案例教學在《數字圖像處理與應用》課程中的探索研究

劉海英 郭俊美 趙紅梅

【摘 要】本文針對信號分析與處理本科教學中存在的實際問題，將案例教學法引入到課堂教學中，經過多次實踐教學，取得了較好的教學效果，大大提高了學生的學習興趣和利用計算機處理實際問題的能力，教學效果良好。

【關鍵詞】案例教學法；數字圖像處理；課程教學

中圖分類號： G642.4；TP317.4-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0133-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.061

【Abstract】This paper is aimed at the existing problems during the teaching of“Digital Image Processing and Application”.The case teaching method is introduced into the classroom and get the efficiency teaching results after several terms of practice；besides this，it also greatly improves students interest in learning and their ability using computers to deal with practical problems，all of these achieved better results.

【Key words】Case Teaching；Digital Image Processing；Course Teaching

《數字圖像處理與應用》是一門理論實踐結合緊密且側重于應用的一門課程，在許多應用領域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，如航空航天、生物醫學工程、工業檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導等，這使得數字圖像處理與應用迅速發展為一門引人注目、前景遠大的新型學科。同時，它也是機器視覺、模式識別、信息處理以及通信與信息系統等學科的重要本科專業課程，所以如何在課堂教學過程中，讓學生理論結合實踐，能夠利用掌握的理論知識解決企業工程項目中存在的實際問題，是當前急需解決的問題。

傳統教學方式均為教師在課堂上教授理論知識，學生被動接受過于抽象的內容，如此大篇幅理論知識的講解，無疑會導致學生感覺過于枯燥乏味，難以達到預期的教學效果。鑒于上述傳統課堂中的現象及存在的問題，將案例教學法引入課堂，激發學生的學習主動性，讓學生理論實踐相結合，加深對理論知識的深刻理解與掌握。

1 案例教學法

20世紀20年代，作為一種全新的教育改革方式，美國哈佛大學商學院開始倡導案例教學法，根據不同課程教學大綱的授課內容，結合不同的專業側重點方向以及當前專業發展的熱點方向，打破傳統紙質教材的限制，選擇課堂對應的具有實際工程應用背景的實驗案例，結合授課中的理論知識，解決問題，使學生真正體會到數字圖像處理與應用在實際中的應用效果，調動學生學習的興趣與積極性，能夠帶著問題有針對性的去學習理論知識，加深對于課堂理論知識的消化吸收。

2 傳統實踐教學存在的問題及案例教學的必要性

傳統的高等院校授課方式主要以教師課堂上講授理論知識為主，教學內容相對固定，學生填鴨式被動接受，學習的專業理論不具有針對性，課后難以將所學理論結合到實踐中，理論與實踐相結合也就更加無從談起。目前高校中傳統實踐教學存在的問題普遍表現為教材更新換代慢，非常不利于當今學生的認知發展，相對比于告訴發展的網絡時代以及各種電子資源，導致學生學習被動，演示性和驗證性實驗居多，不利于目前大形勢下創新創業型人才的培養。

3 數字圖像處理與應用教學案例的構建與實施

3.1 案例的構建原則

數字圖像處理案例教學主要是將實驗案例貫穿于研究生教學活動的全過程中，因此案例教學法的組織構建以及實現的原則顯得尤為重要。研究生理論授課不能單純枯燥的傳授知識，也不能拘泥于某本陳舊的教材，應該讓學生既掌握課程的基本理論和研究方法又要接觸到學科方向發展的前沿熱點問題。因此，教學中選擇的案例要源于教材且高于教材，如果條件允許，要結合教師的科研方向以及當前本學科發展的前沿熱點，充分考慮到課程體系的連貫性與完整性，“循序漸進，逐步提高”，在實際應用過程中加強對于理論知識的理解和把握。

數字圖像處理案例教學主要是將實驗案例貫穿于研究生教學活動的全過程中，所以選擇針對性強、源于教材且高于教材的案例，并能夠緊密結合當前選修課程就顯得尤為重要。作為控制科學與控制工程領域的研究生，必須緊跟學科發展的前沿熱點方向，理論結合實踐，能夠切實落實“學以致用、循序漸進，逐步提高”，在實際案例訓練應用過程中加強對于理論知識的理解和把握。

3.2 案例的具體執行措施

就數字圖像處理與應用而言，案例選擇的難度在于涵蓋的內容要全面系統，程序設計比較繁瑣，不僅涉及到數字圖像處理的理論知識，還需要獨立編程能力。所以在案例教學法實施的初期，必須逐步執行，不可一蹴而就。從基本的理論出發，引導學生在理解掌握基本理論的基礎上，逐步學習并實現獨立編程，在規范書寫程序及調試程序的過程中，加深對于數字圖像的理論知識認知。采取理論實踐教學相結合的教學方法，以“實驗案例引導教學”的新理念組織教學，使學生真正做到學以致用，提高學生學習興趣。

選擇數字圖像處理與應用中比較經典的圖像處理算法，比如，數字圖像處理在講述了全部的基礎知識之后，比如讓學生通過針對灰度圖像去噪聲的問題進行實際問題的解決，不同的學生可以選擇不同解決問題的方法，之后組成研究小組進行討論分析，各自闡述自己所選解決方案的優點，通過多種方案解決同一個問題，通過研討的方式促進學生對于問題的理解，擴展思路。具體實施過程如下：

（1）課堂理論教學

課堂教學中，改變傳統教學為引導啟發式教學，理論知識的講解占用每次授課時間的40%，讓學生掌握基本概念和原理，例題講解使學生學會分析問題的方法并深化基本理論，而隨堂仿真實驗則可以調動學生的參與度和學習的積極性，使學生能夠即時感受數字圖像處理算法視覺效果和性能，提高學習興趣，寓教于樂，達到更好的教學效果。

（2）案例選擇

案例實現基于Matlab軟件仿真平臺，選擇跟每章節知識點緊密結合的案例進行分析，使學生通過數字圖像處理與應用這門課程的學習掌握Matlab語言在數字圖像及視頻處理領域的基本用法和編程技巧，不斷提高編寫及調試程序的能力，為今后開展工程應用以及從事科學研究打下良好的基礎。本文選擇崗薩雷斯數字圖像處理教材中圖像去噪聲部分來闡述案例教學法在數字圖像處理中的應用與研究。

（3）案例講解、啟發和研討結合的方式

首先講解圖像產生噪聲的原因如圖1所示，引導學生建立數學模型，將問題抽象化，從數學理論方面對問題進行推導分析，之后將數學模型離散化、程序化，讓學生在循序漸進的加強對于數字圖像的理解和掌握，知識銜接連續、不突兀。根據數學模型，啟發學生利用高等數學這門基礎學科中學習到知識，讓學生自己嘗試著去解決問題，在解決問題的過程中逐漸鞏固加深對于理論知識部分的理解。每個研究小組根據自己情況，選擇不同的解決方案，最后進行理論研討和仿真結果對比，學生可以在相互學習和促進中進步。圖1如下：

4 結論

研究生課程實施案例教學法的實踐表明，它不僅可以改變傳統教學中教師、教材為中心的方式，變學生為教學活動的主體，而且激發學生學習本課程的興趣，大幅度地提高教學的效果，使學生對各種圖像處理算法有了更深入的認知。另外分組研討的方式更加有利于激發學生的集體榮譽感，提高團隊合作能力和創新意識的培養。當然任何一門成熟的專業學科，都有自己即成的完整理論體系，在保持學科理論的系統性、完整性方面，傳統意義上的教學法仍然是必不可少的。因此，要把各種教學方式方法有效結合起來，才可能取得更好、更全面的授課效果。

【參考文獻】

[1]趙敏.案例教學法在數字圖像處理教學中的研究與實踐[J].電腦知識與技術，2011，7998-7999.

[2]秦建，鄒顯春.案例教學法在《計算機基礎》教學中的應用研究.西南師范大學學報（自然科學版），2010，Vol.35，No.6，224-226.

[3]劉艷華.案例教學法在《數字圖像處理》課程中的應用。高校科技.2014.

[4]趙潔，張艷，武斌.實驗案例教學法在數字圖像處理課程教學中的應用.天津城市建設學院學報，2013，Vol.19，No.3，231-234.

[5]GULBAHAR Y，TINMAZ H.Implementing project—based learning and e—portfolio assessment in an undergraduate course[J].Journal of Research on Technology in Education，2006，38（3）：309-327.

[6]楊淼，張宏遠，李豐林.數字圖像處理課程的實例教學[J].科教文匯，2011（4）：100-101.

[7]羅軍.案例教學法在高職《圖形圖像處理》課程中的應用.重慶教育學院學報，2007，20（6）：46-48.

[8]劉銀鳳.電子商務專業《圖像處理》本科課程案例教學模式探析，現代經濟信息，2015.

[9]趙軍生.探析案例教學法在高職《圖像處理》教學中的應用，計算機光盤軟件與應用，2013.