從學生角度看《機器視覺》課程改革

鄒榮 劉盛亞 夏正東 許楨英

摘 要： 《機器視覺》是一門強調理論與實踐相結合的課程，要求學生運用已掌握的基本理論、基本方法去實際應用中分析問題和解決問題。然而，在教學過程中，很多學生發現不能夠很好地將已有的理論基礎運用到實踐中，造成了知識的脫節，影響了學習的效果和興趣。針對以上問題，作者提出了改變傳統的教學方法的一些建議，旨在有效提高學生的學習興趣和實際運用能力。

關鍵詞： 《機器視覺》 課程教學 教學改革 學生角度

《機器視覺》具有很強的工具性、操作性，要求學生掌握和運用方法技能[1]，根據“從實踐中來、到實踐中去”這一基本原理，遵循“因材施教、循序漸進”的教學規律，課堂教學堅持“少而精”的原則，精講多練，形成“從個別到一般，再從理論到應用”的啟發循環式教學思路，層層遞進，循循善誘，從現象描述、抽象概括上升到理性認識，同時組織課堂討論并給予指導、講評，力求學生及時理解、消化、掌握。

一、采用傳統課堂講授法授課的效果調查及原因分析

《機器視覺》是一門實踐性較強的課程，該課程強調理論與實踐相結合，在教學過程中，不僅要求我們掌握機器視覺方面的基本概念、基本原理和方法，更注重對各種工業領域的應用，培養獨立地發現問題、分析問題和解決問題的實際動手能力。在以往的教學中，我們采取傳統的課堂理論講授和算法分析相結合的教學方法，考核內容是以對理論知識的掌握為側重點。該種教學方法有優點：傳授較為系統和完整的機器視覺的基本理論，形成較為堅實的理論基礎。但采用該種教學方法所取得的教學效果并不是很理想：首先，我們上課的積極性不是很高，只聽教師講而學生沒有參與，課堂氣氛較為沉悶；其次是在實際應用中，我們遇到問題時常常不知所措，無法將理論知識恰當地應用到實際問題中，得到切實的系統方案。我們對機電、測控專業的兩個班級進行了隨機調查，調查內容為該班學生對《機器視覺》課程的態度。得到如下結論：許多同學認為該門課程雖然有很強的現實意義，但理論部分含有較深的數學內容，“晦澀難懂，枯燥乏味”。另外，通過對學生的大作業報告的分析，我們發現：僅較少部分的學生給出合適系統方案及相關算法；有將近一半的學生在報告中存在亂用和拼湊方法及抄襲拷貝內容等方面的問題；只有一小部分報告結構清晰，方案明確，其余同學不同程度上存在結構模糊，方案存在不合理內容。

結合以上兩項內容，針對傳統講授法的問題進行了總結：傳統教學方法過于強調理論教學，忽視了對學生實踐動手能力和獨立解決問題能力的培養，未能突出本課程作為一種“工程應用”而所應該具有的實踐性、應用性的特點；忽視對學生實際動手操作能力的培養，常常導致學生對理論理解的困難和枯燥情緒：未能發揮學生學習的主體作用，沒有充分重視作為教學主體的學生，忽視學生的積極主動性，使學生在教學中處于相對被動的地位，影響了教學效果。

二、新教學方法的具體環節

新課改的一個重要內容是要徹底改變傳統課堂教學中學生被動接受、過于注重書本知識傳授和缺乏學生綜合體驗等頑疾，應該探索一種符合新課程理念和學科教學實際的課堂教學模式，讓學生在生動活潑、交流互動并富有探究性的氛圍中學習。

（一）新教學方法的實施原則

1.平等互動原則：改革課堂教學，讓學生在生動活潑、交流互動并富有探究性的氛圍中學習。教師在課堂上與學生平等對話的同時發揮組織、引導、點撥調控作用；設法把學生調動起來主動參與，設置一些小課題，讓學生在教師幫助下自主探究解決，是調動學生參與的一種重要方法；課堂上不僅體現師生共識，而且體現差異性，甚至對立和交鋒，不僅學生受教師的影響而發生改變，教師和教學過程也受學生和實際教學情況影響而改變。

2.交流合作原則：課堂應促進教師與學生、學生與學生之間充分的合作和暢通的信息交流。教學過程強調以學生自主學習為主，體現師生、生生之間的充分合作，從課程活動方案的制訂到資料搜集，從活動過程中問題的解決到任務結束后課題報告的完成，都強調通過學生個體努力和學生之間的合作完成，教師也是合作者，是活動的平等參與者，在其中起組織、引導、點撥的作用。

3.個性化原則：課堂應對學生分層分類指導，對不同智能結構的學生提出不同的要求，安排不同的內容，采取不同的教法。讓學生自主發展并充分發展個性特長，為學生個性拓展提供新的空間。

（二）實踐教學方法的具體實施環節

1.明確實踐工作任務。教師向學生說明將要完成的任務的內容、要求和注意事項等。

2.學生嘗試完成任務，提出問題。在該環節中，學生由于缺少相關的理論知識，在實踐進行中會遇到各種困境，導致無法完成或無法有效完成任務。此階段的目標，不在于學生完成任務的質量，而是在于將學生處于困境中，激發學生的興趣和解決問題的動機。同時讓學生提出在問題解決過程中所遇到的問題。

3.授予學生相關知識。針對學生提出的困境和問題，教師引導學生自行學習教材相關內容或引導學生查閱資料，對于較為抽象的內容，教師要進行適當引導和講解，使學生獲得相應知識[2]。

4.再一次嘗試解決問題。學生經過相關理論的學習，帶著所學內容重新回到問題情境中，運用理論知識解決實際問題。這一步，既有利于理論知識與實踐環節的緊密結合，又有利于在實踐中深化對理論知識的理解。

5.經驗討論，教師總結。在完成任務之后，各組要對實踐進行總結和點評。

三、新教學方法的展望

（一）將教與學相結合

將教與學結合是教學理論的基本要求，但在現實教學過程中并不能很好地貫徹。“滿堂灌”、“照本宣科”等現象不鮮見，特別是大學課堂，常常是老師口若懸河，口干舌燥，教得很辛苦；學生卻思想拋錨，無動于衷，學得很無奈[3]。

針對這個問題，讓學生自主學，學得有興趣，在學習中得到充分鍛煉。事實證明，將實踐引入教學各個環節，學生面對自己提出的課題，有動力想辦法，學知識，始終興趣盎然地跟隨教師完成學期課程，做到了將學習的畏難情緒轉化為學習的熱情。

（二）將理論教學與實踐操作相結合

理論學習幾乎是大學教學的全部內容。盡管教師不遺余力地解釋理論的重要性和意義，但學生由于缺乏必要的感性認識，對理論始終難以親近，更難以認識它們的價值所在，而且這個問題可能在入學時基礎就比較差的學生中更普遍。如果我們對理論的認識不夠，學習毅力不強，理論教學幾乎就毫無效果。此時，如果教師讓學生在實踐環節中意識到由于沒有理論指導，實踐操作漏洞百出，學生自然會學習理論，至少意識到理論的重要性[4]。

以本課程為例，許多學生選擇某種零件尺寸三維測量，而在理論講解過程中沒注意或沒聽明白，當教師讓我們匯報自己的具體方案時，我們就傻眼了，之后，就主動看書尋找答案。當教師對我們每個實踐環節都挑毛病時，我們的自尊心很受“打擊”，為避免下次再回答不出來，我們會看書或請教老師后，再動手操作拿出成果，質量明顯提高了。

（三）將教學與評估全程性相結合

把激發學生自主學習興趣作為強化教學效果的關鍵，運用多種教學手段、教學方法的有機配合，不斷提高學生的學習積極性和主動性。學生在教師指導下自行查閱相關資料，開展實踐操作，自主學習，自我提高。

注重課外閱讀，加強指導，形成“閱讀—理解—揣摩—評析—借鑒”的閱讀訓練方法。根據教學內容和教學進度，開列參考書目和閱讀材料，教師應該提倡學生廣泛閱讀學術期刊文章，要求學生正確理解文中方法結論，細心揣摩作者的研究思路、系統建構、分析方法、論證過程和寫作框架，辯證分析文獻的特點、成就和欠缺，在此基礎上寫出讀書報告，重點放在“理解—揣摩”這一環節，以期解剖作者的“思維黑箱”，領會作者意圖，學習機器視覺系統設計及方法的經驗，為進一步展開實際運用打下較為扎實深厚的知識能力基礎。

強化訓練，鞏固提高。教師應該給予學生在選題、方案設計、實際驗證等環節的個別指導，使學生對關鍵環節和常用方法都有比較全面扎實的訓練，基本達到能夠獨立地規劃設計一套簡單實用的機器視覺系統的水平。

（四）多種能力的綜合運用和評估

本課程評估方式的改革旨在引導課程教學，將傳授基礎理論知識、培養實踐操作技能、訓練科學思維方法、培養求真務實的工作作風融為一體，對培養具有良好的專業基本素質的應用型人才十分有效。

該課程讓學生在小組合作設計方案、共同收集資料的基礎上，各自獨立完成報告。在這一過程中，通過分組討論課題并與老師、組員之間交流，鍛煉了語言表達能力、人際交往能力、團體協作能力等。方案的設計和報告撰寫鍛煉和考察了同學們知識運用能力、思維能力、研究能力等諸多能力。

可以說，該課程教學改革最大的亮點是課程學習變成既使我們有興趣又富有挑戰性的學習任務，極大地調動了學習的熱情和克服困難的勇氣。另外，評價方式更全面、更公正，考察我們的具體能力和學習態度。

結語

《機器視覺》課程改革把學生學習的注意力引導到關注和研究實際應用上，使學生所學的有關知識能夠落到實處，有的放矢，融會貫通。注重學生研究方法和能力的訓練，培養學生勤于觀察、善于思考、勇于探索的良好學風。致力于學生的素質教育，使學生初步具有科學思維、嚴謹作風、務實精神和社會責任感。具體來說，通過《機器視覺》的學習和實踐，能夠熟練掌握和運用相關理論和方法，養成自覺、獨立地認識社會、鉆研問題的良好習慣，提高正確認識問題和解決問題的綜合能力，拓展和深化專業領域知識，通過“理論—方法—應用”的教學實踐，實現學生“知識—能力—素質”的飛躍和完善統一。

隨著計算機技術和圖像傳感器的普及，《機器視覺》課程有極為廣闊的應用前景，因此，《機器視覺》的課程改革有利于學生思維方式變革、知識結構優化、綜合能力培養、創新潛質開發，對于實現高等教育的培養目標有著重要的實踐意義；有利于促進產學研一體化和科研成果社會化；有利于高等教育學科發展和教學改革，發展以繼續教育、終身教育為特征的成人高等教育，不斷提高在職人員的業務素質。

參考文獻：

[1]李樹濤，黎福海，林翚.HALCON軟件在機器視覺課程實驗中的應用[J].高校實驗室工作研究，2012（1）：61-63.

[2]魏怡，李宇.《圖像分析與機器視覺》網絡課件設計及應用[J].邊疆經濟與文化，2007（2）：129-130.

[3]韓紅，焦李成.談計算機視覺課程的教學創新[J].計算機教育，2010，19：84-86.

[4]史金龍，白素琴，龐林斌，等.研究生機器視覺課程的CDIO教學改革實踐[J].計算機教育，2013，201（3）：9.

基金項目：江蘇省博士后科研資助計劃（1402012B）；江蘇大學高級專業人才科研啟動基金（14JDG134）.