《數字圖像處理》課程的分層實踐教學體系研究

何朝霞

摘要：由于數字圖像處理應用廣泛，考慮學生的個體差異，為進一步提高學生的實踐能力和創新能力，提出一種分層實踐教學體系，兩個層次分別以“數字圖像處理系統”和“遙感圖像處理”為主線展開，內容和難易程度的差別，旨在提高學生實踐教學的參與度，提高教學質量。

關鍵詞：個體差異；分層實踐教學；參與度

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0185-02

教育部2012年公布的《關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》[1]，其中明確提出要強化高校實踐教學環節。同時，核心素養是在21世紀人人都需要具備的“共同素養”，中國學生發展核心素養，以科學性、時代性和民族性為基本原則，以培養“全面發展的人”為核心[2]。因此，尋求培養大學生實踐能力和創新能力的有效途徑，成為當前我國高校發展學生核心素養的核心課題。

《數字圖像處理》是電子信息類專業的專業課，是一個重點交叉學科，也是一門理論結合實踐，原理與應用并重的課程[3]。課程涉及的學科領域和理論知識非常廣泛，學生一方面數字圖像處理技術具有廣泛應用前景所吸引，另一方面又對課程的抽象理論和煩瑣的數學公式感到苦惱。關于實踐教學方面，各高校的實驗環節主要集中為驗證性實驗，并且不同層次的學生做的都是同樣的實驗[4]，從而降低了學習積極性。因此，結合長江大學工程技術學院當前的實踐教學現狀，針對《數字圖像處理》課程的實踐教學，文章試圖構建一種多層次、多手段的教學模式，提高學生的實踐動手能力和創新能力。

1 傳統的數字圖像處理實踐教學體系

《數字圖像處理》課程涉及的知識面廣泛，根據學院教學大綱要求，實驗內容包括圖像的顯示和坐標變換、圖像代數運算、圖像灰度映射、直方圖變換（均衡化和規定化）、空間域和頻域的圖像增強、圖像分割、彩色圖像處理等。在傳統的《數字圖像處理》實踐教學體系（圖1所示）中，各知識點之間相對獨立，學生無法形成完整的《數字圖像處理》理論體系。如： 在“圖像增強”中，雖然方法眾多，但是各種處理方法相關性較小。因此，為了讓學生對數字圖像處理的知識體系有一個整體認識，梳理《數字圖像處理》實踐課程的知識點，尋找合適的主線將各知識點連接起來是當前急需解決的問題。

獨立學院為應用型本科院校，強調“學以致用”，根據《數字圖像處理》課程教學目標，選擇以“數字圖像處理系統”和“遙感圖像處理”作為兩條主線貫串各知識點，針對學生個體差異的現狀，設計課程的“分層實踐教學體系”。

2 分層實踐教學體系

研究分析傳統實踐教學體系，實驗內容集中于圖像處理的通用技術，學生在完成實驗任務后對其應用范圍仍然不夠明確，會使多數學生喪失學習信心。

充分考慮各知識點的難易程度及相互聯系，將《數字圖像處理》課程的實踐教學體系分為 A、B兩個層次（圖2所示）。A 層次以“數字圖像處理系統”為核心，內容包括如何在空域和頻域對圖像進行處理； B 層次以“遙感圖像處理”為主線，即如何利用ENVI軟件對遙感圖像進行基本處理。分析知識點的難易程度： A 層次內容對數學基礎要求較高，并要求掌握MATLAB軟件編程，相對較難，適合基礎較好的學生；B 層次內容以二維空間坐標系等數學知識為基礎，熟練ENVI軟件操作，不需要編寫程序，相對較容易，適合基礎較差的學生。

如圖3所示，A層次內容包括數字圖像基礎知識、空域技術和頻域技術。其中的代數運算、幾何運算和空域技術等涉及的數學知識相對簡單；但是頻域技術中涉及數字圖像的變換，包括傅里葉變換、余弦變換等，算法復雜，理論性較強；因此，在頻域中對圖像進行增強和復原處理是 A 層次中的難點。

如圖4所示，B層次內容包括遙感圖像處理基礎知識、圖像增強和圖像分類，實驗內容是在ENVI軟件平臺下完成的。ENVI軟件具有操作簡單，智能化提取圖像信息等特點，B層次內容在不需要編寫程序代碼的基礎上，通過ENVI的模塊化操作即可完成。針對基礎較差的同學，可以提高學生的學習積極性。

3 結束語

文章針對學生的個體差異現狀，遵循教學的循序漸進原則，研究《數字圖像處理》課程的分層實踐教學體系，以“數字圖像處理系統”和“遙感圖像處理”為主線，重新構建數字圖像處理實踐教學知識體系，旨在激發學生的學習興趣，增強學生對理論和應用的理解，提高學生的實踐動手能力，培養學生的創新能力。

參考文獻：

[1] 關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見.教思政[2012]1號.

[2] 中國學生發展核心素養研究成果.教育部，2016.09.

[3] 吳全玉，劉曉杰，潘玲佼，等.“數字圖像處理”課程實驗教學研究與探索[J].電氣電子教學學報，2016，38（1）：121-124.

[4] 沈曉晶，于慶梅，池濤.“數字圖像處理”課程教學體系改革的探索[J].成都工業學院學報，2015，18（2）：97-99.endprint