基于C-CDIO模式的“數字圖像處理”課程教學改革與探討

摘? 要：C-CDIO模式是一種專為工程專業課程設計的教育模式。在“數字圖像處理”課程教學改革中應用C-CDIO模式，對培養相關專業創新應用型人才有重要作用。本文簡單闡述了C-CDIO模式的內涵及對教學改革的意義，通過分析“數字圖像處理”課程的特點以及相關教學中存在的問題，重點討論了基于C-CDIO模式的“數字圖像處理”課程教學改革實踐措施，以供諸位參考。

關鍵詞：C-CDIO模式;數字圖像處理;教育信息化

中圖分類號：G642;TP317.4-4? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0099-03

Abstract：C-CDIO mode is an educational mode designed for engineering courses. The application of C-CDIO mode in the teaching reform of “Digital Image Processing” course plays an important role in cultivating innovative and applied talents of relevant majors. This paper briefly expounds the connotation of C-CDIO mode and its significance to teaching reform. By analyzing the characteristics of the course of “Digital Image Processing” and the problems existing in the relevant teaching，it focuses on discussing the practical measures of teaching reform of “Digital Image Processing” course based on C-CDIO mode for your reference.

Keywords：C-CDIO mode;digital image processing;educational informatization

0? 引? 言

在大數據、“互聯網+”的時代背景下，數字圖像處理技術逐漸被應用到各個領域當中，如RS技術中的遙感衛星圖像處理、智能交通系統中的交通信息圖像處理、GPS技術中的實時圖像處理、虛擬仿真技術中的仿真圖像處理、人臉識別技術中的三維圖像處理等。這就使得社會對數字圖像處理方面專業人才的需求量逐漸增多，與此同時，數字圖像處理技術的發展也給相應的課程教學帶來了新的挑戰。為培養學生的專業素養與專業技能，發展學生的思維創造力，數字圖像處理課程教學亟待做出改革，不斷優化教學方法，以順應當前數字圖像處理技術的發展。

1? C-CDIO模式的內涵及其對教學改革的意義

所謂C-CDIO模式，就是一種基于CDIO教育理念，以產品研發到產品運行的生命周期或者工程項目為載體、以培養高級工程專業人才為目標的跨界融合工程教育模式。其中，第一個C表示教育資源、理念、方法以及課程體系等的跨界融合;而CDIO指的是產品或者項目開發的四個階段，即Conceive（概念、構思或創意）、Design（設計或計劃）、Implement（實施、實現或執行）、Operate（運轉）。C-CDIO模式將工程環境特征引入學校，以此作為學校工程教育的環境特征;它提出讓學生廣泛參與產品或項目一體化開發，著重強調發展學生的創新性思維，培養學生的綜合實踐能力，倡導自主學習與團隊合作。

實施基于C-CDIO模式的教學改革，學生以完成項目為主要學習目標，在完成項目的過程中圍繞項目主動探索、發現、分析并解決問題，而不是進行機械式的訓練與操作。此外，學生也會更加側重于構思與設計，通過實踐夯實理論基礎，并提高知識應用能力，而非單純地背誦、記憶知識。而且，學生也能夠在與他人的合作中獲取新的知識，從而彌補自身獨立學習的不足。因此，基于C-CDIO模式進行教學改革具有其必要性與可行性。

2? “數字圖像處理”課程的特點及教學問題分析

2.1? “數字圖像處理”課程的特點

數字圖像處理是一門集圖像技術、模式識別與人工智能、計算機視覺、數學形態學、自動控制等多種技術于一體的學科，也是眾多工科專業的主要課程;其具有綜合性、復雜性、理論性、實踐性、應用性的特點。對于學生而言，如果只學習理論知識而不進行實踐，那么就很難掌握其基本原理與技術，這不利于相關專業人才的培養。因此，在教學的過程中，教師要將理論與實踐緊密結合，不僅要重視理論知識，同時也要加強實踐訓練。

2.2? “數字圖像處理”課程教學問題分析

筆者認為，當前“數字圖像處理”課程教學中主要存在以下問題：其一，教學方法單一，多數教師還是沿用以往講授式的教學方法，忽視了培養學生的創新性思維;其二，重理論而輕實踐，相當一部分教師在課堂教學時并未向學生提供相應的實踐機會，而學校也沒有為學生構建相應的實踐學習平臺;其三，教學資源不足，高校大多應用自主研發的教材開展數字圖像處理教學，而教材中的內容與方法又過于固定，再加上數字圖像處理發展過快，所以難以滿足實際教學需求;其四，師資力量薄弱，缺乏數字圖像處理方面的專業教師。

3? 基于C-CDIO模式的“數字圖像處理”課程教學改革實踐措施討論

3.1? 應用項目導向教學法

C-CDIO模式下，學生是以項目為中心進行學習的，這恰好與項目導向教學法相一致。因此，高校應當在“數字圖像處理”課程教學改革中應用項目導向教學法。首先，根據課程特點、課程內容以及相關的最新技術發展動態，確定項目題目與項目教學目標，如“基于形態學運算的星空圖像分割”，確定其教學目標為使學生掌握原始星空圖像的濾波去噪處理技術、去噪后圖像的形態學運算處理方法以及形態學處理后的圖像的二值化方法;如“車牌識別預處理技術”，確定其教學目標為使學生掌握原始圖像增強處理方法、增強后圖像灰度變換方法、灰度圖像直方圖均衡處理方法以及二值化處理方法。其次，定期向學生發布題目，讓學生針對題目通過查閱文獻資料、實際調查、收集新聞等各種渠道進行專題調研，并制作專題調研報告。再次，開展報告討論活動，讓學生與教師、其他學生圍繞項目進行交流。最后，要求學生根據專題調研報告及討論結果制作項目方案，方案中包含項目實現方式及相關技術應用，并進行實際操作，得出結果;在學生操作過程中，教師應及時給予學生指導與幫助。另外，為了給學生提供創新性學習空間，達到在項目全周期下的真實工程教育環境中培養學生綜合實踐能力的要求，高校還要以真實項目為核心，構建學校、企業與社會三個層次的C-CDIO工程教育平臺，讓學生從傳統的虛擬環境實踐中走出來，全面參與到平臺提供的實際項目運作中。教師、企業和社會組織可通過平臺向學生發布項目題目，掌握學生完成項目的整個過程;學生申請教師發布的項目時，必須像玩游戲一樣進行“闖關”，獲得項目設計、實踐訓練等過程的積分，在積分達到一定程度時，學生有權參與到校企合作項目、學校雙創項目、社會眾籌項目中，從而不斷在實踐中提升學生的創新能力、設計實踐能力。

3.2? 理論與實踐教學相結合

在C-CDIO模式下，學生是要參與到實踐中的。但是對于教師本身而言，課堂教學時間有限，再加上“數字圖像處理”課程教學內容較多，所以，要在有限的時間里讓學生參與到課堂實踐中，并充分吸收教學內容，教師應當基于實際情況將理論與實踐教學相結合。教師可遵循“需求分析——理論推導與驗證——技術實現——實際案例——最優方案總結——發展趨勢展望”的授課主線，同時進行理論與實踐教學。例如，在Photoshop的教學中，教師可利用多媒體設備出示使用Photoshop處理過的圖像的前后對比圖，向學生講解Photoshop對圖像處理的作用，使學生了解當前Photoshop圖像處理的實際需求;再向學生演示部分Photoshop圖像處理過程，使學生熟悉其桌面環境、理解數字圖像處理基本概念、學習矢量式圖像與位圖式圖像的特點，并讓學生看到實際處理效果，加強學生對Photoshop基本功能的認知，便于學生掌握Photoshop軟件操作技術;然后隨機選擇學生使用Photoshop對某一圖像進行處理，進一步加深學生的認識;接著給出部分Photoshop圖像處理的成功案例，與學生共同分析案例中所用的圖像處理方法，并讓學生使用所學方法對案例中的原始圖片進行處理;最后基于Photoshop在各個領域中的實際應用，向學生介紹最新版本的Photoshop的功能，激發學生使用Photoshop進行圖像處理的興趣。

3.3? 豐富教學資源

在C-CDIO模式下，學生是要進行自主學習的。但由于學生普遍缺乏自主學習能力，也沒有扎實的知識基礎，因此，為了促進學生主動學習，使學生熟練掌握課堂所學的數字圖像處理知識，同時拓展學生的知識面，高校應當緊跟數字圖像處理的發展，不斷豐富教學資源。其一，充分發揮校圖書館、教學資源數據庫的功能與作用，將文獻、書籍中有關數字圖像處理的內容與教材進行有效融合，并要求教師為學生布置查閱相關文獻、書籍的學習任務;其二，基于實際教學條件在教學管理系統中增加MATLAB、Photoshop、Open CV、VLIB、C語言、KEIL等軟件學習模塊，或者在教學管理系統中增加數字圖像處理相關軟件安裝包下載模塊，促進學生掌握相關軟件操作技術;其三，在條件允許的情況下，擴充第二課堂教學資源庫，引入其他高校與數字圖像處理相關的精品課程，并將其納入學校第二課堂學分考核范圍，以吸引學生主動觀看，同時，使用錄播設備對學校數字圖像處理方面的優秀教師的教學過程進行錄制，并將處理后的視頻放到學校網站上，以供學生學習。

3.4? 加強師資隊伍建設

教師是C-CDIO模式的實施者，也是教學改革的推動者。因此，高校要基于C-CDIO模式進行“數字圖像處理”課程教學改革，也應當加強師資隊伍建設。一方面，利用開學初期對數字圖像處理相關專業教師師德師風考核進行調研和督查，全面了解教師師德師風情況;加強對優秀教師的培養，貫徹落實骨干教師考核工作;組織教師進行專職培訓、遠程研修，并開展以促進“數字圖像處理”教學改革為主題的教研活動以及相關專題報告會，提升教師的整體素質。另一方面，引入具有專業素質與技能且有良好師德的師資，嚴把學習、教育教學基本素質與能力、普通話水平等質量關，提高準入標準，以壯大學校師資隊伍。此外，高校也要根據實際情況適當調整數字圖像處理方面的教師職稱評聘標準，提高相關福利待遇，以激發教師開展教學工作、推動教學改革的積極性。

4? 結? 論

隨著科技飛速發展，以及社會經濟水平持續提升，數字圖像處理技術會更加具有針對性、靈活性以及多樣性，相關理論知識也會逐漸趨向于完善。與此同時，其應用范圍也會逐漸擴大。高校要順應數字圖像處理的發展趨勢，基于實際情況對數字圖像處理課程教育教學模式進行改革，通過應用項目導向法、理論與實踐教學相結合優化教學方法，并借助互聯網豐富教學資源，同時，加強師資隊伍的建設，從而使課程教學滿足學生全面發展的需求以及社會對人才的需求。值得注意的是，教學改革是一個漫長且循序漸進的過程，在此過程中，會不斷產生新的問題，高校要充分發揮自身的優勢與教師的職能與作用，及時解決這些問題，逐漸完善人才培養模式，進一步推動教學改革的發展。

參考文獻：

[1] 唐超，檀明.數字圖像處理課程CDIO模式教學法實踐 [J].電腦知識與技術，2016，12（6）：154-155.

[2] 劉偉，鄭揚冰，劉紅釗，等.基于C-CDIO模式的“數字圖像處理”課程教學改革與探討 [J].電腦知識與技術，2015，11（36）：98-100.

[3] 吳冬梅.融入研究性教學模式的數字圖像處理課程教學改革 [J].武漢大學學報（理學版），2012，58（S2）：160-162.

[4] 梁志貞，江海峰，楊小冬.基于“卓越計劃”的數字圖像處理課程教學改革實踐 [J].高教學刊，2016（3）：146-147.

[5] 李彤，張璇，王旭，等.SE-CDIO工程教育模式的探索與實踐 [J].高等工程教育研究，2014（1）：52-57.

作者簡介：王云峰（1968.11-），男，漢族，甘肅蘭州人，教授，博士研究生，研究方向：公安技術、模式識別。