數(shù)字圖像處理課程的特色教學(xué)方式研究

王俊祥

【摘要】《數(shù)字圖像處理》是電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。該課程不僅要求較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)擁有廣泛的應(yīng)用背景。如何將理論和實(shí)踐兩大要素有機(jī)結(jié)合進(jìn)行講授是本文的研究重點(diǎn)。此外，在景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院這所特色院校中，如何以陶瓷為背景對(duì)數(shù)字圖像處理課程進(jìn)行重新詮釋是本文另一研究要點(diǎn)。本文將從加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)、重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)、靈活運(yùn)用多種教學(xué)手段、加強(qiáng)特色教學(xué)等方面進(jìn)行教學(xué)探索，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，進(jìn)而提高學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)的能力和自主創(chuàng)新的能力。

【中圖分類號(hào)】G521 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）04-0320-01

隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)字成像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和各種數(shù)字圖像處理器件等電子信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為一種廣泛應(yīng)用的主流技術(shù)。為了讓學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理的基本技術(shù)及其應(yīng)用背景有充分的了解，同時(shí)體現(xiàn)景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院的陶瓷特色，本文將對(duì)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)方式進(jìn)行研究，試圖擯棄以課堂、教師、教材為中心，學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)模式，探索出一種緊跟時(shí)代潮流的新的教學(xué)模式。

一、加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)

數(shù)字圖像處理課程綜合性很強(qiáng)，涉及數(shù)學(xué)、物理、控制理論、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，因此教學(xué)內(nèi)容有較多的原理、概念和公式，極易導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容的單方面?zhèn)魇冢纬伞敖處煗M堂灌，學(xué)生上課記筆記，考試考筆記，考完扔筆記”的教學(xué)怪圈。因此，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)以下四方面工作。一、心理建設(shè)。幫助學(xué)生樹(shù)立自信心，以及對(duì)高難度問(wèn)題一種迎難而上的激情。理論公式相對(duì)枯燥，如果不能在講授之前給學(xué)生一定的心理暗示，告誡學(xué)生只有帶著激情去理解這些理論才能在“痛苦”中尋求到學(xué)成的快樂(lè)，學(xué)生很容易會(huì)迷失在枯燥、繁瑣的理論公式中而失去信心；二、理論基礎(chǔ)的總結(jié)。數(shù)字圖像處理中的內(nèi)容，如圖像變換、圖像的增強(qiáng)等，都涉及到信號(hào)與系統(tǒng)、甚至是高等代數(shù)等基本理論。因此，如何在對(duì)數(shù)字圖像處理內(nèi)容進(jìn)行講解之前有針對(duì)性的幫助學(xué)生回顧以前的相關(guān)理論是十分關(guān)鍵的。在此過(guò)程中，要求老師把握好尺度，既要全面覆蓋相關(guān)理論，又要突出課程講述的重點(diǎn)是數(shù)字圖像處理技術(shù)。三、物理意義的分析。數(shù)字圖像處理技術(shù)是一門以應(yīng)用為主導(dǎo)的課程，所以老師應(yīng)該更深層次的挖掘公式背后蘊(yùn)藏的物理意義，而非推導(dǎo)過(guò)程，并輔以實(shí)例幫助學(xué)生理解公式的應(yīng)用范圍等。如此可以將繁瑣的公式具體化，并調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助學(xué)生脫離公式“苦海”。四、基本理論的框架搭建。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要包含：圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像編碼等內(nèi)容，如何將這些瑣碎技術(shù)的應(yīng)用背景進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)是老師應(yīng)該考慮的問(wèn)題。如果能夠做到通過(guò)一個(gè)實(shí)例將這些技術(shù)有效的聯(lián)系、貫穿起來(lái)，這可幫助學(xué)生更為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)相關(guān)理論之間的聯(lián)系，起到事半功倍的效果。

二、重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

脫離實(shí)踐的理論教學(xué)只能算是“紙上談兵”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是檢驗(yàn)理論知識(shí)、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能與實(shí)驗(yàn)技術(shù)的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、分析解決問(wèn)題能力的重要方法，因此，我們一定要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采取課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重的教學(xué)方法，以提高學(xué)生的研究性創(chuàng)新能力。

就課程本身的特點(diǎn)而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是指利用一些現(xiàn)有的工具（如Matlab）及其它高級(jí)語(yǔ)言（如c和c++）進(jìn)行編程并完成一定的圖像處理功能，其中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)可分兩部分進(jìn)行：（1）驗(yàn)證l生實(shí)驗(yàn)。根據(jù)圖像處理的理論教學(xué)內(nèi)容，如圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割等，設(shè)計(jì)相應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更好的認(rèn)識(shí)理論技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生利用相關(guān)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，老師可以設(shè)計(jì)一些具有較強(qiáng)應(yīng)用背景的設(shè)計(jì)l生實(shí)驗(yàn)，如車牌檢測(cè)、人臉識(shí)別等。此外，為體現(xiàn)陶瓷特色，可以設(shè)計(jì)出一些以陶瓷為背景的實(shí)驗(yàn)，如陶瓷的圖像檢測(cè)系統(tǒng)等，以幫助學(xué)生提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

三、改進(jìn)教學(xué)方法

一般而言，課堂教學(xué)方式主要以“老師教、學(xué)生聽(tīng)”的單向輸出為主，具體教學(xué)手段主要是傳統(tǒng)的黑板板書(shū)形式。為了更好的呈現(xiàn)圖像處理后的效果，近年來(lái)，多媒體教學(xué)已漸漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板板書(shū)方式，成為教師授課的首選。然而，長(zhǎng)時(shí)間單向的理論講解會(huì)使得原本枯燥的理論更加乏味，從而使學(xué)生陷入一種疲憊狀態(tài)。基于此，本文提出一種互動(dòng)式的教學(xué)方式，通過(guò)增加師生間的互動(dòng)以提高教學(xué)的趣味性。正常教學(xué)可以分兩大部分，第一部分：正常的“老師教、學(xué)生聽(tīng)”的單向教學(xué)，在此過(guò)程中主要是利用板書(shū)和多媒體等方式簡(jiǎn)要介紹一些基本的圖像處理技術(shù)和相關(guān)原理。在學(xué)生對(duì)基本的技術(shù)有所了解之后，教學(xué)進(jìn)入第二部分：“學(xué)生講、老師評(píng)”的互動(dòng)環(huán)節(jié)。此過(guò)程要求學(xué)生通過(guò)查找文獻(xiàn)，自主尋找出一個(gè)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的論文，然后在課堂上進(jìn)行10分鐘左右的講解。如此一來(lái)，可增強(qiáng)學(xué)生的參與性和課堂的趣味性，同時(shí)學(xué)生講授過(guò)程可幫助其更深刻體會(huì)相關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最后老師的點(diǎn)評(píng)可幫助學(xué)生在更高的層次認(rèn)識(shí)到數(shù)字圖像處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，起到“事半功倍”的效果。

四、特色教學(xué)

在景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院這所特色院校中，如何以陶瓷為背景對(duì)數(shù)字圖像處理課程進(jìn)行重新詮釋是本文的另一大研究重點(diǎn)。一方面，要求學(xué)生能夠充分了解數(shù)字圖像處理的相關(guān)技術(shù)，另一方面，我們也希望學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，利用相關(guān)技術(shù)解決陶瓷行業(yè)的一些問(wèn)題，體現(xiàn)“產(chǎn)、學(xué)、研”的基本辦學(xué)思路。

為提高學(xué)生對(duì)陶瓷背景的認(rèn)識(shí)，在教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)可以有意識(shí)的加入相關(guān)的內(nèi)容。在教學(xué)的互動(dòng)環(huán)節(jié)中，可以要求學(xué)生在文獻(xiàn)搜索過(guò)程中盡可能的選擇以陶瓷為背景的論文進(jìn)行學(xué)習(xí)、講授。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，老師可以根據(jù)企業(yè)需要設(shè)計(jì)出一些可行的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如基于陶瓷的版權(quán)保護(hù)技術(shù)研究、基于陶瓷的等級(jí)劃分和缺陷檢測(cè)技術(shù)研究、基于古陶瓷鑒賞的圖像處理技術(shù)研究和基于陶瓷綠色制作工藝的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究等。

數(shù)字圖像處理課程是一門專業(yè)性較強(qiáng)的課程，且與多個(gè)領(lǐng)域有交叉，對(duì)于信息專業(yè)的學(xué)生非常重要。本文旨在通過(guò)對(duì)本課程教學(xué)方法的一系列研究性探索，試圖摸索出一種適合工科類專業(yè)課程教學(xué)的新模式，使學(xué)生不僅能夠掌握專業(yè)課程的基本理論和方法，而且可以學(xué)以致用，通過(guò)設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。此外，為體現(xiàn)本校的特色，我們專門研究了一些特色教學(xué)思路，為進(jìn)一步培養(yǎng)高質(zhì)量的現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)人才做出貢獻(xiàn)。