《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革探索研究

肖志勇+劉建軍+宋曉寧+方偉

摘要：《數(shù)字圖像處理》是一門跨多學(xué)科的課程，其具有理論知識(shí)深?yuàn)W和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。本文在研究分析《數(shù)字圖像處理》課程現(xiàn)有教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，總結(jié)現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問(wèn)題，依據(jù)課程特點(diǎn)和先進(jìn)的教學(xué)模式，探索了一些新的教學(xué)改革方法，同時(shí)對(duì)教學(xué)改革的各個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。實(shí)踐表明，這些教學(xué)改革措施可以提高課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，并且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：《數(shù)字圖像處理》；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐；本科教育；研究生教育

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0086-02

數(shù)字圖像處理，也稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，主要指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理。數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)主要受到計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)理論兩大因素的影響，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)理論的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)也得到巨大的發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、軍事和日常生活等多個(gè)方面。目前，數(shù)字圖像處理方法和技術(shù)得到高校和科研機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注，因此《數(shù)字圖像處理》課程也逐漸成為本科或研究生階段的必修課程[1]。

《數(shù)字圖像處理》課程綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，并且也在不斷地吸納其他不同學(xué)科的知識(shí)。《數(shù)字圖像處理》課程是一門理論性強(qiáng)和技術(shù)應(yīng)用型課程，該課程包含圖像生成基礎(chǔ)知識(shí)和圖像處理技術(shù)基本原理，主要講授圖像去噪、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像特征提取和圖像檢索等內(nèi)容[2]?！稊?shù)字圖像處理》課程知識(shí)點(diǎn)多且難，并且對(duì)學(xué)生的要求高，再加上該課程的學(xué)時(shí)少，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)方式存在很多問(wèn)題，容易導(dǎo)致該課程的教學(xué)質(zhì)量不高，教學(xué)效果不理想[3]。

結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)方式，如何對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程進(jìn)行教學(xué)改革，以達(dá)到在有限的課堂學(xué)時(shí)內(nèi)，最大限度地講授該課程的研究?jī)?nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的目的。本文在研究先進(jìn)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，從多個(gè)方面進(jìn)行探討，提出了一些《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)改革方法，力求達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)教學(xué)效果的目標(biāo)。

一、《數(shù)字圖像處理》課程定位存在的問(wèn)題

1.課程講授內(nèi)容定位不合理?！稊?shù)字圖像處理》課程是一門理論性非常強(qiáng)的課程，目前該課程主要講授包含圖像生成基礎(chǔ)知識(shí)和圖像處理技術(shù)基本原理，這些內(nèi)容都是該課程的經(jīng)典內(nèi)容，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是該課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。一般情況下，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的學(xué)生比較適應(yīng)這種強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的課程，但是大部分計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生難以適應(yīng)。另外，如果從實(shí)用性角度出發(fā)，只講授數(shù)字圖像處理技術(shù)，不涉及理論基礎(chǔ)，即使涉及理論基礎(chǔ)也是點(diǎn)到即止的情況，這樣將使得該課程的教學(xué)內(nèi)容無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的深度，也使得學(xué)生難以理解該課程的體系結(jié)構(gòu)。

2.課程教學(xué)模式不合理。通常情況下，《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)方式是采用“計(jì)算機(jī)+屏幕投影”。在這種情況下，教師一般使用PPT課件的形式講授課程內(nèi)容，師生之間的互動(dòng)性比較差，課堂氣氛不夠活躍，再加上PPT內(nèi)容單一不夠吸引學(xué)生，會(huì)影響教學(xué)效果。

在《數(shù)字圖像處理》課程課堂教學(xué)過(guò)程中，理論學(xué)時(shí)多而實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，教師重視傳授基礎(chǔ)知識(shí)，忽視培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于《數(shù)字圖像處理》課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性[4]，這種課堂上多講授理論知識(shí)、不重視實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

3.課程考核方法不合理。一般情況下，《數(shù)字圖像處理》課程的考核方式是以考查課的方式進(jìn)行的，主要是考核學(xué)生的平時(shí)作業(yè)和課程報(bào)告，這樣的考核方式忽略了教學(xué)過(guò)程中考核[5]，主要忽略了學(xué)生平時(shí)參與課程實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，因此，這樣的考核方式不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，也并不能全面考查學(xué)生的知識(shí)掌握情況，影響課程的教學(xué)效果。

二、課程教學(xué)改革方法

筆者針對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)模式和自身的教學(xué)實(shí)踐，提出以下教學(xué)改革方法。

1.科學(xué)合理地進(jìn)行課程的定位。為了提高《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)質(zhì)量，完成該課程的教學(xué)任務(wù)，必須對(duì)該課程進(jìn)行科學(xué)合理的定位?！稊?shù)字圖像處理》課程既包括較強(qiáng)的理論性，也包括較強(qiáng)的實(shí)踐性，是一門理論與實(shí)踐并重的課程。在該課程的教學(xué)過(guò)程中，不僅要講授圖像處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)模型，也要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，完成各個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)練習(xí)。學(xué)生只有掌握了該課程的理論基礎(chǔ)，才能更深層次地理解該課程的研究?jī)?nèi)容，才能更好地利用該課程的內(nèi)容去實(shí)踐。理論與實(shí)踐并重是《數(shù)字圖像處理》課程的核心，也是該課程的教學(xué)特性。只有將該課程定位準(zhǔn)確，才能更好地完成教學(xué)任務(wù)，提高教學(xué)質(zhì)量，才能適應(yīng)新環(huán)境和新模式下的教學(xué)方法。

2.科學(xué)合理地選擇教學(xué)模式。針對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)內(nèi)容，要選擇不同的教學(xué)模式。最常用的教學(xué)模式是“計(jì)算機(jī)+PPT”，這種方式可以增加教學(xué)的信息量，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)講授更多的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也能夠演示一些圖像實(shí)驗(yàn)結(jié)果和動(dòng)態(tài)的教學(xué)內(nèi)容，這種方式對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)帶來(lái)的好處是明顯的。另外的教學(xué)模式是采用傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”模式，這種方式能夠通過(guò)肢體語(yǔ)言感染學(xué)生，同時(shí)也可以增進(jìn)教師和學(xué)生之間的互動(dòng)性，在某種程度上提高教學(xué)質(zhì)量。目前還可以采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的模式，這種模式為師生之間的交流互動(dòng)提供了平臺(tái)，方便學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)課外知識(shí)及其相關(guān)的知識(shí)。在《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，合理地選擇教學(xué)模式，使課堂內(nèi)容能夠生動(dòng)形象，學(xué)生積極主動(dòng)，只有這樣才能夠達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

3.科學(xué)合理地選擇考核方法?！稊?shù)字圖像處理》課程涉及大量的算法實(shí)踐，需要學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)。因此，該課程不僅要考核學(xué)生的理論理解能力，也要考核學(xué)生的實(shí)踐能力。教師要對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全方位的考核，通過(guò)這些考核內(nèi)容使學(xué)生約束自己，不僅理解該課程的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。首先是課堂表現(xiàn)的考核，要求學(xué)生課堂上不玩手機(jī)、不聊天，鼓勵(lì)師生之間的互動(dòng)和學(xué)生提問(wèn)。其次是上機(jī)實(shí)踐的考核，根據(jù)課程內(nèi)容選擇具有代表性的經(jīng)典圖像處理算法，布置上機(jī)實(shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)生動(dòng)手編寫程序進(jìn)行圖像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證算法的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。最后是對(duì)課程內(nèi)容的考核，根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)深入淺出的考試題目，進(jìn)行層次化的設(shè)置，讓學(xué)生對(duì)基本知識(shí)能夠理解透徹。這種全方位的考核方法，避免學(xué)生只注重理論知識(shí)或者只注重實(shí)踐的缺陷，使學(xué)生不僅掌握理論知識(shí)，同時(shí)提高實(shí)踐能力。

三、結(jié)論

《數(shù)字圖像處理》課程是一門涉及多學(xué)科的課程，是理論性極強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)課程。該課程的研究?jī)?nèi)容豐富多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用前景廣闊，是值得教師深入研究和學(xué)生深入理解的課程。本文立足現(xiàn)有的教學(xué)理論，吸收先進(jìn)的教學(xué)理論方法，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)當(dāng)前該課程存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一些教學(xué)改革方法。經(jīng)過(guò)教改實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，仍需要吸收更先進(jìn)的教學(xué)理論方法，改進(jìn)不足之處，提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖志勇，袁運(yùn)浩，楊金龍.計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教改探索：以《數(shù)字圖像處理技術(shù)》為例[J].教育現(xiàn)代化，2015，（12）.

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[5]何楚，卓桐，楊應(yīng)聰，徐新.基于開放源碼分析的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2014，（18）.

Exploration and Research on the Teaching Reform of "Digital Image Processing"

XIAO Zhi-yong，LIU Jian-jun，SONG Xiao-ning，F(xiàn)ANG Wei

（School of Internet of Things Engineering，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China）

Abstract："Digital Image Processing" is an interdisciplinary course，which has theoretical knowledge and practical characteristics. Based on the study of "Digital Image Processing" and the existing curriculum teaching mode，we summarize the existing teaching mode，research the characteristics of the course and advanced teaching mode. At the same time，we explore some new teaching methods and all aspects of teaching reform. The practice shows that these teaching reform measurements can improve the teaching quality and teaching effect. It also can stimulate students' learning interest and cultivate students' practical innovation ability.

Key words："Digital Image Processing"；teaching reform；teaching practice；undergraduate education；graduate education