基于A n d r o i d手機的“數字圖像處理”教學模式探索

南京林業大學機械電子工程學院 程玉柱 王皖君 李趙春

基于A n d r o i d手機的“數字圖像處理”教學模式探索

南京林業大學機械電子工程學院 程玉柱 王皖君 李趙春

基于手機與互聯網的課程教學實踐是當前教學改革的一個熱點。本文將超星學習通引入到數字圖像處理的整個教學實踐中，包括課堂授課、點名、提問、談論、以及課后答疑、資料共享等。并搭建Android Studio與OpenCV圖像軟件開發平臺，開發Android手機的圖像處理教學軟件系統。教學實踐顯示，此教學模式能顯著地提高課程學習者的學習效果。

Android；圖像處理；OpenCV；超星學習通

1 引言

隨著移動互聯網的發展，手機成了人們不可或缺的移動終端之一。手機幾乎可以完成生活、學習、娛樂、工作的所有事務。同樣手機也進入了校園和課堂，“手機控”、“低頭控”無處不在。手機提高了信息的傳輸速度，也出現了大學生課堂聊天、上網、玩游戲等現象，破壞了課堂學習氣氛，擾亂了課堂秩序，增加教師課堂管理難度，影響了課堂的教學效果。

目前，針對手機進入課堂問題，應對措施主要分成兩大類：被動法和主動法。被動法采用“堵”的方式，從學校、教師、學生等多方面，出臺規定嚴格管理和教育學生，上課不得玩手機。此法表面上雖能取得一些效果，但不能根本上解決問題。主動法承認課堂上無法杜絕學生攜帶玩手機的事實，由“堵”變“通”，主動將手機引入到教學當中去，貫穿課堂、課后的整個教學過程，但此法屬于教學探索，留待檢驗。

“數字圖像處理”課程理論性、實踐性都很強，理論上囊括了幾乎所有的數學理論。在實踐上，傳統采用Matlab軟件進行教學，Matlab雖然易于學生掌握，但不適合工程應用，與當前的創新創業的要求不符，而采用C++教學，難度較大，短時間很難上手。

本文采用主動法將超星學習通引入到“數字圖像處理”課堂教學中來，通過Android手機實現課堂授課、點名、提問等環節，充分提高手機的正面使用效果。同時，搭建Android手機的OpenCV圖像處理教學軟件系統，供學生上課進行二次開發和學習，提高課堂內容的教學效果。

2 超星學習通“數字圖像處理”課程教學

超星學習通是面向智能手機、平板電腦等移動終端的移動學習專業平臺。學習學校專業課程，進行小組討論。以“數字圖像處理”課程為例，介紹如何構建手機教學互動平臺。

首先下載超星學習通APP軟件，完成安裝。然后進行注冊，成為會員用戶，擁有書房、筆記本、小組、課程、通訊錄、云盤、錢包等功能。點擊“創建課程”，輸入課程名稱、課程教師、課程圖標，由此課程創建成功。該課程中有：課程目錄、資料、話題、作業、通知等欄目。課程目錄中輸入：圖像概述、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮、圖像分割、圖像特征提取與識別等章節。資料中上傳課程PPT，演示代碼等。話題可以聚焦某個技術難點進行討論，包括：圖像在計算機中表達、運算、圖像復原與分割的難點、特征提取的意義等。作業布置有理論分析題和編程實踐題，理論主要聚焦變換和濾波，實踐體現在利用Android Studio與OpenCV聯合編程實現圖像處理。通知發布一些重要的活動和時間節點。

在課程進行中，具有群聊功能，實現和學生之間互動，有圖片、拍照、筆記、書房、文件、紅包、直播、小組等功能。同時可以開通多種活動，比如簽到、投票、問卷、測驗、評分、直播、話題、搶答、選人、小組活動、撰寫論文等。還有對學生的管理、添加、刪除等。圖1為數字圖像處理課程界面。

3 Android手機OpenCV圖像處理實現

搭建Android與OpenCV圖像步驟如下：首先下載并安裝Android Studio2.1.2版本，并將下載好的OpenCV for Android解壓到固定文件夾。利用AS新建工程，并加載OpenCV模塊，至此，開發環境搭建成功。

“數字圖像處理”課程分為六章，分別為：圖像讀取、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮、圖像分割及邊緣檢測。設計界面如圖2所示。課堂采用理論和實踐交互式教學模式，首先讓學生下載圖像處理APK代碼，并安裝程序進行演示，看到算法的實際效果，增強對理論認識，并掌握Android與OpenCV編程技術，提供算法源代碼供學生二次開發，作為課堂及課后練習。

圖1 APP界面

圖2 Android程序界面及結果

本文以圖像灰度變換為例，說明其教學過程。首先介紹綠色植物葉片讀取及灰度化的基本理論；教師利用APK軟件演示實例，驗證理論，如圖2所示。上圖為原彩色圖像，下圖為2G-R-B后的灰度圖片，非常容易理解圖像灰度化的作用和效果；其次詳細介紹彩圖在手機中的表達與儲存，OpenCV中Mat的數據結構，像素點訪問方式、函數調用、循環定義、數據類型等；打開Android Studio介紹圖像讀取及灰度變換的軟件核心代碼，布置學生對代碼進行改進采用G-R算法進行灰度處理；最后進行總結，對灰度變換原理、作用及實現方法進行比較，強調難點、重點，同時對學生進行啟發式教學，讓學生思考圖像變換的實現步驟及軟件核心代碼的變化。理論可在實踐開發之前，也可在開發之后，或者交替進行。大致按照“理論、實踐、理論、分析、總結”的模式進行教學。在此過程中，需要教師既具有較強的理論功底，也具有實踐編程能力，將理論與編程代碼相結合的能力，對教師提出了更高的要求。

4 總結

針對學生對手機的依賴，阻礙教學質量問題，根據數字圖像處理課程的兼具理論與實踐的特點，從教學方式和教學內容上，對該課程教學模式進行了探索研究。將超星學習通引入到教學中，使得學生利用手機進行課程學習。進行Android與OpenCV進行圖像編程學習，讓學生理論與實踐相結合，培養學生解決圖像處理的基本問題，依靠老師的軟件可以進行二次開發，鍛煉學生的動手能力。如何進一步的高效利用好手機、提高教學質量，依然是一個值得研究的課題。

[1]劉芳.大學生手機依賴對課堂教學的不良影響及應對[J].黑河學刊,2014(1):171-173.

[2]張麗君.基于超星學習通的英語閱讀移動教學模式應用研究[J].信息技術與信息化,2016(12):91-93.

[3]謝亮,廖宏建.線上線下混合式圖像處理教學模式設計與研究[J].中國教育信息化·基礎教育,2017(10):53-56.

[4]劉賢輝.基于OpenCV在移動端的圖像處理技術[J].電子技術與軟件工程,2017(9):70-70.

程玉柱（1980—），男，博士，講師，供職于南京林業大學機電學院，主要研究方向：圖像處理與模式識別。

王皖君（1984—），男，博士，講師，供職于南京林業大學機電學院，主要研究方向：自動化。

李趙春（1978—），女，博士，副教授，供職于南京林業大學機電學院，主要研究方向：控制理論及控制工程。

南京林業大學2017年校級“教學質量提升工程”項目。