研討式教學在“計算機視覺”課中的應用探索

摘要：研討式教學是培養研究生創新精神、科研能力的有效途徑。教師講解與學生探討兩部分相結合是研討式教學采用的主要模式。根據教授工科研究生課程“計算機視覺”的實踐與經驗，闡述了對于如何上好研討式教學教師講解這部分的個人實踐與思考，主要從課程準備、課前回顧、課程講解、課后小結等方面進行了探討與總結。

關鍵詞：計算機視覺；研討式教學；小組探討；課前回顧

作者簡介：陳芳林（1983-），男，湖南株洲人，國防科學技術大學機電工程與自動化學院，講師；周宗潭（1969-），男，河南洛陽人，國防科學技術大學機電工程與自動化學院，教授。（湖南 長沙 410073）

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0065-02

進入21世紀，創新型人才的培養成為各國政府和高等教育界關注的一個焦點。世界各國研究型大學的共同特點是在研究生教育階段致力于培養富有創新意識和創新能力的高級人才。[1]研討式教學是培養研究生創新精神、科研能力的有效途徑，教師講解與學生探討兩部分相結合是研討式教學采用的主要模式。[2]將課程分成兩部分之后，教師講解的時間就必須壓縮，教師一方面需要思考如何在較短的時間內完成課程的講解，同時還需要考慮課程講解要與學生探討部分緊密結合。因此，如何上好研討式教學教師講解這部分課，越來越受高等院校的重視。本文針對筆者教授工科研究生課程“計算機視覺”的實踐與經驗，闡述了筆者對于如何上好研討式教學教師講解這部分課的個人體會。總結為兩點：第一，首先要充分做好課程準備；第二，上課環節采取回顧—案例—小結的講解方式。下面從課程準備、課前回顧、課程講解、課后小結四個方面分別闡述（如圖1所示）。

一、“計算機視覺”課程準備

要上好一門研討式教學的課程，一定要結合該門課程的特點，量身定制課程內容，進行精心準備。本節先介紹“計算機視覺”課程的特點，然后結合該門課程的特點，介紹筆者對于“計算機視覺”的課程準備。

1.“計算機視覺”課程特點

“計算機視覺”是“數字圖像處理”和“模式識別”等課程的后續課程。該課程重點在于圖像或者圖像序列的分析理解。課程知識在機器人導航、偵查、測繪、測量、精密加工和目標跟蹤等多個領域都有廣泛的應用。[3]近年來基于視覺信息的控制反饋也開始受到廣泛關注。國內高校一般都為研究生開設了此門課程。

計算機視覺技術應用廣泛、算法原理涉及面廣：涉及到概率與數理統計、信號與系統、圖像等基礎知識。“計算機視覺”是一門重要的控制類、電子類及計算機類專業研究生的選修課程，它內容廣泛、綜合性強，研討能力的培養顯得非常關鍵。

2.課程準備

首先，結合“計算機視覺”課程內容廣泛、技術日益更新和豐富的特點，將課程36學時分為12次課，每次課為3小時，每堂課教師講解一個專題。這種設計，一方面可以更廣地涉及計算機視覺的各個領域；另一方面以專題的形式來講解，可以將學生帶入到該專題，介紹基本背景、理論、知識和方法，讓學生有一個初步的了解，方便課后學生對感興趣的專題進一步深入挖掘與研究。

其次，在課程開始之前，教師仔細統籌，安排好每次課的專題，這樣既方便學生一開始對整個課程有一個整體的了解，也方便學生選擇課堂研討的題目與內容。根據12個專題，將各個專題講解的內容與課件在開課之前準備好，這樣有利于把握各個專題之間的前后承接關系。例如，“區域”與“分割”是既有區分又有聯系的兩個專題，在課程開始之前，將課件準備好，就有利于宏觀把握，在“區域”專題提到的分割算法，就不需要在“分割”專題再次重復，而在“分割”專題可以結合前面“區域”專題進行互相補充，以幫助學生融會貫通。

最后，在每個專題上課之前，再對課件進行精雕細琢，主要是對內容分好層次，對方法進行分類，力圖在較短的時間內，讓學生對該專題有較全面的認識。例如，在講解圖像分割時，由于圖像分割方法非常多，可以將分割方法分為若干個大類，每個大類只講1～2個方法。這樣既可以盡可能涉及更廣的領域，又可以提高講解的效率。

二、“計算機視覺”課前回顧

課前回顧是指每堂課的前面一小段時間用來回顧上一堂課的內容。雖然課前回顧時間非常短，一般為3～8分鐘，但是課前回顧是課堂教學中的一個重要環節。課前回顧可以幫助學生加強將要學習的內容與已學過內容之間的聯系。通過課前回顧，學生可以回憶前續課程所講解的概念、理論、算法的步驟等內容，有助于解決新問題或者理解新知識。

課前回顧最重要的是既要復習前續課程的內容，又要注意將前續內容與當前內容聯系起來。由于講解時間有限，要使研討式教學的教師講解部分效率高，教師幫助學生回憶上堂課的概念、模型、算法等內容，就變得非常重要。如果不做課前回顧，那么當講到某處新知識時，往往需要停下來，將前續課程再講一遍，否則學生無法理解新的知識，這樣就降低了教學的效率。

課前回顧的時間，一般以3～8分鐘為宜。課前回顧的形式可以多樣化，如講解課后作業、回顧概念、提問等。筆者認為應根據當天課程與前續課程的關系，采取合適的方式。各種方式結合使用，提高課前回顧的效率。

三、“計算機視覺”課程講解——案例教學

案例教學已經成功地應用于數學、計算機科學等領域的教學。通過案例，學生可以很快地掌握相應的概念、算法的步驟等，從而提高教師講解部分的效率。[4]例如，在講解馬爾科夫隨機場時，筆者通過案例式教學，將馬爾科夫隨機場用一個生活中的例子來向學生解釋。首先，將馬爾科夫隨機場分解成兩個重要的概念，分別是隨機場與馬爾科夫性，然后將它們對應到例子中，幫助學生理解。

隨機場包含兩個要素：位置（site）和相空間（phase space）。當給每一個“位置”中按照某種分布隨機賦予“相空間”的一個值之后，其全體就叫做隨機場（如圖2（a））。[5]這個概念非常抽象，難以理解。筆者應用案例式教學，拿莊稼地來打比方。“位置”好比是一畝畝農田，“相空間”好比是種的各種莊稼。給不同的地種上不同的莊稼，就好比給隨機場的每個“位置”，賦予“相空間”里不同的值。所以，可以形象地理解隨機場就是在哪塊地里種什么莊稼的布局（如圖2（b））。

馬爾科夫性指的是一個隨機變量序列按時間先后順序依次排開時，第N+1時刻的分布特性，與N時刻以前的隨機變量的取值無關。為了更直觀地理解馬爾科夫性，筆者仍然拿莊稼地打比方，如果任何一塊地里種的莊稼的種類僅僅與它鄰近的地里種的莊稼的種類有關，與其他地方的莊稼的種類無關，這種性質就是馬爾科夫性。

符合上述兩個特征，那么這些地里種的莊稼的集合，就是一個馬爾科夫隨機場。通過案例式教學，筆者發現可以加深加快學生對課程內容的理解，提高教師講解環節的效率。

四、課后小結

課后小結指的是一堂課將要結束時，教師對本堂課進行一個簡短的總結。許多成功的教師都會在其教學中堅持課后小結這個環節，給學生一個總體的印象，以幫助學生消化本次課程的內容。

研討式教學教師講解部分的課后小結與普通教學方式應有所區別。筆者認為這主要是因為通過課后小結可以將本次課程所講內容與學生的研討環節結合起來，而不僅僅是對內容進行簡單的總結。

為了達到課后小結使本次課程內容與學生探討環節建立聯系的目的，筆者在教學中常采用如下方式：首先，像普通教學方式一樣，總結本次課程內容；然后，在此基礎上，拋出若干問題，這些問題，不需要學生馬上解答，而是留給學生課后思考，提供他們選擇研討主題的素材；最后，介紹其他在本次課程中沒有涉及到的前沿知識、方法與理論，拓寬學生的視野，從而增加學生選擇探討主題的覆蓋面。

通過應用這種方式，筆者發現學生的思維更開闊，在探討環節，學生往往可以選擇一些比較新穎的主題（例如視頻中不動點的檢測等），而不僅僅局限于教師所講內容，從而提高了研討式教學的效果。

五、結論

在“計算機視覺”課程中引入研討式教學，通過總體設計規劃好整門課程內容，課堂講解注意采用回顧—案例—小結的方式，筆者對如何上好研討式教學教師講解這部分課進行了個人經驗的總結。通過本次教學改革，筆者體會到如果要提高教學效果，一定要注意教師講解與學生探討兩個環節的緊密結合。

參考文獻：

[1]侯婉瑩.我國研究型大學本科生科研研究[D].濟南：山東大學，

2009.

[2]張晴，李騰，韋艷，等.研討式教學模式的理論研究[J].中國科技縱橫，2011，（10）.

[3]D.H .巴拉德.計算機視覺[M].北京：科學出版社，1987.

[4]梁偉，王建華，胡建旺.研討式教學法在信息融合技術課程教學中的應用[J].中國電力教育，2011，（27）.

[5]陳芳林，劉亞東，沈輝.在《計算機視覺》課程中引入研討式教學模式[J].當代教育理論與實踐，2013，（5）.

（責任編輯：王意琴）