《數字圖像處理》選修課一體化教學研究

劉直芳　張繼平

【摘要】數字圖像處理技術是一門發展很快且應用面很廣的學科。本文探討了《數字圖像處理》課程中教學和科研一體化的過程。主要從激發學生興趣加強工程技術的方法論教學和完善考核機制等方面來進行研究和論述。教學實踐表明，這一系統的教學改革方案對于提高課程學習者的學習效果有顯著作用。

【關鍵詞】數字圖像處理；教學改革；一體化教學

《數字圖像處理》是高校信息類專業一門重要的選修課程，是一門涉及學科領域相當廣泛的交叉性學科，其應用遍及通信、宇宙探測、遙感、生物醫學、工業生產、機器人視覺、視頻與多媒體系統、軍事和公安等諸多領域。從1998年開始，教育部要求各高校實行新的教學大綱，根據要求，學生攝取的知識和信息量迅速增加。各專業對每門課程的授課學時都在不斷壓縮，針對《數字圖像處理》這門課程的理論性、實踐性、系統性和探索性的特點，若不進行課程的教學改革，不對經典的授課內容重新進行精選及更新，將很難反映課程內容的時代性特征；若仍然遵循傳統的強調以教師為中心的教學模式和觀念，盲目地灌輸為主，勢必會導致每堂課程中信息量的大量堆積，學生只是被動接受老師的講解，由此導致的直接后果是學生對學習沒有興趣甚至產生厭學的情緒，使學生的主觀能動性難以發揮，限制了學生的創造和諧思維及實踐能力的培養，難以達成課程教學的目的。另單一的教學模式，也不利于學生個性的發展和拔尖人才的脫穎而出；因此在當今知識經濟時代，想要培養出大量具有綜合素質的創新人才，必須轉變單純知識傳授的應試教育觀，代之全面綜合素質培養的新的教育思想，所以對《數字圖像處理》課程實施改革是必須的。

1數字圖像處理的特點

作為一門本科生計算機專業的選修課程，它是一門綜合性很強的學科，其講授的內容為數字圖像處理技術的基本概念、原理和算法及其應用，該課程具有以下特點：

1.1多學科交叉、滲透性強。數字圖像處理涉及數學、物理學、控制理論、信號處理、生物生理學、心理學、計算機科學等多個領域的知識。課程內容廣泛、理論抽象、算法實現不直觀。各學科之間的交叉、集成和滲透，對教和習提出了較高的要求，學生要真正理解相關知識和技術并不容易。

1.2理論性和應用性并重。數字圖像處理課程既具有完備的理論基礎，又是一門應用廣泛的實用學科，理論性和實踐性都很強。因此，理論和實踐相結合是研究與教學的關鍵，既要注重基礎知識的教學，同時又要加強學生工程能力和實踐能力的培養。

1.3發展速度快。數字圖像處理技術是隨著相關學科的發展而發展的，低成本硬件的發展和新興應用領域的開拓，推動著數字圖像處理技術迅猛發展。這促使該課程的教學內容需要不斷更新，相應地對教學方法和手段也提出了更高的要求。

2數字圖像處理課程教學中存在的問題

在我院，《數字圖像處理》課程一直是高年級學生(大三和大四)選修的一門專業基礎課程，在修這門課程之前，絕大部分學生沒有學習信號處理與系統等方面的課程，因此不具備有關信號與信息處理方面的知識，而且對于高年級同學而言，求職和考研的壓力很大，往往無法集中注意力或沒有相關基礎完成這門課程的學習任務，學習的動力和興趣都較低年級有所下降。學生出勤率也大幅度下降，課堂紀律松懈，很多同學在課上翻看考研或英語書，對課程學習抱著敷衍了事的態度。面對學生懶散的學習狀況，如果教師不采取措施加以引導并使其得到改善，形成教學相長的教學氛圍，勢必影響教學效果。

作為工科專業的大學生，在四年的學習和實踐中，必須培養起綜合運用所學知識應用于工程實踐的能力。《數字圖像處理》是一門面向工程實踐的課程，要求學生具備“學以致用”的能力。

根據普遍反映不少走向社會的大學畢業生感到動手能力不足、創新意識和創業能力缺乏的缺陷，特別是一些專業領域較強的內容，需要重新對基礎理論進行研究和學習。針對數字圖像處理這門課程而言，由于專業理論知識較多，需要數學基礎較強等特點，傳統的上課手段和方式很難滿足本科生對該課程的需求和理解，這樣導致很大部分學生上課缺乏積極性，從而沒有深刻認識到該課程在實際中的具體應用等。通過認真的分析與討論認識到，其根本原因在于我國大學教育的特點是普遍重視知識和理論的傳輸，忽視動手能力的培養，尤其缺乏創新教育。針對普通高校這種教育方式的現實不足，為從根本上改變這種局面，我們努力解放教育思想，轉變重理論輕運用、重課堂輕課外的傳統和觀念，改革創新型人才培養模式。以建設創新型社會為契機，根據高校的特點以及社會經濟發展的要求，以科技創新教育為主線，探索新的人才培養模式。

3一體化教學手段的運用

本科教學過程具有很強的探索性，它不僅要傳授知識，傳承文明，還擔負著發現未知和培養學生探求新知能力的任務。因此，本科教學過程本身就含著教學與科研兩種因素，兩者是緊密結合在一起的。結合我院的教學傳統“重視教學與科研的有機結合、相互促進、共同提高”和我院的指導思想“以科研推動學科和師資隊伍建設，以科研促進教學”，在抓教學質量的過程中，特別強調科研對教學的促進作用。“聯系教學實踐搞科研，通過科研提高自身素質，切實提高教學質量”，這是每個教師的目標與任務；結合學科和專業特點，立足于我校本科人才培養目標，抓住兩個主體，即：面向教師主體的“科研驅動、行業滲透、課堂傳授”的教學要求，面向學生主體的“系統學習、階段／綜合訓練、項目參與”的學習目標。針對本科生的選修課《數字圖像處理》，我們提出“一體化”教學理念，就是在整個教學過程中，融入實際工程項目和科研項目的子課題，讓學生積極參與實踐的同時學習到基礎理論知識，鍛煉和培養了創新型人才，將科研成果轉化為課程內容，開闊學生的學術眼光和視野、進行學術熏陶。實踐表明，通過啟發式的案例教學，不僅使同學們深刻領會到學習該門專業課的真正目的和用途，而且還大大提高了學生綜合運用專業理論知識去分析和解決復雜的實際問題的能力，專業理論與實踐緊密結合，即生動又直觀，非常有利于學生學以致用的應用型人才培養和創新思維能力的培養，收到了良好的教學效果。

3.1課堂教學方面。《數字圖像處理》課程的學習難度較大，對于部分基礎薄弱的學生而言，嚴密繁瑣的數學推導是令人望而生畏的，課程剛開始的興奮感很容易轉化成3分鐘的熱度。因此，要想讓學生在課程的全過程都保持興趣，將課程的內容化繁為簡，以深入淺出的方式講述課程是十分必要的。

在教學手段的設計與運用方面，不僅僅局限于本課程的學期教學過程，更注重該課程對學生專業學期的長遠影響，以及對專業探究方法的引導。

基于豐富完善的教學條件和現代化多媒體技術的廣泛運用，根據教材和教參，制作了先進美觀的教學課件；同時注重概念中的變化，在關鍵算法方面輔

助以動態課件和傳統板書相結合的方式；每堂課均包括：內容回顧、新概念有機聯系、章節縱覽、新內容講解、小結、提問、練習等環節，始終保持活動集中的課堂氣氛，保證了教學效果，激發學生的積極性和參與性。

同時在部分章節講授完成后，通過階段訓練模式強化對主要技術與算法的應用；通過實際工程案例分析，講授該課程的技術應用與發展趨勢。

3.2科研實踐方面。注重培養學生的創造性思維和實際動手能力。工程技術方法論是一門新興的邊緣學科，是關于技術開發、技術發明或工程技術并研究一般方法的理論，探討運用工程理論的技巧，闡明工程技術研究活動的一般指導原則。

采用個體與小組相結合的模式，在常規的練習解答環節以外，設置了新技術信息檢索與講解、算法推導、課程設計點評等環節，要求學生以小組為單位共同參與、面向全體同學講解的方式，即深化了專業知識，又提高了學生在新知識探索、總結和團隊溝通、專業表達等方面的技能，為后期的競賽和項目推動奠定基礎。

針對各年級學有余力的同學，設置選擇性實驗，利用課外學時，為學生提供實驗環境和必要的指導。采用大作業的創新實驗形式，要求學生以小組為單位，完成一個實際工程中的算法軟件設計與開發。學生也可自擬目標(題目)，自行選擇開發平臺、工具、技術和方法，最終提交可運行軟件。旨在發揮學生的學習主動性，在學習過程中的創作性和團隊協作精神。

這是綜合性較強的實驗，主要引導以學生團隊方式參加，部分課題可以拓展到本科畢業設計課題完成或參加相應的競賽。

3.3考核方法。在教學實踐中，我們深刻地體會到，良好的學風是教學質量的根本保證。為了提高本課程的教學質量，培養良好的學風，必須建立一個合理的面向能力培養的考核機制。

考試是學習的指揮棒，這根指揮棒運用得當，對學生學習內容的掌握、實驗技能的提高、求新創新能力的培養都有很大的促進作用，傳統的課程考核手段不利于學生創造能力的培養，主要考學生在課堂教學的內容，而不是考學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。為了抓平時的學習，加強能力培養，我們進行了考核方法的改革，將平時的課堂的練習、課后的科研軟件開發設計等列入平時成績，課程最終的考核成績綜合期末考試成績(占70％)和平時成績(占30％)得出。

4結束語

數字圖像處理課程和與其它專業課程有著密切的內在聯系，在教學環節中起到承上啟下的作用。因此，在本課程的教學過程中，充分采用現代化教學方式與理念，培養學生的創造性思維和綜合素質，本文根據數字圖像處理課程的具體特點，結合教學實踐，提出一體化的教學手段和方法。實踐表明，通過實際工程案例教學，不僅使同學們深刻領會到學習該門專業課的真正目的和用途，而且還大大提高了學生綜合運用專業理論知識去分析和解決復雜的實際問題的能力，專業理論與實踐緊密結合，即生動又直觀，非常有利于學生學以致用的應用型人才培養和創新思維能力的培養，收到了良好的教學效果。