基于設計的數字圖像處理課程教學改革探索

馬宏興 張伶

摘要：數字圖像處理課程在信息工程類專業中有著重要的地位。結合實際教學工作，本文針對本科教學中的數字圖像處理課程，從教學內容、教學方法、評價機制等方面進行了教學改革與探索。由教學效果來看，提高了學生對該課程的學習積極性，培養了學生分析與解決實際圖像工程問題的能力。

關鍵詞：數字圖像處理;課程設計;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0146-02

1引言

數字圖像處理課程在電子信息工程、信息工程專業培養計劃中是一門專業必修課，在該專業的學生知識體系建立中有著重要的作用。該課程主要講授圖像處理的基礎理論，基本方法，主要內容涉及圖像信息的基本表示、分析和處理方法，圖像信息的獲取、存儲、傳輸、處理及顯示的基本技術及應用。通過該課程的學習，使電子信息工程、信息工程專業的學生能夠掌握數字圖圖像處理的基本理論、方法、技術，發解數字圖像處理的最新應用和發展前景，為今后從事與數字圖像處理領域有關的研究和開發打下良好的基礎。

目前，在數字圖像處理課程本科教學過程中，存在著課時數不足，教材選用不當，實驗和教材相對脫節，學生只掌握了基礎知識，沒有將其應用于實際工程中等諸多問題。針對這些教學過程中的實際問題，本文從教學內容、教學方法、實驗設置、考核方式等方面，對數字圖像處理課程的教學與實踐進行了一些教學改革和初步的探索。

2教學現狀

當前，電子信息工程專業和信息工程專業所用教材為胡學龍老師編撰的《數字圖像處理》（第3版），在實際教學過程中，授課方式基本是按照“黑板+多媒體”的方式進行，主導是老師，學生只是聽和做，沒有發揮學生的主觀能動性。另外實驗以驗證性實驗為主，基本沒有設計性實驗。從這些年數字圖像處理課程的教學效果來看，學生對數字圖像處理課程的學習積極性不是太高，實驗也是流于形勢，學生成績相對處于下滑趨勢。分析其原因，主要有下面幾個方面：

（1）教學內容仍以理論為主。由于數字圖像處理是一門多學科交叉的課程，對數學基礎要求較高，實際授課過程中學生理解困難，例如講圖像變換時，由于涉及傅里葉變換，學生就會興致缺缺，基本不會參與到老師的授課過程中。

（2）教學方式仍是“多媒體+板書”，在實際授課過程中，學生仍是被動者，參與度不高，也激不起興趣。

（3）實驗效果不好，學生在完成實驗項目時，由于Matlab基礎不夠，或者數字圖像處理理論掌握不到位，也多以網上下載程序來完成實驗，而不是去理解，去自己編寫程序，大多數是以完成實驗任務的想法為主，而不是抱以“學習”的態度。

（4）考核方式存在問題。學生成績=平時（20%）+實驗（20%）+考試（60%）。學生的平時成績取決于考勤和作業，而沒有考慮到學生如何完成;實驗也是以考勤和實驗報告為主，沒有考察學生的完成過程;考試是全面考核學生對本課程的掌握情況，但是因學生生源及畢業率等問題，學生成績處于下滑狀態。

3教學改革

針對這些現狀，學院組織相關老師對該門課程進行了反復討論，重新修訂大綱與教學計劃，采取一些新的措施來提高數字圖像處理課程的教學質量，這些措施中，最主要的是突出了圖像處理課程設計，希望通過學生完成課程設計這一任務，來提高教學質量。

（1）更新授課內容與知識體系

重新規劃授課內容和知識體系，重新編撰新的講義，該講義需要結合原有圖像處理的知識體系，并在此基礎上，加入實際應用案例，通過這些案例，使學生能夠從心理上知道為什么要學數字圖像處理，學習之后有什么用，從而改變學生的學習觀念，從一個知識的接收者轉變成為一個知識的發現者和探索者。

改革后，數字圖像處理課程總學時保持不變，但在基礎知識講解時會相應減少課時量，一部分知識會要求學生在課前或課后去看視頻學習;每一章的授課內容中，會加入實際應用問題的課時，在課堂上與學生討論并加以解決;另外，有關基礎實驗會讓學生自己完成，教師會抽出相應課時進行提問和驗收。

（2）建立課程資源

根據所重新編撰的數字圖像處理講義，對基礎知識建立視頻庫和文檔資料庫，如果學生對某一知識理解不夠，可以去看相應視頻或文檔。同時，也會給學生提供一些網絡優質資源網站，引導學生去利用網絡資源，拓展眼界。

（3）明確課程設計為重要環節

數字圖像處理課程改革后，突出課程設計這一環節。在實際授課過程中，第一次課就會給學生布置一個有關數字圖像處理的課程設計任務，例如車牌識別或者人臉識別，這一設計任務是一個綜合性的工程問題，需要涉及數字圖像處理的各個知識環節。

學生在接受這一課程任務后，首先去查找資料，明確課程設計題目的實現流程，并提交相關文檔。教師在審閱這些文檔之后，在數字圖像處理課程的理論教學過程中，應有意識地根據學生提交的課程設計任務，對其展開討論并針對所設計的任務提出解決方案，提高學生的參與度，使得學生增加數字圖像處理課程的興趣。期末學生完成課程設計任務后，需要做PPT文檔，并用5到7分鐘時間面向全班學生進行答辯，同時依據課程設計，完成3000字左右的小論文寫作。

在課程設計過程中，需要注意的一點是授課教師應時刻關注學生的課程設計進度，不能布置后就置之不理。學生寫小論文時應該給出明確的寫作格式和寫作注意要點，從而訓練學生的寫作能力和歸納能力，提高論文撰寫能力。

（4）多種教學模式并舉，提高教學質量

在教學過程中，采用多種教學方式，教學不再是“多媒體+板書”，而是理論授課、課堂討論、工程項目、團隊作業、課后視頻學習、課程設計、課程實驗等多種形式存在，互補，以提高學生的參與度，積極性。

（5）考核方式多樣性

數字圖像處理課程改革后，注重過程教學，學生成績重點不在考試，而是在學習這門課程的過程中，學生學會了什么，做了什么，掌握了什么。學生的最終成績組成化分地更為細致，學生成績評定如表1所示。

從上表中可以看出，由課程設計與設計答辯組成的課程設計分值占30%，比重非常高。另外學生的成績評定不再是平時+實驗+考試模式，而是由10項組成，使得學生的成績處理過程性評價中，學生成績變得更為客觀。

4結論

自實施數字圖像處理課程教學改革后，該課程便成為學生喜歡的一門課程，學生的上課積極性在增加，學生上課玩手機、睡覺情況減少，聽課的學生變多，問問題的學生漸多，課后學生也會根據設計任務，查找資料并完成課程設計。整體來看，初步完成了數字圖像處理課程改革目的。