“數字電視原理”理論實踐一體化教學研究

朱虎 盧官明 謝世朋

【摘要】理論實踐一體化逐漸成為高校工科專業教師教學的一種重要的教學方法，本文針對工科課程“數字電視原理”的教學，提出了“課程理論講解→具體問題分析→編程實驗和講解→作用和效果演示→總結”理論實踐一體化的五步教學模式，將教學模式從理論灌輸教育轉向更為務實的專業素質教育。本文以二值圖像游程編碼和解碼重構為例，深入闡述了五步教學模式實現的具體過程和采取的舉措，并對新的教學模式體制下的專任教師提出了具體的要求。

【關鍵詞】數字電視原理;教學模式;理論實踐一體化;游程編碼

1.引言

“數字電視原理”課程是高等工科院校廣播電視工程專業重要的專業基礎課和主干課程，是南京郵電大學廣播電視工程專業開設的本科生主干課程，每年有一百多名學生學習64課時的“數字電視原理”課程。“數字電視原理”課程主要學習數字電視的原理的基本理論、處理方法。開設該課程的目的是通過分析電視機的基本工作原理，加深對前面所學專業基礎課的認識。該課程要求學生在掌握有關數字電視原理的基本概念和方法的基礎上，能夠利用計算機編程實現圖像信號和音頻信號的各種信息處理，如游程編碼、霍夫曼編碼等。培養和增強學生創新意識和創新思維，提高實際動手能力和創新能力。

“數字電視原理”是一門理論性和實踐性很強的課程。傳統的理論介紹為主教學為主的教學方式，經常忽視理論的具體代碼實現步驟，造成學生在學習時，普遍感到理論的概念抽象，對理論的理解僅限于表面認識。因此，對于這樣一門重要的主干課程，把理論和實踐相結合尤為重要。

理論實踐一體化教學是課堂教學與實踐之間相互協作的新教學模式，是以學生自覺、自主學習為主，由教師引導與監督相結合的教學方式，通過實踐加強學生對理論知識的理解，通過理論來指導學生的實踐，進行全面綜合訓練，提高學生的理論和實踐相結合的綜合應用能力。以“數字電視原理”課程為平臺，以學生的綜合素質能力提高為目標，對該課程的理論實踐一體化教學研究是時代賦予當前專業教師的使命。

2.理論實踐一體化教學模式

理論是實踐的基礎和源頭。首先，要對課程的理論基礎進行透徹剖析和深入的講解，聯系實踐，配有具體的編程演示實例，使原本很抽象的內容變得生動具體，從而達到讓學生理解基礎理論和性質的目的。

本文在結合了“數字電視原理”課程中的具體理論和編程實踐的基礎上，作者提出一種“數字電視原理”課程教學中的理論實踐一體化具體教學模式。該教學模式分為“課程理論講解→具體問題分析→編程實驗和講解→作用和效果演示→總結”的五個教學環節，五個環節環環相扣，相互依存，把理論實踐渾然天成般的融合在一起，從而激勵學生的創造性思維，使原本很抽象的內容變得生動具體。同時，另一方面也需要滿足學生課后實踐的要求，給學生提供邊學習邊實踐的機會，通過軟件編程實現，觀察處理之后的效果。不但可以鞏固所學知識，還可提高學生的動手能力。為了讓學生既能夠掌握基本理論，又培養學生的動手能力。

2.1 課程理論講解

針對“數字電視原理”課程所授內容離不開計算機編程實現，僅僅理論講解是不夠的。這就要求教師在課堂上既要進行理論分析和剖析作用，又要針對具體實例進行代碼編程實驗，再進行實例分析和演示效果，熏陶學生處理的思路和編程的技巧。

本文以信源編碼原理一章中的游程編碼為例，先闡述游程編碼的定義：將具有相同數值（例如，像素的灰度值）的、連續出現的信源符號構成的符號序列用其數值及串的長度表示，游程編碼思想是去除像素冗余。以圖像編碼為例，灰度值相同的相鄰像素的延續長度（像素數目）稱為延續的游程，又稱游程長度，簡稱游程。另外，指出游程和游程長度的定義，游程是指具有相同灰度值的像素序列，游程長度是指灰度值相同的相鄰像素的數目。

2.2 具體問題分析

以二值圖像進行游程編碼，這里二值圖像是指圖像中的像素值只有兩種取值，即“0”和“1”，因而在圖像中這些符號會連續地出現，通常將連“0”這一段稱為“0”游程，而連“1”的一段則稱為“1”游程，它們的長度分別表示為L（0）和L（1），往往“0”游程與“1”游程會交替出現，即第一游程為“0”游程，第二游程為“1”游程，第三游程又為“0”游程。下面以一個具體的二值序列為例進行說明。

2.3 編程實驗和講解

講解編程代碼的目的是讓學生掌握理論實現的具體方法和技巧，提供學生模仿手段，縮短學生理論聯系實際所需的探索時間，提高學生動手實踐能力。本文應用MATLAB R2011b影像處理工具箱中提供的相關函數和命令，對二值圖像進行游程編碼并解碼重構圖像，游程編碼核心代碼和注釋如圖1所示。

2.4 作用和效果演示

課堂上通過運行代碼，用來演示對二值圖像進行游程編碼并解碼重構圖像算法實現過程，具體的二值圖像游程編碼重構實驗結果見圖2。

圖2 圖像游程編碼重構實例

學生可以見到理論到實際編程應用的整個過程和實驗效果，從而增加對理論認識的深度，掌握理論付諸于實踐的編程技術和實驗技巧，同時提供相應方法實現的源代碼供學生參考學習。

2.5 結論

有上面的理論分析和編程實驗講解，可以得到二值圖像游程編碼方法的特點：對于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好，直觀，經濟，是一種無損壓縮;但是對于紛雜的圖像，壓縮效果不好。并讓學生思考如何改進傳統的游程編碼方法才能對紛雜的圖像取得比較好的壓縮效果。

總結的目的是進一步對原理、作用、編碼實現方法、技術的優缺點進行總結，同時提出新的思考問題，讓學生思考和練習。這一步驟可以進一步對教學內容進行總結，而且也加深了學生對所學知識的融會貫通并引導學生進行進一步創新和實驗。

3.新教學模式對教師的要求

較之以前，“理論實踐一體化”新的教學模式對專業教師素質有著更高的要求。首先，要求教師有著發現課堂理論教學和實際的聯系并分析問題，這不僅需要教師有著更強的責任心，而且需要扎實的理論功底和分析能力。其次，“編程實驗和講解”和“作用和效果演示”需要教師課前對理論問題進行開發實現源代碼，這不僅需要教師具備極強的編程能力，而且需要將理論與編程代碼相結合的解釋能力。最后，“總結”要求教師對整個過程進行剖析，讓學生明白理論如何指導實踐，實踐又如何解決理論問題的過程，達到真正的“授之于漁”的目的，另外，還要在“理論實踐一體化”教學的基礎上給學生提出新的問題，引導學生的發現問題，主動積極主動去創造性的解決問題，這要求教師要有高屋建瓴的教學和科研水平。

4.結束語

本文根據“數字電視原理”課程的具體特點，結合教學理論和編程實踐，提出“課課程理論講解→具體問題分析→編程實驗和講解→作用和效果演示→總結”該課程教學的五步教學法。這種教學方式將理論與實踐有機結合起來，學生可以從理論和實際實踐兩方面掌握數字電視原理課程知識和相關技術。素質教育是一項長期而又艱巨的任務，改革傳統重理論輕實踐的教學理念，將教學模式從理論教育轉向更為務實的專業素質教育，還需要所有的教育工作者長期的、持續的、深入的研究和工作。

參考文獻

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[3]汪石農，許鋼，王冠凌.“數字電視原理”課程教學改革初探[J].課程教育研究，2012（3）：6-7.

項目基金：南郵教改研究項目（編號：JG00213JX15）。

作者簡介：朱虎（1982—），男，安徽蚌埠人，博士，講師，研究方向：圖像處理、模式識別。