對分課堂在數字圖像處理課程中的應用

劉李漫 劉佳

摘要：對分課堂作為一種新型的課堂教學模式，可以幫助學生提高學習主動性和探索積極性。數字圖像處理課程涉及了廣泛且復雜的理論知識及應用方案，學生在課程的學習上有一定的難度，傳統教學模式下教師難以達到理想的教學效果。將對分課堂運用于數字圖像處理課程，能有效地提高教學效率及效果。文章將針對對分課堂教學模式在數字圖像處理課程中的應用進行探討。

關鍵詞：對分課堂;數字圖像處理;實踐應用

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0151-02

一、引言

對分課堂是近年來出現的一種創新型教學模式，在大學課堂的教學模式中逐漸得到關注和研究，被稱為中國特色大學教學新方法[1]。該課堂教學模式主要由講授、吸收和討論三個階段組成，每個階段都有著明確的教學工作和目標[2]。數字圖像處理是理論結合實踐應用的一門課程，隨著時代的快速發展，涉及數學、遙感、生物醫學、自動化控制等諸多應用領域[3]，在計算機工程、測繪、生物醫學工程、航天軍事、經濟等各先進領域被充分使用。數字圖像處理的本質就是對圖像進行計算機處理，原理就是將圖片的像素信息轉換為常用的數字信息，再借助計算機對數字信息進行分析判斷和處理。

二、數字圖像處理課程教學存在的不足

數字圖像處理課程傳統的教學方法是教師課堂講授、學生上課聽講和實驗課編程實驗。教師按照課本順序講解各個章節的內容及算法原理，學生將在實驗課進行算法的編程實現。學生會覺得自己已經熟練掌握了課程，也可以輕松通過期末考試，但在實際中遇到了數字圖像處理問題時，學生會不知如何靈活使用所學的理論知識，缺乏分析和解決實際問題的能力，分析導致這種情況的具體原因如下：

首先，如今數字圖像處理的知識領域更新較快，學生無法快速掌握該課程中的前沿技術及新知識，傳統的課本教學模式很難滿足現代教學的需要。

其次，數字圖像處理課程涉及領域較多，所學知識點的難度較大，理論知識的掌握要求較高，具有概念抽象、數學公式多的特點。在學習這門課程之前，學生還需要加強學習數字信號處理、信號與系統等基礎理論課程。此外，數學是數字圖像處理這門學科的必備基礎，學生往往需要較好的數學理論基礎，才能很好地將學習的內容融會貫通。基于以上難點，很多學生存在難以理解、缺乏興趣的現象。

再者，數字圖像處理教學包含課堂理論教學和實驗實踐兩部分內容。其中，主要是進行課程理論教學，在課堂教學中缺少一些典型理論的公式推導，或者推導步驟較少，導致學生在實現數字圖像處理算法中存在較多疑惑，影響最終的教學效果。在實驗實踐環節，老師會對一些重要和難度較高的知識點進行實驗，幫助學生解決一部分問題，但是由于實驗實踐的內容有限，難以在實驗中挖掘深層次的學習內容。這些都是課堂教學中面臨的重要問題。

最后，部分學生對數字圖像處理課程的學習主要是為了應付學校考試，沒有認真去學習老師在課堂上教授的內容，無法掌握課程的核心及關鍵點，難以將理論運行在實踐應用上。

三、對分課堂模式的介紹

對分課堂模式是一種大學課程教學的新型教學模式，該教學模式主要由課堂講授、內化吸收和課堂討論三大部分組成。教師進行傳統教學傳授，與此同時，學生將在課堂進行自主討論、自學和知識鞏固加強。對分課堂具有兩個核心要素：一是教師和學生分別使用課堂上的一部分時間進行課堂教學與學習討論;二是在學生討論和教師教學的分割時間中，學生進行自主學習和討論。對分課堂具備了傳統教學模式中老師一對多教學的優點，另一方面學生又可以利用充分的時間進行自主學習探索，最終學生可以充分理解和應用所學知識。

四、對分課堂在數字圖像處理課程中的應用

（一）對分課堂的選取

教學過程中，許多的課程內容都不需要采用對分課堂教學模式，只有一些較為重要且學習難度較大的知識點需要采用這種課堂教學模式。比如，數字圖像處理課程中經常應用且難度系數較大的圖像變換算法傅里葉變換[3]，其涉及了如復平面、頻域、正反變換等基本理念，公式復雜難懂，學生聽講時容易產生畏懼和放棄情緒。針對這一問題，同時也是課程內容的一個重點，在數字圖像處理教學中采用了對分課堂的教學模式。

（二）對分課堂的組織

課堂教學時期，學生的學習團體是班級，老師則在課堂上進行知識點教授。例如在傅里葉變換的知識教學上，老師可以使用循序漸進的啟發式教學方法進行知識點講解，具體講解分為如下5個流程：（1）進行前期預備知識講解。讓學生能更好地理解和掌握傅里葉變換，如復平面、周期函數、非周期函數、歐拉公式等基本理論知識與公式。（2）帶領學生掌握傅里葉級數。在傅里葉分析中主要由傅里葉變換和傅里葉級數組成，傅里葉級數主要是使用于周期函數，周期函數則是使用傅里葉變換，學習掌握傅里葉變換是理解傅里葉級數的基礎。（3）詳細講解一維傅里葉變換的各種理論知識點。不僅要透徹地講解傅里葉變換理論知識，還要使用MATLAB等繪圖軟件演示傅里葉變換的算法執行過程，學生將從各個方面深入地理解和掌握傅里葉變換的算法。（4）講解二維傅里葉變換的各種理論知識點。因為學生掌握了一維傅里葉變換知識，就可以較為簡單地學習二維傅里葉變換。（5）應用舉例。在進行圖像降噪的實驗中，通過使用傅里葉變換的算法有效地去除圖片噪聲，讓學生從實際應用的角度更好地理解傅里葉變換。在內部吸收階段，教師給出一個綜合應用圖像處理技術的應用題目，例如使用傅里葉變換去除圖像噪聲，學生在實驗編程過程中自己組成小組，每組派出3名編程技術較好的學生，與其他組同學進行一些編程疑問的探討，這樣增加了學生學習的主動性和積極性。在內化吸收階段，由于學生主要通過自主化的方式進行學習，所以難免會遇到一些困難或疑問，在該階段需要將這些困難疑問記錄下來，然后在上課時提出，并進行討論。課堂討論階段的主要作用是幫助學生解決自學階段出現的問題，在課堂討論環節，學生可以自由地發表自己的觀點和疑問，進行思維碰撞，如此，學生就可以準確地理解課程內容了。

再例如，課堂講授完提高圖像對比度的幾個理論方法以后，可以展示一些對比度不高的問題圖像，給學生布置小組討論題目——如何設計方案提高這些圖像的對比度。并通過討論確定1—2種大家認為效果會比較好的方法，在課下進行程序實現，并調整參數，以達到最優的處理結果。

（三）對分課堂的實施效果

這一學期在數字圖像處理課堂中使用了對分課堂教學模式，學生的學習態度更加認真、端正了。雖然現在的模式導致學生在掌握同一個知識點上的耗時較長，但是較高地提升了學生對知識點的學習探索及實際應用程度，更重要的是較大地提高了學生的學習精神、能力以及不停探索的精神。

五、結語

對分課堂作為一種新型的課堂教學模式，充分地融合了講授型課堂和討論型課堂的優點，符合學生獲取知識時的認知心理。雖然對分課堂的教學模式處于初期探索和實踐階段，但是其教學效果十分明顯，一定會在數字圖像處理教學中起到重要作用。加強使用對分課堂教學模式，將有效地提高數字圖像處理課堂教學的效率和質量，具有良好的推廣價值和意義。

參考文獻：

[1]張學新.對分課堂：大學課堂教學改革的新探索[J].復旦教育論壇，2014，（5）：5-10.

[2]李欣.對分課堂：有中國特色的大學教學新方法[J].學周刊，2016，10（1）：16-17.

[3]孫涵，陳松燦，劉寧鐘，等.研究生模式分析與視覺處理課程群改革與實現[J].科教導刊，2016，（3）：30-32.