基于本科生導師制的圖像處理與機器視覺綜合設計改革與實踐

李暉　潘凡

摘要：針對工業4.0時代急切需要培養智能科學與技術專業創新型人才的現狀，介紹圖像處理與機器視覺綜合設計中采用的本科生導師制措施，并以武漢工程大學計算機科學與工程學院智能科學與技術專業為例，闡述地方高校培養智能科學與技術創新型人才的實踐教學方法。

關鍵詞：本科生導師制；圖像處理與機器視覺；綜合設計；創新性人才培養

0引言

人類已經歷了3次工業革命，即蒸汽技術時代、電氣技術時代、信息技術時代?；诨ヂ摼W智能化技術的工業4.0時代正在到來。發達國家諸多行動表明工業轉型將迎來大突破、大提速，世界各國都在搶占制造業強國的高地?，F代科技的發展對高等教育提出了新的要求，而當前人才培養方式和方法遠遠落后于時代的需求，急需探索適用于新時代創新型人才培養的實踐教學方法。

1本科生導師制的意義與宗旨

本科生導師制是在教師和學生雙向選擇的前提下，由具有較高學術水平的專職專任教師擔任本科生的學業導師，對本科生的學習態度、專業方向、學術興趣、職業規劃等方面進行全過程指導的一種育人模式，是構建“全員育人、全過程育人、全方位育人”長效機制，深入推進教育教學改革和服務學生全面發展的一項重要措施。

2本科生導師制的具體工作職責

導師工作的重點是通過指導使本科生明確學習目的和成才目標，幫助學生了解專業方向，因材施教，充分利用各種有效場合開展個性化教育，從學生全面發展的角度對學生施行全過程的個性化教導，從而提高學校人才培養的質量，其主要工作職責有以下幾個方面。

（1）學業先導。根據學生的學習能力、興趣、愛好，指導學生掌握學習方法，適應大學學習要求，制訂符合學生實際情況的學習計劃，并對專業課程、專業學習進度安排、發展方向選擇等進行指導，引導學生明確目標、端正學習態度、確立成才目標，培養學生研究性學習的能力。

（2）專業引導。指導學生了解本專業的基本情況、發展動態、社會需求、前沿信息、發展趨勢和就業前景，了解本專業的人才培養模式和學業要求，為學生推薦專業學習課外輔導書籍，激發學生的專業認同感和學習興趣。

（3）學術指導。指導學生開展課外讀書活動、科學研究和實踐活動，有意識地培養學生的文獻和信息檢索能力、社會實踐能力和科研創新能力，提升學生的科研素養；支持學生進入導師實驗室，培養學生的創新實驗能力；鼓勵學生參與導師的科研課題研究，指導學生撰寫讀書報告、寫作論文；鼓勵學生參與各類競賽活動，并為有志繼續深造的學生提供方向指導。

（4）職業輔導。以良好的師德師風和職業素養影響學生，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀；加強對學生的創業輔導，積極培養學生的創業精神和創新思維。

3圖像處理與機器視覺綜合設計改革

3.1圖像處理與機器視覺綜合設計的教學現狀

圖像處理與機器視覺綜合設計是智能科學與技術專業較為重要的一門實踐課程，該課程于大學三年級開設。在開始該綜合設計前，學生已經學習了概率論與數理統計、數字圖像處理、機器視覺、智能計算等課程。從專業培養方案設置的角度來說，本科生在進行該實踐課程時應已掌握了較完備的圖像處理知識，可以在相關工具及開發軟件的幫助下完成一些較為常見的圖像處理開發工作。但經多年的教學實踐發現，該課程還存在以下問題。

（1）教學與實踐脫節?，F行的課程教學更重視知識的傳授，偏重理論講授，對相應的實踐教學較為輕視。同時，由于各門課程獨立開設，多數任課教師信息溝通不及時，造成基礎類知識沒有講授到位或過度重復講授某個基礎知識等問題。

（2）開發環境配置問題。現行的課程教學基本沒有涉及開發環境配置，等綜合設計開設時再進行講解及訓練，較耽誤時間，導致圖像處理與機器視覺綜合設計課程效率不高，課程大多數時間花費在開發環境配置及調試上面，沒有達到預期算法訓練的目標。

（3）本科生自信心不足。圖像處理與機器視覺綜合設計雖然開設在大學第三年，但是大多數本科生對自我能力存在信心不足的問題，認為自身無法獨立承擔綜合設計要求的圖像處理開發工作。這種心態會嚴重影響綜合設計的實際效果，讓多數本科生產生畏難情緒。

3.2圖像處理與機器視覺綜合設計改革具體措施

首先，確立圖像處理與機器視覺綜合設計三目標：態度目標、方法目標、能力目標。

其次，確立圖像處理與機器視覺綜合設計三原則。

（1）開放性原則，包括實驗教學內容的開放性、學習方式的開放性、實驗教學評價的開放性。

（2）主體性原則，重視學生的主體參與，學生通過自身的研究活動，不斷選擇、整合、構建有價值的知識結構，并在體驗學習的過程中獲得發展。

（3）實踐性原則，學生通過“發現問題一解決問題一總結問題”等研究性學習方法，實現對知識的吸收、運用和建構，逐步學會在探索中發現問題、提出問題、研究問題和解決問題。

此外，還需要確立圖像處理與機器視覺綜合設計三階段。

第一階段：實驗課題準備階段。指導教師（包括本科生學業導師）與學生共同提出值得研究的課題方向；學生自主選擇研究課題；每個班級確定同一研究課題（如典型的車牌識別問題），可以全班學生分成若干個課題研究小組；讓學生自行設計難易不同的研究方案（如典型的車牌識別問題可以選擇基于模板匹配算法或旋轉基于人工神經網絡算法等）；產生合理的課題實施方案，確定開發環境，如Visual Studio、Matlab或基于OpenCV第三方開發環境等。

第二階段：實驗課題實施階段。每個課題研究小組至少確認一位本科生學業導師，以協助學生制訂課題為目標，經歷國內外文獻/技術資料收集、實現算法思想提煉、程序流程框圖設計、程序代碼編寫等過程。在互動中將前期開設的課程內容轉換為可實際操作的內容，讓學生在實際編程過程中完成算法思想的學習，并建立學術興趣，逐步優化所提出的實驗方案，獲得最佳實驗效果。

第三階段：實驗課題總結階段。以班級為單位進行課題交流小結；教研室對該實驗課程的研究性學習開展情況進行總結與評價。

4圖像處理與機器視覺綜合設計實踐

圖像處理與機器視覺綜合設計改革從2015年起開始，共有兩屆學生參與（2012級、2013級智能科學與技術專業），合計達100余本科生。參與圖像處理與機器視覺綜合設計實踐的教師有7位，均擁有博士學位，均為副教授。近三年的圖像處理與機器視覺綜合設計課程考評分數數據見表1。從表1可以清晰看出各個分數段區間人數的分布情況。2011級智能科學與技術專業91～100分區間，人數比例為4.2%，中位數主要落在71-80分區間；2012級智能科學與技術專業91～100分區間，人數比例為16%，中位數主要落在81-90分區間；而2013級智能科學與技術專業91-100分區間，人數比例為15.4%，中位數主要落在81～90分區間?？v向對比來看（限于篇幅僅與201 1級智能科學與技術專業學生學習情況對比），改革后，學生的積極性明顯提高，高分區間人數明顯增多，最終考評成績中位數也明顯上升。這表明，圖像處理與機器視覺綜合設計改革取得初步成效。

參與實踐的百余名本科生，在各位本科生導師的指導下，除綜合設計課程分數大幅提高外，在課外還延續著實踐課程上的興趣，繼續接受本科生導師的指導。這兩屆學生在2015、2016兩年內，共有多名學生主動參與課外學術活動，獲得了一系列成果：有3位本科生參加“挑戰杯”競賽，并榮獲第十四屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽決賽二等獎1項；有兩位本科生參加2016年全國“藍橋杯”決賽，獲得C++個人程序設計大賽三等獎2項；近兩年，本專業本科畢業論文榮獲湖北省優秀學士學位論文3篇；有1位本科生2016年在《武漢工程大學學報》公開發表學術論文1篇；有3位本科生于2016年申請軟件著作權3項等。這表明本科生導師制對于提升學生課外學習積極性有正面效果，可以較大幅度提升學生的編程能力，提高學生學術興趣。

5結語

本科生導師制不僅是一種教學形式的變化，更是教學內容和目標的變革，是一種“學習的革命”?；诒究粕鷮熤频膱D像處理與機器視覺綜合設計改革的目的在于，改變傳統教學實踐中，本科生單純接受教師傳授知識為主的維持性學習方式，為學生構建開放的學習環境，提供多種渠道獲取知識，并將學到的知識加以綜合運用于實踐，重在培養學生的創新精神和編程能力，從而實現對傳統教學的教師中心、課堂中心、書本中心的超越。本科生導師制提供的多樣性外部刺激大大有利于學生對知識的獲取、保持與建構，從而有助于激發學生的探究意識，提高學生的信息重構能力。

（編輯：孫怡銘）