基于產教研融合的機器視覺類課程探索與實踐＊

彭 祺，屠禮芬

（湖北工程學院物理與電子信息工程學院，湖北 孝感 432000）

0 引言

電子信息類專業目前已開設的有關圖像處理的本科生課程有《光電圖像處理》[1]、《數字圖像處理》[2]和《數字圖像傳感器應用》[3]，在上述課程教學中，遇到的問題如下：（1）《光電圖像處理》和《數字圖像傳感器應用》1/3 的部分偏重硬件，2/3 部分偏重理論算法，對于本科生來說偏重硬件的部分因缺少實驗實踐，講授起來較為空洞，學生難以直觀了解這兩門課的用途；而理論算法部分，本身數學基礎要求高，對于大部分學生來說因基礎知識條件不足，學習起來較為困難。（2）《數字圖像處理》基本全部偏重于理論算法，對于本科生來說，同樣因數學、信號處理等基礎偏弱，學習起來較為吃力；即使對于少部分成績較好的學生來說，理論能聽懂，但是算法把握不足，缺少算法應用環境，難以應用到實踐中。由此可見，有關于圖像類課程的教學，均存在硬件平臺缺失，應用實踐薄弱的問題。

另一方面，反觀社會需求，當前國家大力扶持人工智能相關產業[4-6]，如2020 年已在武漢各大醫院、火車站使用的防疫機器人，能代替不少人力物力。而圖像類課程在人工智能領域的第一大結合點即為機器視覺，機器視覺除應用于機器人行業，還可應用于工業檢測、智能交通、無人駕駛等領域，可以說應用領域十分廣泛。但通過企業招聘調查發現，對于該領域，企業只能去招聘碩士，甚至博士畢業生，對于許多維護性的工作、非研究性的軟件開發工作，任用碩博士成本較高，因此迫切需求具備機器視覺相關知識的本科生。

綜合校內教學和校外需求，兩者分別存在的問題，也是兩者之間的矛盾[7-8]，所以迫切需要對該類課程進行探索和實踐，將產業需求、教育教學以及教師的科研，三者有機結合，探索出一項新的教學模式，既能滿足學生的動手實踐能力提升，使學習到的理論知識不空洞，也能滿足社會企業用人需求。

1 基于產教研融合的方案

1.1 教學思路

本方案的順利實施，需要結合企業與學校的平臺，還需要教師為學生提供指導。基本思路是：教師在自身科研的基礎上，與企業建立合作關系，綜合企業需求和本科生專業課程的特點。以此為指導，編制新的教學計劃和教學方法，重點突出教學上的理論結合實際，并有針對性地培養學生動手能力，為合作企業解決實際問題，并在解決實際問題的過程中，教師進一步做指引，引導學生思考工程問題中存在的科學問題，培養學生的創新和創造意識。具體技術路線和實施步驟分為以下五步：

第一步，教師的準備階段：需要教師結合自身科研基礎和本科生專業課程設置要求，與相關對口需求單位建立穩定的人才培養預備方案。

第二步，教學方案設計：結合前期的人才培養預備方案，設計合適的教學方案，新的教學方案既要符合基礎的本科生培養方案，又要符合新的產教研教學模式要求。

第三步，課程考核方法調整：新的教學模式包括三個部分，即課堂教學設計、企業動手部分、參與科研部分，共同構成學生這一類專業課程的綜合成績。所以需要對傳統考核方式進行調整，協調這三部分的成績比例，給真正優秀的學生綜合高分，達到公平公正的目的。

第四步，教學的具體實施：由于本類課程包括多門課，還有不同的班級，項目負責人需要先選擇部分班級作為試點，在取得較為滿意的教學效果反饋之后，需要講授該類課程的其他項目參與者共同完成全部相關班級的過渡。

第五步，學生管理模式更新：新的課程設置及考核方式的調整，促使傳統的學生管理方式需要做出對應的模式更新，原來以班級、單門課程為單位來管理不合適，需要將所有選修此類課程的學生作為一個管理整體，內部又分為不同的課題組來管理。

1.2 教學案例

普通本科生入門機器視覺類課程領域的難點在于學以致用，以48 學時的課程為例，本次教學實踐活動分為三個階段：

第一階段：16 個學時的快速課本教學，要把原本48 學時的教材進行學時壓縮，故上課時要以基本概念講解為主，只需要學生了解基本課程架構即可，可結合學生的先修相關課程進行引導式教學。

第二階段：16 學時的教師引導實際案例分析，教學安排如表1 所示，該部分是本產教研融合教學方案的核心部分，需要教師結合自身的科研和實踐經驗，引導學生共同開發實際應用案例。通過該階段的訓練，使學生掌握如何靈活運用教材的基本概念和網絡中現有方法，來解決實際問題。一方面通過這種實踐教學，可以充分培養學生的動手能力；另一方面，讓學生在實踐中掌握理論知識，更能激發學生對學習的興趣，開發其自學的意愿。

第三階段：16 學時學生自主完成實際項目。結合前期的課堂理論教學和案例分析，學生已經掌握了如何結合理論知識解決實際問題，所以本階段的重心在于學生，屬于學生自主創新部分。教師根據課程特點，結合當前該課程的應用領域，設置一些較為經典的實際應用項目，如表2 所示，該表中教師設置了四個實踐項目，并對項目的類別進行了說明，根據完成該任務的方案不同，又將一個項目分成了多個子項目，實際就是用不同的方案去解決同一個問題的多種思路。學生首先根據自己的興趣選擇一個主項目，建立四個團隊，團隊內成員分工合作，用不同思路完成項目。教師要鼓勵學生創新，學生可以采用教師提供的思路，也可以自主創新，給出新思路。這一部分是檢驗學生學習效果的重要部分，該部分的完成情況，作為本門課程最終考核成績的一部分，推薦占比在30%左右。

表2 學生自主完成實際案例

2 新教學方案的成效及意義

2.1 在教學工作方面，有利于激發學生的創造力、創新力

基于產教研融合的機器視覺類課程探索與實踐，以學校本科生教學為基礎平臺，以社會需求為背景，以科學研究為目的。在與需求方生產實踐和管理實踐中，學生會在老師的帶領、指導下，把學到的書本知識運用到實踐之中，從而加深對知識的理解，增強應用知識和解決實際問題的能力。不僅如此，產教研結合還會激發學生的創造、創新的愿望和熱情，激勵他們在實踐中不斷探索，不斷創新，而這種創新意識、創新能力、創新人才的培養正是培養具有獨立研究能力的學生的基本素質。

2.2 在提高教學質量方面，有利于提高教師的業務水平

在本科院校，大部分教師具備博士學位，專業水平高，理論知識豐富，但缺點是知識應用能力不強，實際操作水平不高，這也極大地影響了應用型人才的培養。通過產教研融合的模式培養學生，不僅僅提高了學生的能力，還能為教師自身，特別是專業課教師參加實踐、提高實際工作的能力提供了條件和機會。把理論知識與生產實踐相結合，把教學與科研相結合，這有利于提高自身業務素質。

3 結語

教學實踐表明，以上所探討的產教研融合專業知識的教學方法，能夠顯著提升學生對本門課程的興趣，課堂互動更加頻繁、學生的學習熱情顯著提高。培養出的學生有成熟的動手能力和卓越的創新思維，畢業之后，無論是選擇就業還是繼續深造，都是過硬的籌碼。對于參與研究的教師，也能實時跟蹤當前社會需求，不斷完善自己的知識儲備，提升自身教學和科研能力。