本科“3+1”教學模式下的數字圖像處理課程教學改革研究與實踐

摘 要：數字圖像處理課程已成為了高校本科計算機與信息類專業的一門專業核心課程。結合本專業“3+1”教學模式，針對本科教學過程中呈現出的主要問題，從教學內容、方法、手段和實踐環節進行了研究、改革與實踐。實踐表明，此次教學改革提高了教學效果，得到了學生的認可和好評。

關鍵詞：數字圖像處理 教學模式 教學改革

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2013）05-216-02

一、引言

隨著電子和信息技術的迅速發展，數字圖像處理已成為當今信息處理技術中發展很快且應用面很廣的新興學科之一。“數字圖像處理”課程也成為了高校本科計算機與信息類專業的一門專業核心課程。但由于數字圖像處理學科所涉及的知識面廣，理論復雜，對數學基礎的要求高，實踐環節動手能力要求強，其課程內容也在不斷更新豐富。在以往傳統教學過程中呈現出了以下弊端：（1）教材中大量理論和算法推導給學生的學習帶來困難；（2）單一的單機版多媒體教學，無法滿足學生對新知識、新技術、新應用的了解和深入學習；（3）沒有完善系統的實驗指導書，促使學生學習的積極性下降，導致實驗效果不佳；（4）沒有實際項目作為應用鍛煉，造成理論與實踐脫鉤，無法激發學生的學習動力和興趣等。

針對數字圖像處理教學過程中出現的上述問題，國內很多教學專家和學者，結合自己的實際教學過程，各抒己見，陸續提出了很多寶貴的改革建議和方案，取得了相應的教學改革成果。如山東工商學院的魏廣芬和王永強等于2009年針對“數字圖像處理”課程和學生特點，介紹了教學過程中實施的一些改革措施，包括采用現代化教學手段，“設問-思考-引導-嘗試-總結”的教學模式和學生分組的學習方式，加強實驗和課程設計教學環節以及完善評分機制等方面。并對教學過程中發現的相關問題進行探討。西北民族大學的李向群和王書文于2010年從教學內容建設、教學手段改革、實驗環境建立、考核方式改革等方面入手進行了深入細致的探討，并將這些方法應用到實際教學過程中，收到了較好的效果。中國傳媒大學的呂朝輝也于2010年根據數字圖像處理課程的特點，探討了本門課程的教學改革和實踐，經過五年來的教學實施，取得了良好的教學效果。南通大學的趙敏于2011年，針對該課程的特點，論述了在教學中引入案例教學法的可行性和具體實施方案。

通過對上述數字教學改革的學習和研究，結合我校“大德育，大工程，大實踐”的辦學理念和信息與計算科學專業“3+1”教育模式（本專業“3+1”教育模式是指3年在學校完成理論課學習，1年在軟件實習公司等完成工程實訓、生產實習、畢業實習和畢業設計等實踐環節，以培養應用型人才為培養目標）及本科生的特點。對本專業數字圖像處理課程的教學進行了改革研究和實踐。建立了一個以學生為主體，以現代網絡多媒體教學為平臺，以大學生科研立項為載體，以大學生就業或考研深造為目標的一套較為完善的數字圖像處理課程教學體系結構。

二、課程改革內容

結合傳統教學中存在的問題，和現代網絡多媒體教學建設的需要。本課題研究內容主要將通過教學內容、教學方法、教學手段和考核機制來探索和實施。

1.優化教學內容。數字圖像處理課程的基本內容包括圖像處理的基礎知識、圖像增強、圖像變換、圖像分割、圖像復原、圖像特征提取與選取以及圖像壓縮編碼等知識。但隨著信息化時代知識的加快更新、技術快速革新，數字圖像處理課程已成為模式識別和計算機視覺等新學科的基礎，并根據學生就業需求的主線要求。通過對教學內容的深入研究，在本專業新版教學大綱中，對授課內容中要求以基礎理論知識為基礎，把相關的科研項目和實際項目滲透到授課中。例如在介紹圖像處理的基礎知識的時候，我們可以結合案例驅動來講述圖像處理的過程；將車牌識別、人臉識別、筆記識別等實際項目穿插到圖像增強、圖像分割、頻域處理以及特征提取與選取中。同時，我們把信息熵、模糊數學和小波分析等概念滲透到部分章節中，并給出該理論解決問題的結果，以提高學生學習新理論的興趣，促使部分同學自學新的理論，培養學生的自學能力。在講述專業基礎知識的過程中，我們將適時地增強相關的軟件的學習和資源庫的介紹，例如通過實驗和實訓的教學加強學生對Matlab和VC++等語言的學習和實踐。通過CNKI和IEEE Tran文章的介紹，提高學生對最新科研成果的了解，激發學生學習的興趣，培養學生對新事物的學習能力。鼓勵學生進行大學生參加校內科研立項，引導學生分析問題和解決實際問題的能力，進一步提高學生的綜合素質能力。

2.豐富教學方法。在以往的教學過程中，數字圖像處理課程的教學主要以“填鴨式”教學方法為主，只注重對學生的教，而忽視了學生的學和做，沒能產生良好的教學效果。通過對當前主要教學方法的研究與探索，我們豐富了數字圖像處理課程的教學方法，以“啟發式”教學方法為主，以綜合運用講授法、研究法、討論法、實驗法等教學法，把“教、學和做”很好地穿插起來，發揮各種方法的優勢，引導學生積極參與教學，實現教與學深層次互動。促進學生對數字圖像處理基本知識和方法的掌握及動手能力的培養。

3.提升教學手段。針對該門課程理論性強、乏味單調的特點，應用現代網絡多媒體教學手段，借鑒當前較為流行的CDIO教學模式，進行教學手段的提升。結合教學內容的組合的優化和教學方法的豐富，在教學中以現代網絡多媒體為教學媒體，通過制作多媒體課件，以“少而精”和“圖文并茂”為原則，并結合Matlab和VC++等軟件編程實例的案例教學，在課堂教學中適時引入前沿熱點圖例分析和編程處理實例，引導學生進行理論知識的學習，使學生體會到易學、樂學和會做。

4.改善考核機制。摒棄了以往“一考定乾坤”的考核方式，將平時出勤與課堂表現情況、作業和實驗成績等進行量化，納入最終成績的綜合評核。并結合“3+1”創新教育模式對學生實踐能力和CDIO培養大綱對學生素質進行全面考核的要求。側重學生對基礎知識的把握、個體實踐能力、團隊協作能力的考核。

三、實踐效果

通過數字圖像處理教學內容、教學方法、教學手段和考核機制等四方面的改革研究與實踐，近幾年本專業每年都有10%左右的學生選擇數字圖像處理的相關研究內容作為本科畢業論文選題，并取得了較好的成績。通過對畢業生的跟蹤調查發現，考研深造的部分學生也把圖像處理及新興相關學科前沿方向作為自己的學術研究方向，工作就業的部分學生也從事了與數字圖像處理相關的研究工作領域。

四、結束語

本文對以往數字圖像處理課程教學過程中存在的主要問題進行了簡要的介紹，并對主要相關學者的教學改革內容進行了闡述。結合我校的教學理念以及本專業的“3+1”教學改革模式，針對本專業本科生的特點，進行了數字圖像處理教學的改革研究和實踐。實踐表明，此次教學改革提高了教學效果，得到了學生的認可和好評。完成了對本專業學生在知識、能力與素質等方面要求的綜合培養。

[基金項目：黑龍江省教育科學“十二五”規劃研究課題（GBC1212076）；黑龍江科技學院教學研究項目]

參考文獻：

1.魏廣芬，王永強，丁昕苗，何愛香.“數字圖像處理”課程教學改革的嘗試.電氣電子教學學報，2009（6）

2.李向群，王書文.《數字圖像處理》課程的教學改革初探.微計算機信息，2010（3-2）

3.呂朝輝.數字圖像處理課程教學改革與實踐.高教論壇，2010（11）

4.趙敏.MATLAB用于數字圖像處理的教學實踐研究.電腦知識與技術，2012（31）

5.查建中.CDIO：顛覆性的工科教育模式改革[J].中國遠程教育，2009（3）

（作者單位：黑龍江科技學院 黑龍江哈爾濱 150027 通訊作者：高志軍）

（責編：賈偉）