基于產(chǎn)教研融合的機(jī)器視覺(jué)類課程探索與實(shí)踐＊

彭 祺，屠禮芬

（湖北工程學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，湖北 孝感 432000）

0 引言

電子信息類專業(yè)目前已開(kāi)設(shè)的有關(guān)圖像處理的本科生課程有《光電圖像處理》[1]、《數(shù)字圖像處理》[2]和《數(shù)字圖像傳感器應(yīng)用》[3]，在上述課程教學(xué)中，遇到的問(wèn)題如下：（1）《光電圖像處理》和《數(shù)字圖像傳感器應(yīng)用》1/3 的部分偏重硬件，2/3 部分偏重理論算法，對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)偏重硬件的部分因缺少實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，講授起來(lái)較為空洞，學(xué)生難以直觀了解這兩門課的用途；而理論算法部分，本身數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)因基礎(chǔ)知識(shí)條件不足，學(xué)習(xí)起來(lái)較為困難。（2）《數(shù)字圖像處理》基本全部偏重于理論算法，對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)，同樣因數(shù)學(xué)、信號(hào)處理等基礎(chǔ)偏弱，學(xué)習(xí)起來(lái)較為吃力；即使對(duì)于少部分成績(jī)較好的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論能聽(tīng)懂，但是算法把握不足，缺少算法應(yīng)用環(huán)境，難以應(yīng)用到實(shí)踐中。由此可見(jiàn)，有關(guān)于圖像類課程的教學(xué)，均存在硬件平臺(tái)缺失，應(yīng)用實(shí)踐薄弱的問(wèn)題。

另一方面，反觀社會(huì)需求，當(dāng)前國(guó)家大力扶持人工智能相關(guān)產(chǎn)業(yè)[4-6]，如2020 年已在武漢各大醫(yī)院、火車站使用的防疫機(jī)器人，能代替不少人力物力。而圖像類課程在人工智能領(lǐng)域的第一大結(jié)合點(diǎn)即為機(jī)器視覺(jué)，機(jī)器視覺(jué)除應(yīng)用于機(jī)器人行業(yè)，還可應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、智能交通、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域，可以說(shuō)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但通過(guò)企業(yè)招聘調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對(duì)于該領(lǐng)域，企業(yè)只能去招聘碩士，甚至博士畢業(yè)生，對(duì)于許多維護(hù)性的工作、非研究性的軟件開(kāi)發(fā)工作，任用碩博士成本較高，因此迫切需求具備機(jī)器視覺(jué)相關(guān)知識(shí)的本科生。

綜合校內(nèi)教學(xué)和校外需求，兩者分別存在的問(wèn)題，也是兩者之間的矛盾[7-8]，所以迫切需要對(duì)該類課程進(jìn)行探索和實(shí)踐，將產(chǎn)業(yè)需求、教育教學(xué)以及教師的科研，三者有機(jī)結(jié)合，探索出一項(xiàng)新的教學(xué)模式，既能滿足學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力提升，使學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)不空洞，也能滿足社會(huì)企業(yè)用人需求。

1 基于產(chǎn)教研融合的方案

1.1 教學(xué)思路

本方案的順利實(shí)施，需要結(jié)合企業(yè)與學(xué)校的平臺(tái)，還需要教師為學(xué)生提供指導(dǎo)?；舅悸肥牵航處熢谧陨砜蒲械幕A(chǔ)上，與企業(yè)建立合作關(guān)系，綜合企業(yè)需求和本科生專業(yè)課程的特點(diǎn)。以此為指導(dǎo)，編制新的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方法，重點(diǎn)突出教學(xué)上的理論結(jié)合實(shí)際，并有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，為合作企業(yè)解決實(shí)際問(wèn)題，并在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，教師進(jìn)一步做指引，引導(dǎo)學(xué)生思考工程問(wèn)題中存在的科學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造意識(shí)。具體技術(shù)路線和實(shí)施步驟分為以下五步：

第一步，教師的準(zhǔn)備階段：需要教師結(jié)合自身科研基礎(chǔ)和本科生專業(yè)課程設(shè)置要求，與相關(guān)對(duì)口需求單位建立穩(wěn)定的人才培養(yǎng)預(yù)備方案。

第二步，教學(xué)方案設(shè)計(jì)：結(jié)合前期的人才培養(yǎng)預(yù)備方案，設(shè)計(jì)合適的教學(xué)方案，新的教學(xué)方案既要符合基礎(chǔ)的本科生培養(yǎng)方案，又要符合新的產(chǎn)教研教學(xué)模式要求。

第三步，課程考核方法調(diào)整：新的教學(xué)模式包括三個(gè)部分，即課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、企業(yè)動(dòng)手部分、參與科研部分，共同構(gòu)成學(xué)生這一類專業(yè)課程的綜合成績(jī)。所以需要對(duì)傳統(tǒng)考核方式進(jìn)行調(diào)整，協(xié)調(diào)這三部分的成績(jī)比例，給真正優(yōu)秀的學(xué)生綜合高分，達(dá)到公平公正的目的。

第四步，教學(xué)的具體實(shí)施：由于本類課程包括多門課，還有不同的班級(jí)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要先選擇部分班級(jí)作為試點(diǎn)，在取得較為滿意的教學(xué)效果反饋之后，需要講授該類課程的其他項(xiàng)目參與者共同完成全部相關(guān)班級(jí)的過(guò)渡。

第五步，學(xué)生管理模式更新：新的課程設(shè)置及考核方式的調(diào)整，促使傳統(tǒng)的學(xué)生管理方式需要做出對(duì)應(yīng)的模式更新，原來(lái)以班級(jí)、單門課程為單位來(lái)管理不合適，需要將所有選修此類課程的學(xué)生作為一個(gè)管理整體，內(nèi)部又分為不同的課題組來(lái)管理。

1.2 教學(xué)案例

普通本科生入門機(jī)器視覺(jué)類課程領(lǐng)域的難點(diǎn)在于學(xué)以致用，以48 學(xué)時(shí)的課程為例，本次教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)分為三個(gè)階段：

第一階段：16 個(gè)學(xué)時(shí)的快速課本教學(xué)，要把原本48 學(xué)時(shí)的教材進(jìn)行學(xué)時(shí)壓縮，故上課時(shí)要以基本概念講解為主，只需要學(xué)生了解基本課程架構(gòu)即可，可結(jié)合學(xué)生的先修相關(guān)課程進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)。

第二階段：16 學(xué)時(shí)的教師引導(dǎo)實(shí)際案例分析，教學(xué)安排如表1 所示，該部分是本產(chǎn)教研融合教學(xué)方案的核心部分，需要教師結(jié)合自身的科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生共同開(kāi)發(fā)實(shí)際應(yīng)用案例。通過(guò)該階段的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握如何靈活運(yùn)用教材的基本概念和網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有方法，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。一方面通過(guò)這種實(shí)踐教學(xué)，可以充分培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；另一方面，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握理論知識(shí)，更能激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，開(kāi)發(fā)其自學(xué)的意愿。

第三階段：16 學(xué)時(shí)學(xué)生自主完成實(shí)際項(xiàng)目。結(jié)合前期的課堂理論教學(xué)和案例分析，學(xué)生已經(jīng)掌握了如何結(jié)合理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，所以本階段的重心在于學(xué)生，屬于學(xué)生自主創(chuàng)新部分。教師根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前該課程的應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)置一些較為經(jīng)典的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，如表2 所示，該表中教師設(shè)置了四個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，并對(duì)項(xiàng)目的類別進(jìn)行了說(shuō)明，根據(jù)完成該任務(wù)的方案不同，又將一個(gè)項(xiàng)目分成了多個(gè)子項(xiàng)目，實(shí)際就是用不同的方案去解決同一個(gè)問(wèn)題的多種思路。學(xué)生首先根據(jù)自己的興趣選擇一個(gè)主項(xiàng)目，建立四個(gè)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)成員分工合作，用不同思路完成項(xiàng)目。教師要鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，學(xué)生可以采用教師提供的思路，也可以自主創(chuàng)新，給出新思路。這一部分是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要部分，該部分的完成情況，作為本門課程最終考核成績(jī)的一部分，推薦占比在30%左右。

表2 學(xué)生自主完成實(shí)際案例

2 新教學(xué)方案的成效及意義

2.1 在教學(xué)工作方面，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力、創(chuàng)新力

基于產(chǎn)教研融合的機(jī)器視覺(jué)類課程探索與實(shí)踐，以學(xué)校本科生教學(xué)為基礎(chǔ)平臺(tái)，以社會(huì)需求為背景，以科學(xué)研究為目的。在與需求方生產(chǎn)實(shí)踐和管理實(shí)踐中，學(xué)生會(huì)在老師的帶領(lǐng)、指導(dǎo)下，把學(xué)到的書(shū)本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐之中，從而加深對(duì)知識(shí)的理解，增強(qiáng)應(yīng)用知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。不僅如此，產(chǎn)教研結(jié)合還會(huì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造、創(chuàng)新的愿望和熱情，激勵(lì)他們?cè)趯?shí)踐中不斷探索，不斷創(chuàng)新，而這種創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)正是培養(yǎng)具有獨(dú)立研究能力的學(xué)生的基本素質(zhì)。

2.2 在提高教學(xué)質(zhì)量方面，有利于提高教師的業(yè)務(wù)水平

在本科院校，大部分教師具備博士學(xué)位，專業(yè)水平高，理論知識(shí)豐富，但缺點(diǎn)是知識(shí)應(yīng)用能力不強(qiáng)，實(shí)際操作水平不高，這也極大地影響了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。通過(guò)產(chǎn)教研融合的模式培養(yǎng)學(xué)生，不僅僅提高了學(xué)生的能力，還能為教師自身，特別是專業(yè)課教師參加實(shí)踐、提高實(shí)際工作的能力提供了條件和機(jī)會(huì)。把理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，把教學(xué)與科研相結(jié)合，這有利于提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)實(shí)踐表明，以上所探討的產(chǎn)教研融合專業(yè)知識(shí)的教學(xué)方法，能夠顯著提升學(xué)生對(duì)本門課程的興趣，課堂互動(dòng)更加頻繁、學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情顯著提高。培養(yǎng)出的學(xué)生有成熟的動(dòng)手能力和卓越的創(chuàng)新思維，畢業(yè)之后，無(wú)論是選擇就業(yè)還是繼續(xù)深造，都是過(guò)硬的籌碼。對(duì)于參與研究的教師，也能實(shí)時(shí)跟蹤當(dāng)前社會(huì)需求，不斷完善自己的知識(shí)儲(chǔ)備，提升自身教學(xué)和科研能力。