軍隊院校數字圖像處理課程的教學優化改革

摘要：針對數字圖像處理課程基礎理論抽象、實用性強的特點，分析和探討該課程教學中存在的若干問題及原因，從師資力量建設、課程標準制定、教學方法與設計、考核方法4個方面闡述數字圖像處理課程的教學優化改革方案。

關鍵詞：數字圖像處理；教學優化改革；師資力量；課程標準

引 言

數字圖像處理 是信息處理領域的重要分支，通過該課程我們可以完成圖像的幾何變換、算術處理、圖像增強、圖像復原、圖像重建、圖像編碼、模式識別、圖像理解等多個方面的工作一目前，隨著計算機軟硬件處理能力的不斷提升，數字圖像處理技術已被廣泛應用于醫學檢測、反恐處突、彈道導彈精確制導等多個軍（民）用領域。由于該門課程的特殊地位和廣泛應用，國內外幾乎所有信息類專業都開設了該課程，許多專家、學者也針對課程的教學方式提出了自己的觀點 。

軍隊院校作為高等院校中的一類特殊群體，無論在課程設置還是人才培養需求上均與地方高等院校有很大的不同。軍隊院校自身的特殊屬性要求培養出的人才不僅要有扎實的理論基礎和科研能力，還能運用這些知識對作戰以及日常訓練中出現的問題加以解決，因此，軍隊院校對人才的理論與實踐結合能力提出了更高也更為嚴格的要求二

武警部隊負責維護國家安全和社會穩定，有效打擊國內外各種恐怖勢力，保障人民安居樂業。當前，世界各國都將“反恐”作為維護國家穩定和保衛人民生命財產安全的一項重要任務。反恐圖像目標的識別和監視能力更體現了一個國家的反恐技術力量和能力水平，其關鍵在于反恐圖像目標的識別。因此，有效地將數字圖像處理技術應用于反恐處突領域，不僅有助于提升針對恐怖勢力的打擊力度，還可以有效減少傷亡，最大限度地保障國家和人民的生命財產安全。

1 數字圖像處理課程的特點

數字圖像處理課程主要有以下幾個特點：①理論基礎要求高，涉及高等數學、信號與信息系統、信息論、計算機編碼等多個領域的知識；②數字圖像處理課程覆蓋的內容廣泛，知識點繁雜零碎；③新興理論的不斷出現要求廣大學者能夠敏銳把握數字圖像處理技術的發展前沿；④數字圖像處理技術的應用領域不斷拓展，處理方法也更為復雜。

2 軍隊院校數字圖像處理課程教學中存在的問題

2.1 課程設置不靈活

相比地方高等院校，軍隊院校的課程設置自由度十分受限，具體體現為課程的教學內容、學時安排、課堂組織形式甚至是開課時間均有嚴格的規定和限制，不能根據學生理論基礎和學習能力的實際情況做自適應的調整。

盡管研究生有自己的導師和研究方向，且很多研究生日后學位論文的研究方向可能與數字圖像處理領域并無關聯，然而，由于許多信息類專業院校的研究生培養方案均嚴格限定該課程為學位必修課，導致一些研究生為了學分和學位只得選擇一門與自己研究領域完全無關的課程，無形中造成了教學資源的浪費。

2.2 課時少內容多

數字圖像處理課程是國內外幾乎所有信息類專業的必修課。地方高等院校通常會開設50個學時，而軍隊院校大多只開設40學時，有的學校甚至只將其作為學位選修課開設20學時。眾所周知，該課程涉及的教學內容非常繁雜且對相關課程的理論基礎提出了較高要求，這類課程即使安排50學時也很難將重點內容講授完畢，軍隊院校課程課時不足無疑對該課程的教學質量造成重大影響。

2.3 教學形式單一

軍隊院校的特殊屬性在一定程度上約束了課堂多種教學形式的存在與發展，傳統的教師主體式教學法是主流。這種過于單一和機械的教學形式將對研究生的學習積極性造成不利影響。另外，軍隊中上下等級關系往往扼殺了研究生質疑教師的勇氣和可能，使研究生不敢對教師的見解有所質疑，不敢擅自踏人教師未首肯的領域中積極主動地發現問題、分析問題和解決問題，導致研究生的學習完全處于被動境地。

3 教學優化改革

3.1 師資力量建設

數字圖像處理課程專業性強、理論難度大，涉及的基礎學科門類較多，因此，在條件允許的情況下應盡可能安排科研方向或理論研究方向屬于圖像處理領域的教師擔任任課老師。一方面，長期從事該領域的教師對課程的基本內容和理論了如指掌，基本功非常扎實，授課更為流暢、自然；另一方面，教材中介紹的只是圖像處理領域的基礎理論和經典模型，長期從事該領域研究的老師在研究過程中往往對課程中的概念及理論模型有更深刻的理解，在授課過程中必然會附帶介紹本人在該領域內的研究現狀和最新進展，有利于開闊研究乍視野，激發學習興趣，提高授課質量。

3.2 課程標準的制定

結合軍隊院校課時不足的教學實際以及人才培養類型的定位需求，我們完全有必要重新制定數字圖像處理課程的教學標準，在保證理論系統性完整的基礎上，側重實踐能力以及解決實際問題能力的培養和提升。具體措施如下：①教學對象精確定位，扭轉以往研究生課程頻頻出現的“被選課”現象，切實保障“選修權”，允許研究生按照自己學位論文的研究需求選課；②由于學時有限，在制定課程標準時必須全面分析和研究教學內容，梳理與課程內容棚關的知識目標、技能目標和素質目標，適當地刪減一些非重點內容，重新劃分各章節的學時；③數字圖像處理雖然是一門理論性很強的課程，但學習的最終目的還是應用，因此，在制定課程標準時必須為研究生學員留有一定的實踐操作以及課堂研討課時；④要反映部隊特色，在授課過程中重點介紹能夠直接應用于部隊實際的模型和方法，譬如模式識別、圖像理解版塊，并要求研究生動手實踐；⑤緊跟發展前沿，保持知識的先進性，充分利用網絡資源，以完善的學習資料、豐富的課程資源、真實的實踐環境作為課程的基礎和支撐。

3.3 教學方法與設計

結合課程標準，我們擬將整個教學過程分解為4個階段：①基本理論講授；②專題討論；③專題講座；④實踐操作。

3.3，1 基本理論講授

教師對教學內容中的基本理論加以講解，旨在為研究生掃清基本理論障礙。該部分的講解并非只是對課本內容的簡單復制和重申，而是在介紹基本理論的基礎上，對基本概念中涉及的各層次知識點和潛在疑問加以梳理和闡釋，為下一階段的專題討論做鋪墊。該階段以教師講授為主體，采取案例式教學和啟發式教學相結合的授課方式。

3.3.2專題討論

所謂專題討論，就是基于教師先前講授的某一個或某一類基本理論，探討具體應用效果以及可能影響最終圖像處理效果的若干因素。這一環節將徹底打破經典教學模式中的“教師主體”模式，轉變為“教師確定討論范圍一研究生為討論主體一教師最后總結”的模式。在整個過程中，教師和研究生的角色完全轉換，由研究生基于自身掌握的知識充分發揮自己的想象，針對若干問題展開探討或者辯論。譬如，教師在探討前先介紹圖像去噪理論的相關知識，包括噪聲產生的原理、噪聲的種類、噪聲在圖像中的表現、幾類經典圖像去噪方法等，上述部分內容講授完畢后確定3個問題，即均值去噪和中值去噪方法的原理有何不同？各自的優缺點何在？各自在去噪過程中可能影響最終效果的因素有哪些？下一次課教師可安排專題討論，并將研究生在討論中的表現作為課程成績的一項重要依據。

在該門課程課代表的組織下，研究生被分成若干小組，大家利用課余時間分別對兩種去噪方法展開了深入研究，并通過Matlab軟件仿真驗證，記錄諸如峰值信噪比PSNR等相關指標值，初步得出可能會影響最終去噪效果的若干因素；幾位同學針對一些不太一致的觀點展開激烈的討論；最后，由教師進行內容總結和答疑解惑，一些研究生還對教師的某些結論提出質疑。

專題討論完畢后，教師和研究生普遍感覺以往枯燥又不合時宜的教學方法得到了徹底改變，研究生內心的求知熱情得到了極大的激發。此外，整個專題討論過程也鍛煉了他們的邏輯思維，為了說服“對手”，他們必須要找到支撐自己觀點的科學依據，包括權威論壇上的答疑解惑以及仿真軟件仿真出來的實際結果等。有了這些證據后，他們還要對數據進行分析研究、組織語言、理清思路，而在以往的教學模式下，研究生并不會主動花費時間查找資料，教師由于課時的關系也不可能對每一種理論都進行仿真演示。

3.3.3專題講座

擔任數字圖像處理課程任務的教師必須從事圖像處理領域研究，因此，在教學過程中，適時安排1～2次專題講座，由任課教師將自己在本領域的研究成果或是研究體會以講座的形式向研究生進行報告。在講座過程中，教師將從一個較高的層次，把一些新的內容介紹給研究生，同研究生一起分享圖像處理領域最新的發展動態和研究成果，開拓研究生的視野，為研究生動態更新最新的前沿知識。另一方面，由于課程標準制定過程中教學對象已實現了精確定位，凡是選修數字圖像處理課程的研究生日后均要從事該領域的研究，因此專題講座的開展也在一定程度上為研究生日后的學位論文撰寫提供靈感和研究方向。顯然，專題講座是課程教學強大而又有益的補充。

3.3.4實踐操作

由教師從教學內容中選取若干重難點且與部隊作戰（訓練）密切關聯的內容，交由研究生自行仿真實現，記錄主客觀評價指標數值，對仿真結果進行比較與分析，并得出結論；對仿真結果中的不足展開討論，給出可能的解決方案。顯然，該階段側重課程標準中“反映部隊特色”的宗旨，要求學員學以致用，切實將書本中的理論知識運用到部隊實際中，為部隊服務，提高作戰能力，體現軍隊院校“向部隊靠攏，向實戰靠攏”的辦學宗旨。

在實際操作中，為了貼合武警部隊反恐處突場景的作戰實際，教師為學生布置了模式識別版塊中的圖像融合仿真實驗，給出了國際TNO組織提供的聯合國營地源圖像，源圖像取自同一場景，一幅由灰度可見光圖像傳感器獲得，另一幅由紅外圖像傳感器獲得。該實踐場景十分類似于武警部隊對潛藏在樹林中的恐怖分子進行圍捕的場景，要求研究生對現行資料中融合效果較好的6種融合方法進行仿真，記錄仿真結果并加以分析討論。

通過這一階段的訓練，研究生將書本中的理論知識與實際應用進行了有機結合，取得了良好的效果，并為日后將相應方法應用于部隊作戰（訓練）提供了理論基礎和支持。

3.4 考核方法

課程考核采取百分制，并綜合考慮研究生在筆試、專題討論、實踐操作3個環節中的表現，3者的比例為0.30：0.35：0.35。在考核中，教師更看重研究生在該門課程中針對實際問題的分析能力和實踐動手能力，以期學生真正理解和消化書本中的理論知識。筆試采取開卷方式進行，側重考核研究生對該門課程中的基本理論、概念、公式的掌握情況，因此，同以往的純閉卷考試相比，該考核方法靈活度更高，考核效果也更理想。在最終考核中，由于采取了更為有效的考核方式，學生只要認真參與教學活動，必然可以順利通過考試并拿到高分。如今，兩年的教學改革已經使該課程在研究生中小有名氣，從往日學員們的“黑名單”課程轉而成為“熱銷品牌”。

4 結語

兩年的實踐結果表明，相比傳統的授課方式，該改革方案更符合高等院校的教學規律和實際情況，尤其是將部隊的實戰需求充分融入課程標準的制定過程，更加貼近了當前軍隊院校的人才培養需求，充分體現了軍隊院校“向部隊靠攏，向實戰靠攏”的辦學宗旨。