“數字圖像處理”課程教學改革與實踐

摘要：“數字圖像處理”課程具有內容寬泛、難度大、與其他課程和實際聯系緊密等特點。從教學內容、教學手段和方法等方面出發，提出教改措施，結合課程特點和實際教學經驗，對教學內容整合完善，傳統與現代教學手段并用，多種教學方法協同互補，如啟發性教學、研究性教學和討論性教學等，經過教學實踐取得了很好的教學效果。

關鍵詞：理論教學；數字圖像處理；團隊建設

作者簡介：史彩娟（1977-），女，河北唐山人，河北聯合大學信息工程學院，講師；谷學靜（1972-），女，河北唐山人，河北聯合大學電氣工程學院，副教授。（河北 唐山 063009）

基金項目：本文系河北聯合大學教育教學改革基金項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）22-0070-01

“數字圖像處理”是高等學校信息類專業的重要專業課程。該課程主要介紹數字圖像處理的主要內容與方法，論述數字圖像處理中的基本概念、理論和算法，教學內容主要包括數字圖像基礎、正交變換、圖像壓縮編碼、圖像增強、圖像復原、圖像重建、圖像分割等理論和方法。

隨著電子技術及計算機技術的飛速發展，圖像處理的理論和技術不斷地豐富和完善，新的理論和技術層出不窮，并逐步應用于實踐。圖像處理技術已經滲透到計算機、通信、交通運輸、醫學、物理化學、生物學、軍事、經濟各個領域，與人們的生活也緊密相關。

一、“數字圖像處理”課程的特點

“數字圖像處理”課程內容寬泛，難度大，每個章節都可以作為一個研究方向；與其他課程聯系緊密，如電子技術、電視技術、通信技術、計算機技術、數學物理等；與實際聯系緊密，如數字電視，視頻會議等。

因此“數字圖像處理”課程起點高、難度大，理論性和實踐性都很強。在傳統理論教學過程中經常會出現如下情況：一方面學生面對繁雜的數學推導感到困難，或是不能很好地將其他課程所學知識融入到該課程的學習之中；另一方面與圖像處理技術的最新發展經常脫節，不能很好地掌握圖像處理技術的最新前沿知識和最新動態。為此從教學內容、教學方法、考核方法以及師資等方面對“數字圖像處理”課程的理論教學進行了改革和嘗試，經過3年的教學實踐取得了顯著的效果。

二、不斷整合完善教學內容

教材的選取是完善教學內容的首要任務。盡量選取權威的、新近出版的教材作為該課程的主講教材，同時又不拘泥于一本教材，根據課程的系統性和實用性，向學生推薦一些新穎的相關書籍、專題性的文檔以及國外原版教材作為輔助性教材，從而增強學生對相關知識的理解。另外還可以根據講解內容的需要，充分利用網絡資源，查找相應內容以補充教材中的不足。

教學內容以基本理論、基本算法和基本技術為主線，以圖像處理的前沿知識、最新發展為補充，同時注意與其他課程的相輔相成。基本內容主要包括圖像處理的基礎知識、圖像處理中多種正交變換、圖像壓縮編碼、圖像增強、圖像復原、圖像重建和圖像分割等基礎知識。將這些內容的基本理論、基本概念、基本方法傳授給學生。由于數字圖像處理技術發展非常迅速，所以在授課內容上還要緊跟學科發展的腳步，及時地將新技術介紹給學生。如教材中的正交變換主要是介紹傅里葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換和哈達瑪變換，但作為正交變換中比較新穎的小波變換也會介紹給學生。這樣學生既可以掌握最經典的圖像處理技術，同時也能很好地把握學科的前沿新知識。另外教學內容上也非常注意與其他課程的相輔相成，盡量避免內容的重復講解。如教材中的圖像壓縮編碼中的熵編碼詳細地介紹了哈夫曼編碼和香農編碼內容，而在學生的前期課程信息論中對這些內容已經做了詳細的講解，所以當講解熵編碼時就簡單復習一下，而將講解的重點放在預測編碼和變換編碼上。這樣既讓學生了解了課程之間的關聯，又避免了教學內容無必要的重復。

三、采用多種教學方法和手段

由于“數字圖像處理”課程具有內容寬泛、難度大、與其他學科聯系緊密、理論性和實踐性都很強的特點，所有在講授的過程中注意采用多種教學方法和手段，從而達到最佳的教學效果。

1.傳統與現代教學手段相結合

板書作為傳統的授課方式，有其獨特的不可替代性。采用板書進行公式推導，可以增強學生對演算推論過程的理解和記憶。根據“圖像處理技術”課程的特點，圖像處理講授的理論知識是要應用在圖像上，需要通過觀察圖像的變化來理解圖像處理的基本技術。而多媒體教學手段具有豐富的表現力，使所學對象具有生動性、形象性、直觀性特點，使抽象的概念具體化。兩者相互結合從而達到很好的教學效果。此外，教學中引入形象生動的圖像處理實例演示。將MATLAB，VisualC++等軟件適時地應用到“數字圖像處理”課程的教學中，通過這些直觀形象的實例演示，將圖像處理前后的效果進行對比，從而使學生對圖像處理技術有了感性的認識，加深了理解。傳統與現代教學手段結合，相輔相成，大大促進了教學質量的提高。

2.多種教學方法協同互補

在教學的過程中注重采用多種教學方法，協同互補，達到最佳的教學效果，如啟發性教學、研究性教學、討論性教學等。

（1）啟發性教學貫穿整個教學過程。教師除了可以將知識很清晰明了地講解給學生，讓他們能很好地理解和掌握所學內容，同時還要注重培養他們對所學知識的興趣和勤于思考的習慣，即啟發性教學。在數字圖像處理過程中重視啟發性教學，比如在講解正交變換圖像壓縮編碼技術時，在講解前給學生留下疑問“壓縮編碼是如何實現數據量減少的”，然后讓學生帶著疑問去學習。在講解具體的正交變換壓縮編碼過程時，啟發學生去思考正交變換在此的作用，非均勻量化的作用，為什么要選用之字形掃描等。講解完整個過程后再提示學生去思考“壓縮編碼是如何實現數據量減少的”以及正交變換壓縮編碼可以完成數據量減少的理論依據。通過時時的啟發性教學，學生不僅掌握和深刻理解了正交變換編碼的基本原理，同時也鍛煉了他們勤于思考，主動學習的習慣。

（2）研究性教學深化學生對所學知識的理解和運用。基本理論學習只是對基本理論、基本方法、基本技術等有了一個比較明了認識，但是還比較膚淺，通過多種手段進一步深化學生對相關理論知識的理解和運用。如本科生畢業設計，選取與數字圖像處理技術相關，難度適當的題目讓學生完成；讓學生參與老師的相關科研項目；組織指導學生參加校內外與數字圖像處理相關的設計大賽等。這種研究性教學，很好地培養了學生濃厚的學習興趣、實際動手能力、科研能力和對科研成果運用的能力，讓學生更深刻地體會課程與實際應用的緊密聯系，從而有利于創新型人才的培養。

（3）討論性教學增強學生學習的主動性及獨立性。在課堂上以及網絡平臺進行討論性教學，如課堂上講解完正交變換后讓學生討論各種正交變換方法的優缺點，讓學生寫關于圖像分割的最新動態以及最新技術小論文，然后分組討論。網絡平臺向教師和學生提供了便捷實時的討論空間，學生學習過程中存在的疑問通過網絡平臺及時地在學生與學生之間、教師與學生之間進行討論分析。在這種不斷討論問題、分析問題的過程中，學生的學習主動性得到加強，獨立思考能力得到培養和鍛煉，同時也易于使教師與學生、學生與學生之間進行信息交流，共同進步。

四、加強教師團隊建設

將講授“數字圖像處理技術”課程的教師組成一個教學團隊，積極開展教學和科學研究活動。一方面相互交流，相互聽課，相互幫助，共同進步，共同提高，從而促進教學水平的提高；另一方面積極鼓勵教師參加外界的教學研討和進修培訓，加強理論深度，同時學習其他院校關于數字圖像處理方面的先進經驗，從而提升本校教師的教學水平。另外，數字圖像處理相關科研課題的共同研究，使教師的理論水平和實踐能力得到共同提高。通過這些舉措，形成了一只高素質的數字圖像處理課程的教師團隊。

五、結束語

“數字圖像處理”作為信息類專業的一門重要的專業課程，理論教學的效果直接影響著學生對數字圖像處理技術理解和掌握，同時也影響著學生綜合專業素質的提高。筆者根據“數字圖像處理”課程的特點，通過不斷整合完善教學內容，采用多種教學方法和手段等改革措施，使該課程的教學效果得到明顯改善。學生不僅掌握了數字圖像處理的基礎理論知識，同時培養了學生學習的主動性以及實踐動手能力等。

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（責任編輯：宋秀麗）