《數字圖像處理》課程教學改革與實踐

朱士虎

（江蘇師范大學物理與電子工程學院，徐州 221116）

《數字圖像處理》課程教學改革與實踐

朱士虎

（江蘇師范大學物理與電子工程學院，徐州 221116）

《數字圖像處理》是一門發展迅速且應用廣泛的新興學科，在課程教學中應用創新的教學理念，注重基礎理論和科技前沿相結合，在理論中滲透實踐，在實踐中融入理論；從教學內容整合、教學資源建設、教學方法改進、教學評價等多方面進行教學改革與探索，提出一系列可行的教改方案，提高教學質量，增強學生的實踐創新能力，收到良好的教學效果。

數字圖像處理；教學改革；實踐；創新

0 引言

圖像是人類視覺的基礎,是自然景物的客觀反映。在當今高速發展的數字化信息時代,數字圖像處理技術已經廣泛應用于工業檢測、視頻通信、生物醫學、遙感測繪、智能交通、建筑安防、刑偵破案等社會生活的諸多領域[1]。

數字圖像處理是隨著計算機和信息技術發展應運而生的一門新興學科,是電子信息類重要的專業課，主要講授利用計算機對數字圖像進行加工、分析的方法和原理[2]。《數字圖像處理》是一門交叉性很強的專業課程，其涉及的學科領域和理論知識非常廣泛，學生既被數字圖像處理技術具有廣泛應用前景所吸引，又對課程的抽象理論和煩瑣的數學公式感到苦惱，難以理解專業概念和相關算法的物理意義，面對這樣一門復雜性較高、理論性較強、理論與實際緊密結合的課程，進而產生畏難情緒并漸漸失去學習興趣。為了激發學生的學習興趣，提高教學質量，對課程進行教學改革，勢在必行。

1 課程教學存在問題分析

目前，《數字圖像處理》課程教學中存在著以下幾個主要問題：

（1）實踐與創新能力培養不足。由于受傳統教育觀念和教學模式影響，國內大學教育更重視知識傳授，輕于能力培養，往往將知識傳授置于教學的中心位置，注重理論教學，輕視實踐訓練，教學主體與客體錯位顛倒，忽視學生工程實踐能力及創新能力的培養。

（2）課程體系結構不規范。缺乏有影響力的機構來指導和規范本課程的教學，從教材選取、課堂教學、實驗設計、實踐能力培養等環節進行科學的指導，沒有根據不同層次、不同專業的學生進行教學內容調整，未能夠將該課程與專業進行緊密結合，教學內容與專業融合把握不好。

（3）課程教學因師而異。沒有規范的教學大綱，基本上由教師自定教學計劃，教學內容多為圖像處理經典內容，不同層次的學生、不同屆的學生做的都是相似的實驗，在操作平臺上也是整齊劃一，未能結合學生的實際情況因材施教，降低了學生學習的積極性，學習效果不盡人意。不同教師導致不同的授課效果，人為因素差異大。

2 改進教學理念

現代教育理論認為，學生的學習過程是建構自己認知結構的過程。課程教學存在的問題，看是課程教學各自為政、混沌無序，實則是教學理念存在問題，受傳統教育觀念和教學模式影響太深，只有改進教學理念才能有所作為：

（1）貫徹素質教育的先進理念。在《數字圖像處理》課程教學中，注重教與學的有機結合，堅持以學生為主體，教師為主導，最大限度地調動學生的主觀能動性，以培養學生主動思維、創新意識作為教學的主要目標，注重學生的素質教育。

（2）與時俱進更新教學內容。教學中以算法的產生、應用、改進為主線，突出知識的內在聯系，揭示圖像處理發展的內在規律。掌握數字圖像的基本概念和基本算法，關注圖像處理的前沿動態，適時將數字圖像處理領域中最新的技術手段、研究進展以及發展趨勢納入課堂教學，鼓勵學生對新知識、新領域進行積極地探索，培養學生的創新探索能力。

（3）培養學生的工程實踐能力。在教學過程中，力求將復雜抽象的理論融入到形象直觀的應用實例當中，將算法實現過程分解細化為可展現的圖像處理效果，在理論中滲透實踐，在實踐中穿插理論，注重理論聯系實際，培養學生的工程實踐能力，真正使學生樂學、易學并會學[3]。

3 教學改革措施

（1）完善課程教學內容體系建設

課程體系是實施培養目標的施工藍圖，是組織教學活動的最主要依據。課程內容集中體現教育觀念和教育思想，學生創新能力的培養主要是通過富有創造性的課程體系和教學內容的系統教育而實現的。在學校層面組織專家學者，結合學校特色、專業特點編寫規范的、全面的、科學的學科教學計劃，建立較為完善的課程教學體系，對教材選取、教學安排、實驗設置、考試考核等進行全程指導并審核監督。

目前有較多的《數字圖像處理》教材可供選擇，但使用廣泛、評價最好的教材是Rafael C．Gonzalez和Richard E．Woods編著的《數字圖像處理》。該教材(第3版)側重對數字圖像處理基本概念和基本方法的介紹，該書深入淺出、圖文并茂、通俗易懂，全書涵蓋數字圖像處理的諸多內容，并對數字圖像處理領域的新方法新技術進行介紹，是數字圖像處理領域的權威教材之一。因教材內容豐富，知識點較多，但受課時所限，必須對教學內容進行取舍。同時，數字圖像處理是一門發展中的學科，年年都有新的理論和方法在不斷涌現，要對課程內容持續進行更新，以適應圖像處理學科的發展。在保留圖像處理核心內容的基礎上，注重將最新的、有代表性的成果納入教學之中，精簡和更新一些陳舊的和實際中很少使用的一些方法[4]。為了配合教學，要與時俱進，不斷調整，精選實驗內容，編寫科學規范的配套實驗指導書也尤為重要。

（2）構建全方位可視化教學資源

結合課程特點，充分利用現代信息技術，從課堂教學、實驗教學及實踐應用等多個環節來構建可視化的學科教學體系。運用項目式、案例式、交互式等形式多樣、豐富多彩的教學手段，發展并豐富課堂教學。注重圖像展示，強調視覺說服，建立抽象概念可視化、算法可視化及輸入輸出圖像可視化等全方位的教學資源。

利用學校的網絡教學平臺，把《數字圖像處理》課程的教學計劃、授課教案、教學課件、習題、實驗指導以及相關參考資料都上傳到網絡教學平臺。并根據需要適時更新網絡內容。學生隨時隨地通過網絡進行預習、學習、復習，通過聊天可以與教師、同學交流問題等。教師及時通過教學平臺進行回復和解答。同時，就圖像處理方面的一些最新研究熱點等，引導學生討論及思考。網絡教學平臺實現了教學資源的共享、課后教學的互動，延伸了課堂教學，豐富了教學手段，為有效開展多種形式的教學提供可能。

（3）改革課堂教學方法，注重學生能力培養

隨著信息技術的發展和教學條件的提高，改革傳統的教學方法和手段，利用計算機輔助教學成為主流。在課堂教學中使用多媒體課件，為形象生動的實例演示、精確講解提供了保證，為此必須開發內容豐富、活潑生動的多媒體課件，運用相關圖像處理軟件進行課堂展示，使學生對數字圖像處理的算法和基本方法更好地理解，調動學生學習興趣。通過課件直觀、生動的演示，把復雜問題變簡單、抽象問題變具體，大大地提高了課堂教學質量。

在圖像處理教學中注重基礎理論教學，貫徹“少而精”原則，突出重點內容講解。同時，綜合運用“課堂講授法”、“問題教學法”、“項目教學法”和“案例教學法”等多種教學方法，發揮各種教學方法的優勢，引導學生積極參與課堂教學。重視理論與實踐結合，利用MATLAB或VC++開發工具編制程序，實時演示算法，進行實際圖像處理，培養學生把所學知識應用于實踐的能力。教學上注重啟發，引導學生去思考、去分析問題,激發他們的學習積極性，提高課堂教學效果。

（4）有效學習環境的建立

課堂教學最好放在可以實驗的場所，具備完整的實驗環境，所有學生要有良好的實驗平臺及相關器材。授課教師借助于多媒體教學，在真實的應用環境中現場講解、現場演示。教學過程直觀明了，通俗易懂，學生在教師的引導下直接上手，進行實際操作，現場演練。

因授課方式有別于傳統課堂教學，在課時安排時要加以調整，兼顧講授、演示、演練，為保證授課的完整性、延續性，每次課時要加長，可以安排2～3小時或半天，每周2～3次課，在1～2個月內安排完一門學科的學習。課程緊湊集中，沒有遺忘時間，短時間內反復訓練、強化理解，學習效果非常好。而傳統課堂教學，單次授課時間短、課時固定、教學周期長，學生往往學了后面又忘了前面，知識連貫性不好。

（5）強調理論與實踐相結合的教學模式

數字圖像處理學科的教學，一定要突出實踐環節，注重于個人能力的培養。遵循理論-實踐-再理論-再實踐螺旋上升、循環遞進的認知規律。知識的印證要及時固化，在有效時間內完成感性知識到理性知識的升華。事實上，沒有實踐的理論知識，在面對實際問題時無法解決問題，而抽象的理論在有限的時間內也會被逐漸遺忘。

注重理論與實踐相結合的教學。一方面需要在課堂教學中引入適當的圖例分析和編程處理實例，將復雜的算法以最直觀的方式展現在學生面前，就圖像處理前后的效果進行對比，通過算法演示來提高學生對理論的直覺感受，使原本抽象的內容變得生動具體。同時，為滿足學生課后實踐需求，針對一些典型的處理算法開設拓展實驗，給學生提供邊學習邊實踐的機會。應用平時所學的知識，通過軟件編程實現相關算法，觀察比較圖像處理前后的效果。不但可以鞏固所學知識，還可提高學生的動手能力。

（6）建立多元化的考核評價標準

目前高校比較普遍的做法，學完一門科目，出一份試卷進行考試，依據卷面成績結合實驗、作業等給出學科評價。但如此評價遠遠不夠，需要對考核方式進行改革，數字圖像處理學科的評價標準一定要有利于衡量實踐技能和獨立解決問題的能力，實行常規考核與過程性考核相結合的方式，準確把握學生的真實成績，全面衡量和控制教學質量，既要考學生的基本理論，更要考他們運用知識和方法進行圖像處理方案設計和實際任務完成的能力。

《數字圖像處理》是一門實踐性很強的課程，在考核方法的改革上，采用了多元化的考核方法。試卷成績只占一定的比重，重點考查學生對數字圖像處理基礎理論的宏觀掌握。在規定的時間內，解決實際問題，完成相關設計才是評價的核心。在考題設計上，側重考查學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。增加實驗成績的比重，依據基礎實驗完成情況，拓展實驗解決程度，創造性處理問題的能力，對學生實驗成績進行評分。另外，還將平時的聽講、問題解答、提問交流、作業情況列入平時成績，在多元考核的情況下綜合給出合理評價。多元化課程考核對于加強學生對學習內容的掌握、實驗技能的提高、創新能力的培養具有很大的促進作用。

4 加強師資隊伍建設，提高教師個人能力

在以素質教育為目標的課程建設與改革中教師有著不可替代的重要地位，課程建設的關鍵是教師。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，是實施素質教育的關鍵所在。如今，電子信息類專業提倡應用型人才培養，強調知識傳授和實踐技能的有機結合。因此，要求教師應該具有深厚的專業知識和高深的職業技能。學校應加強專業教師的培訓，讓他們積極參加技術創新方面的研究以及到相關高校進行培訓和學習，有計劃地選送教師到相關企業工作一至兩年，在工程一線積累工程實踐經驗。經常選派教師去參加一些學術交流和技術研討，來擴充知識面和提高實戰能力。

5 結語

隨著信息技術不斷發展和完善，數字圖像處理技術也在不斷發展，并且越來越多地應用于各個領域，相應地，結合國內外科研成果，《數字圖像處理》課程的教學改革和實踐也應與時俱進，不斷吸收新知識新技術，豐富教學內容；根據教學內容靈活運用各種教學方法，使學生在掌握數字圖像處理基本理論和方法的基礎上，培養學生的實踐動手能力、創新意識與綜合設計能力。隨著教育改革深入，筆者在課堂教學中實施了上述一系列的教學改革，實踐證明，有效提高了課程教學質量，增強了學生的實踐創新能力，收到良好的教學效果。教學改革是一項長期的任務，將教學模式從理論灌輸教育轉向更為實在的專業素質教育，提高學生的工程實踐能力，還需要持續深入的研究、探討和實踐。

[1] 岡薩雷斯.數字圖像處理(第三版)[M].北京:電子工業出版社，2010

[2] Rafael C.Gonzalez.Digital Image Processing Using MATLAB[M].北京:電子工業出版社,2003

[3] 魏晗，陳剛，唐永旺等.《數字圖像處理》的教學改革與實踐[J].中國信息技術教育，2014(8):12～13

[4] 寧紀鋒.數字圖像處理教學改革研究與探索[J].中國電力教育.2013(34):122～123

Practice and Reformation of the Course of Digital Image Processing

ZHU Shi-hu
（School of Physics and Electronic Engineering,Jiangsu Normal University,Xuzhou 221116）

Digital Image Processing is a rapid developed and wide applied subject,applies the innovative teaching thought in the course,pays attention to the basic theory and frontier science combination,integration theory in practice.Reforms and explores in teaching content,resources construction,teaching methods and teaching evaluation,puts forward a series of feasible teaching plans,improves the quality of teaching and enhance students'ability of practice and innovation,to receive the good teaching effect.

Digital Image Processing;Teaching Reformation;Practice;Innovation

1007-1423（2015）03-0037-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.03.010

朱士虎（1970-），男，碩士，研究方向為數字信息與圖像處理

2014-11-20

2014-12-24

江蘇省現代教育技術研究課題（No.2014-R-29007）