以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的研究生教學(xué)實(shí)踐探索
——以數(shù)字圖像處理課程為例

吳曉璇，李正茂，張新，郭昌建

(合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，安徽合肥 230601)

0 引言

黨的十六屆五中全會(huì)將提高自主創(chuàng)新水平當(dāng)作調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改革經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的中心環(huán)節(jié)，這也給當(dāng)前高等教育教學(xué)工作提供了方向，即大力發(fā)展創(chuàng)新型教學(xué)，注重培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力。

但是，就教育實(shí)踐狀況分析，目前中國高等教育在教學(xué)實(shí)踐的開展過程中面臨著現(xiàn)實(shí)不足，部分研究生還是存在著被動(dòng)式教學(xué)，習(xí)慣于接觸、了解和掌握現(xiàn)有的理論知識(shí)，難以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性研究成果，更不必說具有獨(dú)特的教學(xué)視角和獨(dú)創(chuàng)性的研究方法了。培育創(chuàng)新實(shí)踐能力扎實(shí)的研究生并不是一蹴而就的，也是個(gè)循序漸進(jìn)的過程，學(xué)生必須在實(shí)踐中不斷嘗試和摸索。

地方高校研究生的培養(yǎng)應(yīng)動(dòng)態(tài)地與地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高層次人才需求相結(jié)合，在明確地方高校研究生教育改革目標(biāo)導(dǎo)向的基礎(chǔ)上，從探索課程設(shè)置和教學(xué)方式創(chuàng)新入手，在推進(jìn)地方高校研究生教學(xué)改革中，走差異化、特色化、多樣化的研究生培養(yǎng)之路。

1 研究生課程教學(xué)現(xiàn)狀

雖然中國高校在研究生教育中開展適當(dāng)?shù)恼n程教育對(duì)于學(xué)生理論素養(yǎng)與科學(xué)研究水平的提升具有一定的意義，但目前中國研究生課程教育的內(nèi)容、教學(xué)方法、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和課程與研究的主次關(guān)聯(lián)等方面上還存在一定缺陷。

1.1 授課內(nèi)容陳舊

針對(duì)工科類研究生來說，授課的內(nèi)容與方式應(yīng)與本科生教學(xué)有所區(qū)別。不能僅限于最基本的工程理論知識(shí)，還應(yīng)緊隨專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展方向，結(jié)合案例分析，著重介紹理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用[1]。但是，現(xiàn)階段很多高校的電子信息專業(yè)，研究生的課程內(nèi)容體系相對(duì)陳舊，具有一定的滯后性與重復(fù)性，與專業(yè)學(xué)術(shù)發(fā)展的前沿水平相對(duì)脫節(jié)，使得學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)還趕不上新時(shí)期技術(shù)知識(shí)更新的速度。

1.2 理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐相脫節(jié)

電子信息專業(yè)是一個(gè)將理論指導(dǎo)與工程實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的應(yīng)用型學(xué)科，因此在研究生的教學(xué)和訓(xùn)練過程中，應(yīng)將課程內(nèi)容與工程實(shí)際高度融合。但是，由于現(xiàn)階段電子信息專業(yè)研究生的課程教學(xué)主要處在傳授理論基礎(chǔ)知識(shí)的層次上，從而導(dǎo)致了學(xué)生在所掌握的基礎(chǔ)理論教學(xué)與現(xiàn)實(shí)工程實(shí)際運(yùn)用過程中出現(xiàn)了一定的脫節(jié)現(xiàn)象。同時(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)方法也不能將理論基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)踐知識(shí)系列化、理論化，因而把學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)有效運(yùn)用到工程實(shí)際中，縮短二者差距是當(dāng)前電子信息專業(yè)研究生教學(xué)改革的重點(diǎn)所在。

2 已有研究實(shí)踐基礎(chǔ)

機(jī)器視覺作為人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)重點(diǎn)研發(fā)方向，目前已被廣泛應(yīng)用在智慧交通、航空航天、生物醫(yī)藥和工程測(cè)試等領(lǐng)域[2]。數(shù)字圖像處理作為機(jī)器視覺方向的基礎(chǔ)課程，目前在國內(nèi)外許多高校的信息電子類及有關(guān)學(xué)科中均已面向研究生開設(shè)，該課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力意義重大[3]。

目前，傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理課程講授往往囿于基本理論與方法原理，而實(shí)驗(yàn)課多以測(cè)試型實(shí)驗(yàn)為主。從傳統(tǒng)課堂教學(xué)角度看，學(xué)生往往只了解了該課程中的基本概念，掌握了課程中的基本原理，并能夠基于此解決一些單一、簡(jiǎn)單的實(shí)際問題，但針對(duì)復(fù)雜性實(shí)際問題，多數(shù)學(xué)生往往無法著手。由此可見，傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)與提升研究生創(chuàng)新思維及實(shí)踐能力的目的，因此變革該課堂教學(xué)方式已勢(shì)在必行。該課程目前在本校電子信息專業(yè)已開設(shè)一屆，課程組根據(jù)課程評(píng)價(jià)結(jié)果及導(dǎo)師反饋，進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)形式的思考。

2.1 與時(shí)俱進(jìn)，注重課程內(nèi)容的優(yōu)化更新，采用多樣化的教學(xué)形式

根據(jù)學(xué)科基本知識(shí)，穿插或引入了當(dāng)下的研究重點(diǎn)和方法，構(gòu)成了內(nèi)涵較豐富的一系列課題，并在教學(xué)活動(dòng)中采用多種教學(xué)形式，激發(fā)課堂氛圍，提升教學(xué)效果。在教學(xué)方法上對(duì)以往填鴨式的教學(xué)模式進(jìn)行改革，把課堂教學(xué)與研究?jī)?nèi)容有機(jī)整合。其中，在課堂教學(xué)上突破了重、難點(diǎn)問題，即在圖像加強(qiáng)、圖像還原和圖像分割這三個(gè)方面知識(shí)的基礎(chǔ)課程上，采取延伸課程的形式把學(xué)科范圍的新科技動(dòng)態(tài)和成果進(jìn)行整理歸納，拓寬學(xué)生眼界和思維。

2.2 以案例加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維的引導(dǎo)

在課程教學(xué)中，可以根據(jù)應(yīng)用型與學(xué)術(shù)型研究生培養(yǎng)的特征，實(shí)施分類指導(dǎo)，提出不同完成目標(biāo)。以講授的圖像復(fù)原為例，可以設(shè)想一個(gè)圖像復(fù)原案例：實(shí)現(xiàn)了一張小尺度、低清圖片的高清放大以及復(fù)原功能。在對(duì)影像處理，一般采用了最近鄰插值算法、雙線性插值方法以及雙三次插值方式，而這種方案盡管進(jìn)行了圖像尺寸放大，但在清晰度上卻并不理想。為介紹更好的圖像還原算法，在介紹時(shí)把基于深度學(xué)習(xí)的EDSR 方式引入來，并和傳統(tǒng)的處理方式進(jìn)行了對(duì)比。這個(gè)案例的基本特點(diǎn)就是，使用了基于經(jīng)典方法的空間插值算法進(jìn)行了對(duì)圖像的還原，從而使用EDSR 算法就達(dá)到了既保證圖像尺寸放大，又保持圖像清晰度高的目的。案例的導(dǎo)入，增強(qiáng)培養(yǎng)他們處理現(xiàn)實(shí)問題的意識(shí)和動(dòng)手能力。

2.3 完善課程教學(xué)評(píng)估體系

針對(duì)應(yīng)用性與學(xué)術(shù)型兩類研究生提出差異化的評(píng)價(jià)要求，設(shè)置附加項(xiàng)目，讓學(xué)有余力的學(xué)生在完成基礎(chǔ)培養(yǎng)的基礎(chǔ)上能夠挖掘自身潛能，增強(qiáng)自我創(chuàng)新與實(shí)踐能力。具體來說，要針對(duì)教學(xué)方法與講授內(nèi)容的差異，制定針對(duì)性的考核要求、評(píng)價(jià)辦法。

2.4 加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維的引導(dǎo)

在課程教學(xué)過程中，老師應(yīng)該充當(dāng)推動(dòng)、支持和指導(dǎo)的角色，明確課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以“提出問題”為引導(dǎo)，以培養(yǎng)創(chuàng)造性思維為主線設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。“師－生雙主體”的以“教師為中心”的PBL 學(xué)習(xí)模式，旨在幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，同時(shí)也有助于學(xué)生更好地提升創(chuàng)新思維和分析實(shí)際問題的能力。

2.5 加強(qiáng)導(dǎo)師的教學(xué)指導(dǎo)作用

在研究生課程學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)不斷增強(qiáng)導(dǎo)師的職責(zé)意識(shí)和指導(dǎo)能力。導(dǎo)師的指導(dǎo)應(yīng)貫穿于研究生培養(yǎng)的整個(gè)階段，并不簡(jiǎn)單體現(xiàn)于科研實(shí)踐和畢業(yè)論文寫作中。在研究生入學(xué)初期，導(dǎo)師應(yīng)根據(jù)自身研究方向和承擔(dān)項(xiàng)目情況及學(xué)生自身情況，介紹其可以從事的研究領(lǐng)域，讓學(xué)生對(duì)研究方向有一定了解，從而幫助研究生確定研究選題。后期，導(dǎo)師應(yīng)間歇性的考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與掌握情況，為學(xué)生定制選課計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)查缺補(bǔ)漏，在此過程中不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，為科研創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3 以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的研究生教學(xué)實(shí)踐

高校研究生旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力。針對(duì)培養(yǎng)不同目標(biāo)的研究生需求，培養(yǎng)過程應(yīng)突出側(cè)重點(diǎn)。對(duì)于培養(yǎng)學(xué)術(shù)型學(xué)生，應(yīng)側(cè)重在對(duì)新理論知識(shí)和方法的理解和掌握上，因而教學(xué)比較強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；而對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型學(xué)生，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力。所以，根據(jù)不同類型研究生的不同培養(yǎng)目標(biāo)，通過研究不同教學(xué)模式，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力進(jìn)行融合。國內(nèi)外各高校針對(duì)專業(yè)培養(yǎng)要求的不同，教學(xué)側(cè)重點(diǎn)也各有千秋。

數(shù)字圖像處理課程教學(xué)重難點(diǎn)包括：圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割及圖像特征表示和描述等北榮[4]，如圖1所示。

圖1 數(shù)字圖像處理課程主要內(nèi)容

各高校根據(jù)專業(yè)的不同需要，課程講解側(cè)重點(diǎn)略有不同。以合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院電子信息專業(yè)為例，《數(shù)字圖像處理》課程共設(shè)置40學(xué)時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)主要放在數(shù)字圖像的增強(qiáng)、復(fù)制、分類、特征提取、描述等幾個(gè)方面。為滿足學(xué)術(shù)型與應(yīng)用型的碩士研究生的不同課程要求，本專業(yè)分別設(shè)計(jì)了高度相關(guān)的實(shí)踐性練習(xí)。

3.1 與時(shí)俱進(jìn)，注重課程內(nèi)容的優(yōu)化更新，完善課程設(shè)置，采用多樣化的教學(xué)形式

以當(dāng)下的研究熱點(diǎn)為核心，結(jié)合專業(yè)的基本概念，構(gòu)建出一套完整的專題，并以激勵(lì)、激情、挑戰(zhàn)性的方式，讓課堂教學(xué)富有活力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的教育目的。這個(gè)全新的教育模式，不僅摒棄以往的死記硬背的傳授，而且還能夠讓講解與實(shí)踐緊密結(jié)合。通過引入多種形式的討論，特別是以圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割為主的課程，旨在幫助學(xué)生深入了解相關(guān)的知識(shí)，并且利用多種形式的討論，把當(dāng)前的科技動(dòng)向、研究成果以及未來的發(fā)展趨勢(shì)，全面地傳播給他們，進(jìn)而使他們更好地了解數(shù)字圖像處理的歷史、現(xiàn)狀以及未來的可能性。通過深入的探究，我們可以提高課堂的有趣性。課前，學(xué)生需要進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)，課中，老師盡可能地提供一些問題，幫助學(xué)生進(jìn)行深入思考。

3.2 以案例加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維的引導(dǎo)

為了更好地幫助學(xué)生掌握解決實(shí)際問題的技巧，教師將精心挑選最接地氣的案例，并且積極鼓勵(lì)學(xué)生探索各種新的思路，并且通過深入的對(duì)比，讓學(xué)生更清楚地了解不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從而提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。為了更好地滿足應(yīng)用型與學(xué)術(shù)型研究生的需求，根據(jù)需求量身定做相關(guān)課程[5]。一個(gè)有趣的案例是：如何使用最近鄰插值、雙線性插值和雙三次插值來進(jìn)行圖像復(fù)制。盡管使用這些技術(shù)可以讓圖片變得更加細(xì)膩，但是它們的精確性仍有待提升。通過應(yīng)用EDSR方法，可以更有效地復(fù)原原始圖像，而且滿足復(fù)原效果。該方法不僅可以有效地提升復(fù)原效果，而且還可以通過精確地調(diào)整參數(shù)，使得復(fù)原結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。

在課堂上，通過案例導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生自主探究，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)學(xué)生通過嘗試各種方法來解決實(shí)際情況。對(duì)應(yīng)用型研究生，應(yīng)重點(diǎn)考查學(xué)生根據(jù)具體問題是否具備選擇合適方法的能力；對(duì)于學(xué)術(shù)型研究生，應(yīng)重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)原理、算法的不同理解和分析，積極鼓勵(lì)學(xué)生探索創(chuàng)新。

3.3 完善課程教學(xué)評(píng)估體系

為了更好地評(píng)估以上兩種碩士研究生培養(yǎng)模式的學(xué)習(xí)效果，根據(jù)實(shí)際情況，采取適當(dāng)?shù)脑u(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)體系完善的評(píng)估內(nèi)容，以幫助學(xué)生挖掘個(gè)人潛力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐技能。在進(jìn)行評(píng)估時(shí)，應(yīng)該結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和授課對(duì)象，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出適合學(xué)生的考核內(nèi)容及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

本文以工科類課程《數(shù)字圖像處理》為例，通過分析目前高校研究生培養(yǎng)過程中課程教學(xué)的主要問題，系統(tǒng)性給出了以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的研究生教學(xué)實(shí)踐的具體措施，同時(shí)在合肥學(xué)院電子信息專業(yè)研究生教學(xué)過程中進(jìn)行實(shí)踐，取得了較好的結(jié)果。