流’建設和‘強基計劃’下數(shù)學建模對跨學科人才培養(yǎng)的促進作用”（20ZSLKJYYB26）

[作者簡介] 劉紅毅（1974—），女，江蘇南京人，博士，南京理工大學理學院副教授，主要從事圖像處理與分析研究;張 軍（1977—），男，江蘇南京人，博士，南京理工大學理學院教授，主要從事圖像建模與分析研究;張崢嶸（1977—），女，博士，江蘇南京人，南京理工大學理學院講師，主要從事數(shù)值計算研究。

[中圖分類號] G642.3;TP391.41-4? ?;[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）50-0129-04? ?[收稿日期] 2021-07-03

一、引言

黨的十八大以來，黨中央高度重視高校思想政治教育工作，全面構(gòu)建高校思想政治（以下簡稱思政）工作體系，緊緊抓住高校立德樹人、鑄魂育人根本任務，提出一系列新理念、新思想、新戰(zhàn)略、新舉措。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確指出，要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強、提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應?！罢n程思政”從提出到寫進教育部文件，它逐步成為高校落實立德樹人的重要舉措、推進“三全育人”工作的主要抓手。推進課程思政建設，是教師義不容辭的責任。課程思政教學責任重大，使命光榮，內(nèi)容豐富，承擔著為中國特色社會主義事業(yè)培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的建設者和接班人的光榮使命[1，2]。但是理工科專業(yè)課程的知識性強、邏輯推理深，與思政似乎“相距甚遠”。如何在教學中讓思政元素“潛移默化、潤物無聲”地融入學生的學習過程，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

理工科課程具有專業(yè)性、實踐性、創(chuàng)新性、科學性等特點，目前大多存在注重理論技術(shù)而缺乏科學精神、倫理道德的培養(yǎng)[3]。這要求教師具有世界眼光和全球視野，在具備深厚的專業(yè)知識之余，能夠挖掘其中的科學元素、思政元素、人文元素，使思想教育“融”入知識傳授中，增強思政課教育教學的精細化、針對性、思政性、時代感和前沿性，拓展學生的國際視野，提升其創(chuàng)新活力，培養(yǎng)其科學思維，根植其愛國情懷。

“數(shù)字圖像處理”的授課對象是大四學生，對于即將面臨畢業(yè)這一人生重大轉(zhuǎn)折點的學生來說，世界觀、人生價值觀的引導相比單純學科知識的講授更為重要與急迫。青年的價值取向決定了未來整個社會的價值取向，人生的扣子從一開始就要扣好[4]。通過思政課堂，向?qū)W生傳遞社會主義核心價值觀，在學生心中根植愛國主義、社會主義核心價值觀等信念，可幫助他們樹立科學的世界觀，培育積極、正確的人生價值觀，從而使得專業(yè)課程與思想政治理論課程同向同行，形成育人合力，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局。

本文以南京理工大學數(shù)學系、統(tǒng)計與金融學系等專業(yè)本科生必修課“數(shù)字圖像處理”的課程思政建設為例，探討了“數(shù)字圖像處理”課程“圖像變換”單元教學中如何實現(xiàn)專業(yè)課教學向理想信念教育、學術(shù)能力培養(yǎng)、社會責任培育等多向度的延伸，回應了高等教育“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”這一根本問題。

二、“數(shù)字圖像處理”的思想政治建設優(yōu)勢

“數(shù)字圖像處理”是一門多學科交叉課程，涉及數(shù)學、計算機技術(shù)、人工智能等多個學科，在教育、遙感、軍事、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域都有廣泛應用[5，6]。課程同時是一門發(fā)展中的學科，理論豐富，應用實踐性強。課程講授中，除了向?qū)W生講授經(jīng)典的圖像處理內(nèi)容外，更需要教師緊跟學科發(fā)展前沿，及時更新教學內(nèi)容，兼顧基礎性與前沿性。

思想政治教育元素貫穿整個教學環(huán)節(jié)。從數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史，引導學生了解我國科學家所做的貢獻和最新研究成果，增強學生的民族自信、文化自信;在課程內(nèi)容的數(shù)學理論知識介紹中，強調(diào)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、嚴密的邏輯思維能力。同時，考慮到數(shù)學、統(tǒng)計學等理科專業(yè)大四學生的特點：數(shù)學理論基礎較好，理論分析能力較強，但缺乏實踐創(chuàng)新能力。特別是要增加面向應用的實踐案例，強調(diào)溯源窮流，探究問題的本源，進一步訓練學生的科學思維，鑄造學生解決復雜應用問題的工匠精神，并通過小組協(xié)作，培養(yǎng)學生的職業(yè)態(tài)度、職業(yè)意識、團隊合作的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為他們即將步入社會做好知識、精神上的儲備。

三、課程思政教學實踐

圖像變換這節(jié)的主要內(nèi)容是講述傅里葉變換、小波變換等基本變換。授課中通過七巧板、盲人摸象等形象生動的實例，引入變換的思想，啟發(fā)學生對變換的理解，引導學生思考變換所蘊含的哲學思想。

（一）教學內(nèi)容1：變換的思想

首先，以七巧板為例，七塊不同形狀的基本單元，通過不同形式組合，可構(gòu)造多種多樣的物體，從而說明變換的目的是帶來新事物、新思想。新事物寓意了創(chuàng)新，暗示了拓展思路。徐悲鴻說過：“道在日新，藝亦須日新，新者生機也;不新則死?！敝袊圃斓暮诵氖莿?chuàng)新，科技興國的關(guān)鍵是科技創(chuàng)新。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，不僅關(guān)系到教學質(zhì)量，更關(guān)系到新世紀年輕人才的素質(zhì)，關(guān)系到我們的“強國夢”。

然后，以盲人摸象為例。千百年來，盲人摸象因以點帶面、以偏概全而落下笑柄，但我們要用辯證唯物主義的思想來看待這個問題。從正面來講，這是哲學中認識論的問題，人們對世界的認識是帶有片面性和局限性的，看問題時如果單憑自己的主觀臆測便做出判斷，則不能了解事物的整體面貌，從而導致認識缺失，對世界的認識出現(xiàn)偏差。反面來說，寓言故事中的盲人所摸到的都只是大象的一部分，可是他們卻將自己摸到的部分當作大象的整體，根本沒有弄清部分和整體之間的關(guān)系，這便出現(xiàn)只見樹木不見森林、以點代面、以偏概全的局面。人對世界的認識總是片面的、有限的，就像“橫看成嶺側(cè)成峰，遠近高低各不同”，即使我們跳出廬山之外，也很難看見廬山的全貌，而只能“俯瞰”“仰止”等，因此，人對世界的認識很大程度上就是“盲人摸象”。從哲學意義上考慮，大象就好像真理，盲人摸象的過程就像人類探索真理的實踐活動，摸象的盲人雖沒有觸摸到大象的全部，但也體現(xiàn)了從不同的角度分析問題的辯證思想。變換則是從不同的視角分析信號。雖然在某種變換下我們只能觸摸到真理的部分，但通過不同角度的綜合分析，一定能從全局上對事物有整體的認識和把握。因此，就變換而言，沒有最好，只有最合適的。這如同在社會主義建設中黨和人民歷經(jīng)千辛萬苦，付出巨大代價，探索出新時代中國特色社會主義理論體系。這是黨和人民實現(xiàn)中華民族偉大復興的正確理論，這對我們新中國來說是最好、最合適的。

（二）教學內(nèi)容2：時頻窗的測不準原理

在分析信號時，我們希望得到具有較高時間分辨率的信號，也希望信號的頻率分辨率盡可能高。但測不準原理告訴我們，同時具有最好的時間和頻率分辨率是達不到的，需要在兩者之間有所取舍。這如同魚與熊掌不可兼得。孟子曰：“魚，我所欲也，熊掌，亦我所欲也;二者不可得兼，舍魚而取熊掌者也。生亦我所欲也，義亦我所欲也;二者不可得兼，舍生而取義者也。生亦我所欲也，所欲有甚于生者，故不為茍得也?！睗h朝的蘇武被扣于匈奴，他不受名利引誘，不屈嚴刑威脅，大義凜然，寧死不屈;革命英雄董存瑞，舍身炸碉堡。他們都在舍生而取義。

在今天的和平環(huán)境中，我們雖不致犧牲生命，但“舍生取義”并非離我們而去。“舍生”已不限于舍棄生命，也包括與生命同等重要的個人利益?！叭×x”業(yè)已不限于正義，而是包括正義在內(nèi)的一切公益。這種意義上的舍生取義，雖不像先前的義士、烈士那般氣壯山河，但卻是不可低估的一朵火花。排雷英雄杜富國，“你退后，讓我來”，六個字鐵骨錚錚，用生命奏響時代強音，以“生命擔當使命”的革命英雄氣概，在新時代偉大征程中吹響沖鋒號角。時代呼喚這種勇于奉獻、“舍小我而利公，行大道而忘我”的精神。只有這種精神在每個人心中牢牢地扎根，我們的國家才有希望，我們的民族才能崛起。

（三）教學內(nèi)容3：傅里葉變換

1807年，傅里葉在研究熱傳導方程時，得出一個結(jié)論：“任何連續(xù)周期信號都可以由一組適當?shù)恼仪€組合而成?！钡私Y(jié)論受到著名科學家拉格朗日的質(zhì)疑。1807年，他再次修改文章并提交，但還是遭到了拒絕。傅里葉堅持不放棄，秉著精益求精的科學態(tài)度，對論文進行不斷的修改，直到1822年，所著作的《熱的解析理論》才被科學家所認可、接受。這部經(jīng)典著作影響了整個19世紀分析嚴格化的進程，在數(shù)學史乃至科學史上被公認為是一部劃時代的經(jīng)典性著作。通過傅里葉的這個實例，引導學生在科研、工作生活中都要有堅持不懈的精神。2021“感動中國”人物、61歲的重慶市巫山縣竹賢鄉(xiāng)下莊村村委會主任毛相林，43年堅守偏遠山村，堅持苦干實干，帶領村民用最原始的方式在懸崖峭壁上鑿石修道，歷時7年鋪就了一條8千米的“絕壁天路”?！膀U驥一躍，不能十步;駑馬十駕，功在不舍;鍥而舍之，朽木不折，鍥而不舍，金石可鏤?！蔽覀兛赡軟]有騏驥的力量，但是一定要擁有駑馬鍥而不舍、堅持到底的精神。

（四）教學內(nèi)容4：小波變換的多尺度分析

小波變換是沿著傅里葉變換的道路發(fā)展起來的，目前被廣泛應用到信號處理、醫(yī)學、工業(yè)等各個領域。小波變換通過多尺度分析的思想，對復雜的觀察事物進行逐步分解，得到不同尺度、不同空間上的細節(jié)，從而得到對于物體更全面、細致的描述。同傅里葉變換類似，小波變換強調(diào)了分析問題的科學思想。但不同的是，小波變換更強調(diào)對細節(jié)的描述。細節(jié)決定成敗。細節(jié)看似普通，卻十分重要。每一顆普通的、細小的螺絲釘，對整臺機器、整個汽車、飛船等的正常運轉(zhuǎn)起到了至關(guān)重要的作用。因此，我們要向雷鋒同志學習，在自己的崗位上“做一顆永不生銹的螺絲釘”。

做好一顆螺絲釘，我們要追求細節(jié)，秉承認真、細致、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度對待工作，把小事做細、把細事做透，通過細節(jié)鑄就大國工匠。工匠精神是重細節(jié)、追求完美、一絲不茍、精益求精的精神。歷代精美的陶瓷、玉器，都是我國古代工匠們精心燒制、雕琢而成的，是他們對細節(jié)完美追求的體現(xiàn)。在現(xiàn)代機械工業(yè)，尤其是智能工業(yè)中，同樣對細節(jié)和精度有著十分嚴格的要求。工匠從細處見大，在細節(jié)上沒有終點。2015年，中央電視臺播出《大國工匠》紀錄片，講述了24位大國工匠的動人故事。大國工匠，匠心筑夢。彭祥華，能夠把裝填爆破藥量的呈送控制在遠遠小于規(guī)定的最小誤差之內(nèi);高鳳林，我國火箭發(fā)動機焊接第一人，能把焊接誤差控制在0.16毫米之內(nèi)，并且將焊接停留時間從0.1秒縮短到0.01秒;胡雙錢，中國大飛機項目的技師，僅憑他的雙手和傳統(tǒng)鐵鉆床，僅用1個小時，完成了36個大小為0.24毫米的高精度零部件;“大國工匠”徐立平，從1987年參加工作以來，就從事著極其危險的航天發(fā)動機固體動力燃料藥面微整形工作，被稱為“在炸藥堆里上班”。這些大國工匠令人感動的地方之一，他們在自己平凡的崗位中追求完美與極致，視技術(shù)為生命，他們一絲不茍、精益求精的崇高的敬業(yè)精神就是他們對精度的要求。我們要弘揚工匠精神。

做好“螺絲釘”，意味著增強大局意識。螺絲釘?shù)膬r值意義建立在整臺機器正常運轉(zhuǎn)的基礎上，脫離了這個前提，螺絲釘就難以實現(xiàn)自身價值。因此，我們要跳出個人局限，著眼大局，服從大局，為整體利益而努力奮斗，確保社會主義事業(yè)順利進行，為中華民族的偉大復興貢獻自己的一份力量，堅持把小事放到大業(yè)、小節(jié)放到大局之中加以把握?？哲娛着鸁o人機飛行員李浩，祖國哪里有需要，就義無反顧地“釘”到哪里去。2011年，47歲“高齡”的李浩主動請纓改裝，不顧荒漠戈壁的惡劣環(huán)境，毅然參加無人機部隊，重走“學飛”的長征路，自我革命，精益求精。改裝無人機以來，他先后主導突破了多項重大技術(shù)難題，發(fā)現(xiàn)解決無人機各類問題缺陷20余項。我們看到了“個人服從整體，對崗位不挑不揀，忠于職守”的螺絲釘精神。如果說響應國家號召、服從組織安排需要的更多是忠誠和勇氣的話，那么，真正做到干一行愛一行、專一行精一行，需要的卻是百倍的責任和毅力。為了盡快達到“人機合一”的境界，李浩不顧“高齡”，重走“學飛”的長征路，這場刀刃向內(nèi)的自我革命無疑是痛苦的，其中的艱辛難以言表。但也正是有了這種“放到哪里哪里亮”的“螺絲釘精神”，讓他克服了改裝路上的艱難險阻，實現(xiàn)一個又一個的不可能。教師要倡導學生向李浩學習，敬業(yè)精業(yè)，為國家建設做好“螺絲釘”。

四、結(jié)語

本文根據(jù)“知識傳授”與“價值引領”相結(jié)合的“課程思政”教育理念，探討了“數(shù)字圖像處理”課程中“圖像變換”單元的德育元素，通過實際案例、教學情境等將“德育元素”融入課程教學中。從學習效果來看，極大地引導了學生正確人生觀、社會主義核心價值觀的樹立，培養(yǎng)了學生的科學思維、創(chuàng)新思維能力，也增加了他們對課程學習的興趣和自信。綜上，僅僅“圖像變換”這一個教學單元，就可挖掘出從科學觀到世界觀的各種思想政治觀點。由此可見，在教學過程中，在理工科課程中，通過精心準備、充分挖掘，思想政治教育也可以做到與課程的無縫對接，從而達到立德樹人的目的。

參考文獻

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