數字圖像處理課程的教學建設與改革研究

從“數字圖像處理”課程教學內容體系、教學方法與手段、實踐教學和師資隊伍等方面的建設與改革等方面入手進行了深入細致地探討，并將這些方法應用到實際教學過程中，收到了較好的效果。

數字圖像處理課程建設教學改革一、課程教學內容體系建設

隨著科學技術，尤其是計算機技術日新月異的發展，數字圖像處理領域更有效、更實用的新方法和新手段不斷產生，需要將最新的成果和前沿性的知識納入教材，淘汰一些陳舊的、實用性差的教學內容。

鑒于以上考慮，我們在眾多的數字圖像處理類教材中，選擇了清華大學龔聲蓉編寫的《數字圖像處理與分析》教材為主，主要考慮到該教材內容較為系統全面，在內容闡述上重點突出，實踐性強，有較多的實例來幫助學生理解圖像處理的理論和算法。同時以西安電子科技大學許錄平編寫的《數字圖像處理》、美國Rafael c、Gonzalez等著的《Digital Image Processing》等教材為輔助，同時結合自身科研項目和當前圖像處理領域的前沿動態及科技成果。課程主要內容涉及圖像處理緒論和基礎知識、圖像幾何變換、圖像增強、圖像分割、圖像頻域處理、圖像二值化、圖像編碼、圖像復原、圖像特征與理解、彩色圖像處理等內容。

我們以“內容的基礎性兼顧方法的先進性”為原則，對課程內容進行了適當的取舍和更新。以當今數字圖像處理領域的重要內容作為本課程的基本教學內容，使教學內容具有科學性、先進性、系統性和適用性。例如，保留了狹義圖像處理中影像灰度直方圖的概念、性質及其應用，圖像的空間域、頻率域增強與復原，廣義圖像處理中邊緣檢測、區域分割、灰度共生矩陣分析法和圖像的模板匹配等內容。增添了比較新穎而實用的方法和前沿知識，如分形特征提取、多分辨率分析法等內容。在教學過程中，我們非常注重向學生介紹最新的、前沿性的學科知識。若受學時的限制，有些新穎的、難以理解的理論如小波分析、馬爾科夫隨機場和神經網絡等，作為選學內容供學生自學。

教學內容體系建設還要顧及專業、學科課程體系的設置。我們非常注重課程間的銜接，這包括兩個方面：一是恰當處理從已知到未知的過渡，使學生能較好、較快地接受新知識；二是恰當處理內容重復的問題，以提高學生學習的興趣和效率。為此，我們要求教師具備“一人多課”能力，即一名教師能講授多門相關課程，這樣在講授某一內容時，不僅能有針對性地、適時地補充相關教學內容，而且能與前后課程相關內容有機聯系起來，有助于鞏固、深化已學知識，引導學生聯想和思維。另外，“一人多課”有利于形成“一課多人”的良好格局，有利于保持教學的一致性和連貫性。例如，講授計算機圖像邊緣增強方法時，可回顧以往攝影處理實現邊緣增強的方法。講授這一內容，不是知識的簡單重復，而是承上啟下，溫故知新。

二、教學方法與教學手段的改革

為力戒“教師滿堂灌，學生記筆記”的教學模式，使學生拋棄“上課記筆記，考試考筆記，考完扔筆記”的學習習慣，遵循有利于發揮“學生是教育主體”、有利于學生“學會學習”、有利于學生創新能力和素質的培養、有利于實現教學目標和促進學生個性的發展、有利于師生彼此促進共同進步的原則，針對數字圖像處理學科的特點，我們在教學方法和教學手段方面采取了以下改革措施：

1.加強基礎理論教學，貫徹“少而精”原則。數字圖像處理內容豐富，應用廣，我們一方面注重基礎理論教學，另一方面注意精選講授內容，貫徹“少而精”原則，突出重點，使學生在有限的學時內有最大的收獲。例如，講授方法時突出理論依據及其特點，再以專題形式講授方法應用，并力求講授內容新穎，這不僅能激發學生的興趣，而且在理論素養和方法應用方面都有收獲和體會。

2.應用現代化教學手段教學。隨著計算機、通信技術應用的迅速普及，計算機輔助教學（Computer Aided Instruction，CAI）對傳統教學手段的補充作用和對教學方法改革的促進作用，顯得越來越重要了。數字圖像處理是以圖像為處理對象，其輸出的形式主要以圖像和圖形為主。該課程最適宜將課程教學內容制成課件，采用多媒體計算機開展現代化教學。

3.改革課堂教學方法。采用現代化教學手段，既要充分發揮其優勢，又要重視研究對教學方法改革的促進作用，探求新的教學方法。無論是傳統課堂講授還是采用現代化手段教學，我們都以啟發式教學為主，綜合使用“問題教學法”“形象化教學法”和類比法，引發學生去思考、分析問題，激發他們學習的積極性，提高教學效果。

三、實踐教學，注重學生能力培養

“數字圖像處理”實習內容包括圖像處理軟件操作、圖像處理算法設計和綜合應用等。以往的實習，指導教師在實習前花較多時間講解實習目的、實習內容、實習要求和實習步驟等，結果導致學生自己動手實習的時間不夠用?，F在指導老師重點讓學生進行算法與程序設計。這樣學生不僅能完成實習，而且能有更多時間探討算法的優缺點，深入分析實驗結果，進一步鞏固和消化所學理論知識，從而提高了學生理論聯系實際和獨立動手的能力。

實驗課程主要基于MATLAB算法編程。MATLAB圖像處理工具箱提供了圖像讀寫、圖像顯示、圖像處理與分析等眾多的函數，使從事圖像處理的科研工作者從復雜的程序開發過程中解放出來，把更多的精力放在算法本身的設計和研究上，從而加快圖像處理領域里的新理論新算法的出現。

實驗課程使用的部分MATLAB算法程序實驗如圖1～3所示。

四、加強師資隊伍建設

課程建設的關鍵以及核心是教師，教師自身的素質和專業水平在課程建設與改革中有著不可替代的重要地位。提高教師的業務能力和綜合素質，是加強和提高大學生素質教育的基本前提，是高水平高等教育的關鍵所在。為此，我們建立了圖像處理團隊，數字圖像處理課程小組共有教師11名。從職稱結構看，其中，教授1名、副教授4名、講師6名。另外，配備有博士生和碩士生作為輔導教師。從年齡層次看，30～40歲的教師占大多數。因此，這是一支以學科帶頭人、骨干教師為主，老中青結合的戰斗力很強的教師隊伍。

課程小組注重隊伍的能力提高與發展，有計劃地安排年青教師到國外進修，如加拿大、法國等具有高水平學術研究氛圍的高等院校，以及積極參加國內外教學研討會和科研活動。小組中教師全部擁有博士學位。課程小組重視教學實踐中師德、師能、師表等方面的修養，已實現了老、中、青都能主講，而且教學效果好，保證了課程建設的可持續發展，得到學校師生的好評。

數字圖像處理課程通過以上方面的建設與改革，已具備以下特點。

1.教學資源豐富、新穎，并將相關國內外學術會議、新理論和新技術專題講座、學科進展和動態報告等信息在網上及時公布，能滿足教師和學生教與學的需要。

2.課件采用圖形、照片、表格、動畫等形象化手段表現圖像處理的知識，運用現代化手段教學，提高了學生學習數字圖像處理的興趣，加深了學生對所學內容的理解。

3.將課堂教學與網絡輔助教學相結合，把課堂教學延伸到課外，有利于學生自主學習和資源共享，有效提高了教學質量和人才培養質量。

4.實踐教學環節分為課間和集中實習，實習內容從基礎性操作、驗證擴展到探索性、創新性和應用性的綜合實習，開拓了學生視野，提高了學生的創新能力。

數字圖像處理課程的建設和改革，促進了以教師為中心向以學生為中心的教學方式的轉變，增強了學生的創新能力、信息意識、綜合素質，為新形勢下課程建設與改革提供了有益的經驗和啟示。

參考文獻：

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