“大思政”格局下綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

曹亞麗 李梅梅 管瑩 宋愛娟

［摘 要］將思政教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新理念。文章以綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，深入探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程的具體步驟。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程將教學(xué)目標(biāo)和德育目標(biāo)相結(jié)合，針對如何融入思政元素進(jìn)行探索和實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，還能激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，并加深他們的愛國情懷，從而達(dá)到立德樹人的目的。

［關(guān)鍵詞］綜合性實(shí)驗(yàn)；課程思政；教學(xué)改革；立德樹人

［中圖分類號］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）01-0100-04

教育是國之大計(jì)、黨之大計(jì)，培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人是教育的根本問題。2019年3月，習(xí)近平總書記指出，“思政課要引導(dǎo)學(xué)生立德成人、立志成才。只有打動(dòng)學(xué)生，才能引導(dǎo)學(xué)生。教師在課堂上展現(xiàn)的情懷最能打動(dòng)人，甚至?xí)绊憣W(xué)生的一生，真信才有真情，真情才能感染人”，“思政課教師，要給學(xué)生心靈埋下真善美的種子，引導(dǎo)學(xué)生扣好人生第一?？圩印盵1]。習(xí)近平總書記關(guān)于課程思政的指示精神，為我們勇當(dāng)一個(gè)好老師提供了標(biāo)準(zhǔn)。自此，課程思政已成為全國各高校教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容，并推出了一系列具有特色且切實(shí)可行的建設(shè)舉措。

覃波等人從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)安排等方面，針對如何融入思想政治元素進(jìn)行探索和實(shí)踐，證明了課程改革較好地落實(shí)了專業(yè)課程教學(xué)中的立德樹人根本任務(wù)[2]。劉紅梅等人圍繞辯證思想、愛國情懷、科學(xué)精神等方面挖掘課程中的思想政治教育元素，并以“工程熱力學(xué)”課程為例，進(jìn)行了課程思政教育方案設(shè)計(jì)[3]。蔡軍對整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行了改革，構(gòu)建了學(xué)生思政教育成果考核方法，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)課教學(xué)與思想政治理論課教學(xué)的緊密結(jié)合[4]。陸玲梳理了“數(shù)字圖像處理”課程所蘊(yùn)含的思政元素，將思想教育融入課堂教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了思想政治教育與知識體系教育的有機(jī)統(tǒng)一[5]。黃潔慧等人從修改教學(xué)大綱、革新傳統(tǒng)課堂授課形式、提高教師思想道德素養(yǎng)、建立科學(xué)的課程思政考核模式等方面著手改革，旨在引導(dǎo)大學(xué)生增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感與職業(yè)使命感[6]。

一、專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程融入思政教育的重要性

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，“必須堅(jiān)持守正創(chuàng)新”，“守正才能不迷失方向、不犯顛覆性錯(cuò)誤，創(chuàng)新才能把握時(shí)代、引領(lǐng)時(shí)代。我們要以科學(xué)的態(tài)度對待科學(xué)、以真理的精神追求真理，堅(jiān)持馬克思主義基本原理不動(dòng)搖，堅(jiān)持黨的全面領(lǐng)導(dǎo)不動(dòng)搖，堅(jiān)持中國特色社會(huì)主義不動(dòng)搖”[7]。習(xí)近平總書記的話再次強(qiáng)調(diào)了大學(xué)生思政建設(shè)工作是現(xiàn)階段教育教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié)。在高校教學(xué)工作中，高校應(yīng)深入挖掘潛在的思政內(nèi)容，確保所有課程與思想政治理論課保持一致，共同發(fā)揮育人作用。

高校教師中，專業(yè)教師占比高達(dá)80%，專業(yè)課程占據(jù)總課程的80%，而學(xué)生80%的學(xué)習(xí)時(shí)間也用于專業(yè)學(xué)習(xí)。多年的調(diào)查顯示，80%的大學(xué)生認(rèn)為專業(yè)課和專業(yè)教師對其世界觀、人生觀、價(jià)值觀影響最為深遠(yuǎn)。因此，專業(yè)課教師是思想政治工作的“主力軍”，專業(yè)課教學(xué)是做思想政治教育的“主戰(zhàn)場”[8]，專業(yè)課的課堂是進(jìn)行思政教育的“主渠道”。將思政教育融入教學(xué)中，能引導(dǎo)學(xué)生積極向黨組織靠攏，為國家和民族的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

二、課程思政實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

以數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)課程為例，該課程以教材為基礎(chǔ)，緊扣教學(xué)目標(biāo)，從圖像處理的總體設(shè)計(jì)角度出發(fā)， 引導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)課程中的理論知識和實(shí)踐技能。該課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，確保他們能夠根據(jù)教學(xué)要求完成圖像處理的設(shè)計(jì)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遵循由淺入深、循序漸進(jìn)的層次化原則，從基礎(chǔ)開始，逐步融合創(chuàng)新元素。根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度各不相同，真正實(shí)現(xiàn)因材施教，有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力。在達(dá)到知識目標(biāo)的同時(shí)，本課程將思政元素與知識點(diǎn)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)知識傳授與價(jià)值引領(lǐng)的雙重目標(biāo)，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體質(zhì)量。有關(guān)本課程的部分思政元素與案例結(jié)合情況如表1所示。

三、綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)情分析

北方秋冬季節(jié)霧霾嚴(yán)重，導(dǎo)致圖像采集設(shè)備受到介質(zhì)顆粒影響，視頻能見度大幅下降，圖像質(zhì)量退化，進(jìn)而增加了交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。為此，本文選擇了這一綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，旨在解決這一具體問題，該項(xiàng)目具有良好的實(shí)用性和工程性[9]。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括視頻圖像采集、存儲、處理、顯示等環(huán)節(jié)，涉及系統(tǒng)分析、軟件設(shè)計(jì)、硬件電路和模塊調(diào)試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（二）綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理論分析與設(shè)計(jì)

光從物體反射進(jìn)入人眼時(shí)，會(huì)受到空氣中懸浮顆粒的影響，產(chǎn)生散射、輻射和吸收現(xiàn)象，導(dǎo)致部分光線無法到達(dá)人眼或視頻捕捉設(shè)備，從而造成霧天圖像退化降質(zhì)。為解決這一問題，關(guān)鍵在于解決霧霾對光的散射。1963年，埃德溫·蘭德提出了基于色彩恒常性的Retinex 算法。該算法通過去除原始圖像的低頻分量，保留高頻部分，來增強(qiáng)圖像邊緣信息，使輪廓更清晰。但Retinex算法在亮度差異很大的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生光暈效果，這是該算法在高光區(qū)域增強(qiáng)的明顯缺陷。

為了解決Retinex算法產(chǎn)生的色彩偏移問題，一般采用帶色彩恢復(fù)因子的多尺度Retinex算法（MSRCR， Multi?Scale Retinex with Color Restoration）。MSRCR算法通過引入色彩恢復(fù)因子[Ci]，有效彌補(bǔ)了圖像局部對比度增強(qiáng)和噪聲重疊導(dǎo)致的圖色彩失真，算法原理如式（1）和式（2）所示。

[RMSRCRi（x， y）=Ci（x， y）RMSRi（x， y）]? ? ? ? ? ? ?（1）

[Ci（x， y）=f[Ii（x， y）]=f[Ii（x， y）j=1NIj（x， y）]]? ? （2）

其中，[Ci]表示第i個(gè)通道的色彩恢復(fù)系數(shù)，用于調(diào)節(jié)3個(gè)通道顏色的權(quán)重，函數(shù)[f（x）]是顏色空間的映射函數(shù)。該算法通過色彩恢復(fù)因子[Ci]，凸顯圖像中相對較暗的區(qū)域，提高圖片的對比度，使整體亮度更高，顏色更符合人的視覺感知，具有較好的顏色恒常性和較大的動(dòng)態(tài)范圍。

在系統(tǒng)分析階段，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力[10]，強(qiáng)調(diào)追根溯源。然而，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中通常只追求表面結(jié)果，機(jī)械地參考網(wǎng)絡(luò)資料，缺乏對理論知識和實(shí)驗(yàn)原理的深入理解。通過學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生樹立重視基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的理念，明白創(chuàng)新源于基礎(chǔ)，扎實(shí)的基礎(chǔ)知識是取得突破的關(guān)鍵，正所謂“九層之臺，起于累土”。在科學(xué)研究中，學(xué)生應(yīng)具備堅(jiān)韌不拔、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，頑強(qiáng)不屈、鍥而不舍的拼搏精神，以及獨(dú)立思考、自信自強(qiáng)的思辨精神。

（三）綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.工程建立

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以DM6437開發(fā)板為實(shí)驗(yàn)平臺。DM6437開發(fā)板上集成了眾多外設(shè)，處理器主頻率為600MHz，具有雙倍速率DDR2、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲器DRAM和雙路模擬視頻編解碼芯片等器件。實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。

啟動(dòng)CCS開發(fā)環(huán)境后，進(jìn)入View->Project Explorer菜單欄，在Project Explorer窗口的空白區(qū)域單擊右鍵，選擇New->CCS Project來建立新工程，并配置相應(yīng)的參數(shù)，具體操作如圖2所示。

2.工程內(nèi)容

工程建立后，需編寫初始化主程序、核心算法代碼子程序、部分硬件模塊初始化程序，以及系統(tǒng)鏈接庫和視頻輸入輸出子程序等文件。具體的工程庫文件如圖3所示。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在Debug窗口中，右鍵選擇Open Gel Files View，隨后在彈出的Gel Files 窗口中，右鍵Remove現(xiàn)有Gel文件，再右鍵重新裝載Gel文件Line?Trans.gel。接著，在菜單欄Scripts中選擇Line Trans，再選擇Change One Frame。在Function：Change One Frame窗口中，輸入1顯示視頻處理結(jié)果，輸入0則重新啟動(dòng)當(dāng)前活動(dòng)視頻。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果在顯示屏上呈現(xiàn)為兩部分，上面區(qū)域顯示原圖像，下面區(qū)域顯示去霧后的圖像，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，學(xué)生需通過建立工程、編寫程序、調(diào)試參數(shù)以及運(yùn)行結(jié)果等步驟，完成綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)試與仿真。在實(shí)驗(yàn)過程中，優(yōu)化顯示程序可得到不同的顯示效果；調(diào)整參數(shù)配置可改變實(shí)驗(yàn)運(yùn)行速度，而修改操作步驟則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識理論知識的價(jià)值，鍛煉他們動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識和持之以恒的精神。以真實(shí)案例為引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生全面思考問題[11]。綜合性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)不僅是理論認(rèn)知過程，更是實(shí)踐行為過程，實(shí)現(xiàn)課程思政與實(shí)踐相結(jié)合，這正是思政教育的意義所在。

（四）綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目反思與總結(jié)

在綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，選擇理論算法時(shí)，需充分考慮環(huán)境信息的不確定性和復(fù)雜性，選擇恰當(dāng)?shù)乃惴ú⑦M(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要。不恰當(dāng)?shù)乃惴赡軐?dǎo)致圖片增強(qiáng)效果與實(shí)際存在偏差，或模型過于復(fù)雜而無法獲得良好的圖像復(fù)原效果。對于硬件實(shí)驗(yàn)平臺的選擇，除考慮開發(fā)板的運(yùn)行速度、內(nèi)存和價(jià)格外，不宜過度追求高性能配置，而應(yīng)綜合考慮應(yīng)用場景、價(jià)格和實(shí)用性。從理論到實(shí)踐是一個(gè)既對立又統(tǒng)一的過程，也是工程實(shí)際中需要平衡的難題。因此，將辯證法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有助于學(xué)生抓住重點(diǎn)，解決主要矛盾。

四、結(jié)語

針對數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)課程特性，本文構(gòu)建了“大思政”育人體系，將思政教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。以綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，本文從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程等方面滲透思政教學(xué)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和綜合性。通過綜合性實(shí)驗(yàn)，傳授圖像處理教材外的知識，拓寬學(xué)生視野，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與育人的雙重目標(biāo)。這樣，專業(yè)技能與思政教育相互融合，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)課程的育人作用。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 習(xí)近平.思政課是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵課程[EB/OL].（2020-08-31）[2023-06-17].http：//cpc.people.com.cn/n1/2020/0831/c64094-3184336?

8.html.

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[7] 習(xí)近平.高舉中國特色社會(huì)主義偉大旗幟 為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家而團(tuán)結(jié)奮斗：在中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會(huì)上的報(bào)告[EB/OL].（2022-10-25）[2023-06-17].http：//www.qstheory.cn/yaowen/2022-10/25/c_1129079926.htm.

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[9］ 蔡利梅，徐劍韜，李劍，等.信息處理綜合實(shí)驗(yàn)情感化設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（9）：211-214.

[10］ 于力，陳忠道.“新工科”背景下課程思政的案例設(shè)計(jì)與實(shí)施：以“數(shù)字圖像處理”課程為例[J].工業(yè)和信息化教育，2021（3）：33-36.

[11］ 劉紅毅，張軍，張崢嶸.“數(shù)字圖像處理”課程思政教學(xué)實(shí)踐：以圖像變換單元為例[J].教育教學(xué)論壇，2021，12（50）：129-132.

［責(zé)任編輯：梁金鳳］