基于“卓越計劃”的《數字圖像處理》課程教學改革實踐*

梁志貞　江海峰　楊小冬（中國礦業大學　計算機科學與技術學院，江蘇　徐州　221116）

基于“卓越計劃”的《數字圖像處理》課程教學改革實踐*

梁志貞江海峰楊小冬
（中國礦業大學計算機科學與技術學院，江蘇徐州221116）

摘要：針對《數字圖像處理》課程的特點，結合卓越計劃的具體要求，從教學內容、教學方式、實際應用、考核方式等方面探討了卓越計劃下的教學設計方案。實踐表明了這一系列的教學改革對提高卓越班學生的學習效果有明顯的作用，使得卓越班學生的實踐能力和創新能力得到顯著的提升。

關鍵詞：卓越計劃；數字圖像處理；教學改革；創新能力

*項目：2015年中國礦業大學教育教學改革工程項目（項目編號：2015YB25）

Abstract:In view of the characteristics of "digital image processing" course and the specific requirements of ex-cellence plan, the teaching design in the excellence plan scheme is explored from the teaching content, teaching methods, practical application, assessment methods and other aspects. The practice shows that this series of teaching reform has obvious effect on improving the learning effect, practically ability, and innovative ability of the students.

Keywords:excellence plan; digital image processing; teaching reform; innovative capability

《數字圖像處理》這門課程主要介紹數字圖像的基本概念、相關理論和實現算法。通過探討數字圖像處理中的許多問題，給出解決這些問題的所遵循的原則和相應的算法步驟，并讓學生根據所學的程序設計語言編程實現課程中的許多算法，從而幫助學生提高他們解決圖像中問題的能力。《數字圖像處理》這門課程包括數字圖像基礎、時域和頻域圖像增強技術、圖像恢復、圖像分割技術、圖像編碼、彩色圖像處理等方面的內容[1]。通過這門課程的學習，要求學生不僅掌握數字圖像的基本概念、理論和實現方法,而且提高他們已有的編程能力，這是因為他們必須借助所學程序設計語言實現數字圖像處理中的許多算法。這門課程也將為學生進一步學習數字圖像處理的相關課程（計算機視覺和模式識別）提供基礎。

2010年，教育部制定了“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）[2]，其主要目標是學校和企業聯合培養合格的工程師并期望他們畢業后在企業中發揮主導作用。因此，《數字圖像處理》課程教學改革也應該圍繞“卓越計劃”的目標及要求來執行。根據“卓越計劃”相關要求，擬從教學內容組織、考核方式等幾個方面對該門課程嘗試改革。

一、課程教學中一些問題

（一）《數字圖像處理》課程有理論性較強和難度較大等顯著特點[3]

面對教材中的許多數學公式和相關理論推導，學生常常不了解這些公式的具體含義和所起的作用，從而很難理解數字圖像算法的精髓。非卓越班的教學方式通常采用理論介紹和數學公式推導為主，由于學時的限制，教師幾乎很難拿出足夠的時間在課堂上演示相關算法。學生課后也基本不主動編程實現相應的算法。然而，對于卓越班同學，這些問題需要亟待解決。實際上，數字圖像處理各種算法需要借助軟件和硬件（數字處理芯片）來實現。由于這門課程處理的對象是圖像，不同于文字信息，圖像所表達的信息更容易被學生所感知，且圖像帶來的視覺沖擊更大。如果在PPT課件中僅僅列出數學公式且不給出相應的中間處理結果和最后的處理結果，學生很難有學習圖像處理的興趣。

（二）《數字圖像處理》屬于多門學科交叉且學科之間滲透性較強的課程

圖像處理涉及到多個學科的知識，如高等數學、數字信號處理、工程數學、計算機科學等。由于這門課程處于多門學科之間的交叉點，所以該課程內容涉及面比較廣，內容更新速度相對來說也較快，并且要求學生了解本領域最新發展方向，這對教與學都提出了非常高的要求。

（三）課程學時短與內容多的矛盾

中國礦業大學計算機學院2012版《數字圖像處理》課程的教學只有32學時。在講授這門課程中，既要復習數字信號處理相關知識點，又要講授數字圖像處理的內容，還需要適當增加實驗教學中的一部分內容。此外，也要介紹數字圖像處理的最新發展動態，這對選擇教學內容提出了挑戰。因此教師必須對以前的教案作重要的調整。

（四）學生學習水平的差異比較大

有的學生編程能力強，有的學生欠缺編程能力。部分學生只注重圖像處理的效果，對算法的原理不求甚解。

二、課程教學改革

（一）教學內容的組織

根據這門課程的特點，目前我們仍采用美國Rafaelc.Gonza-lez等著的《Digital Image Processing》等教材為主線，同時參考其它數字圖像處理的教學內容。這門課程講授內容包括數字圖像基礎、圖像增強技術、彩色圖像變換、圖像分割及圖像編碼等方面。在實際教學過程中，根據卓越計劃的具體要求，我們對教材中的許多內容進一步進行調整以適應新的需要，同時將一些內容留給學生課后自學，這樣能在某種程度上解決課時少的問題。

（二）教學方法的多樣性

為了達到好的教學效果，在課堂教學的過程中適當采用了多種教學方法。在課堂上，我們雖然以講授為主線，但是對相關問題采用了啟發性或討論法教學法。這樣將基本內容講解給學生，以便讓學生能理解講授的內容，同時通過啟發性或討論法教學，也培養他們對所學知識的興趣和積極參與課堂教學的習慣。具體來說，在講解圖象增強技術時，我們給出在煤礦下獲取的一些模糊的圖像，讓同學提出自己的解決方案，從而讓學生感覺圖像增強是非常有意義的。

（三）結合理論與實踐的教學模式

以前的《數字圖像處理》課程，實驗教學與理論教學分離。中國礦業大學計算機學院2012版的《數字圖像處理》由于沒有實驗教學，所以應當開展理論和實踐相結合的教學模式。課堂教學中先進行理論講解，然后給出具體的演示效果，最后作小結。理論講解要做到透徹，重視基本概念的詳細講解，減少對數學公式推導；同時結合OpenCV相關軟件包演示一些具體的實驗結果，從而讓學生觀察到具體算法在圖像上的實際處理效果。這樣通過給出具體的一些實例演示,激發卓越班學生學習圖像處理的興趣，并布置一些算法讓他們課后編程實現。

（四）在本科畢業設計應用

本科畢業設計是目前許多高校學生的大四必做課題。在畢業設計中，學生通過利用本科期間所學知識，提高他們運用所學知識能力和開發他們的研究潛力,這對提高學生的創新能力和接受新知識的能力有明顯的作用。在我們指導的卓越班學生中，他們的畢業設計題目大多數來源于數字圖像處理內容，這樣鞏固了他們對數字圖像處理的基本概念的理解。通常在課堂上講授數字圖像處理內容時,我們給出這一章與畢業設計相關的研究題目，課后讓他們在圖書館查找相關的內容，這對于提高學生處理實際問題的能力非常有幫助。

（五）改革考核方式

傳統上這門課程的主要考查學生對教學內容的掌握程度，而不是考查學生如何運用所學知識解決實際問題的能力，很顯然這不利于卓越班學生創新能力的培養[4]。學生在學習過程中常常考前突擊復習且把主要時間放在背誦書本考察點上，這通常不利于知識點的掌握。為了加強綜合知識能力的培養，我們對考核方法的進行了改革，建立了對學生學習過程全程化的評價制度，總成績由平時成績（20%）、項目成績（30%）和期末考試成績(50%)組成。將平時參與課堂的程度、回答問題情況、作業等記入平時成績。在整個課程的學習過程中，學生要想得到一個理想的分數，必須重視學習過程中的每一個具體環節。

三、結束語

根據數字圖像處理課程的特點，結合卓越計劃的具體要求，文章從教學內容組織、教學方式多樣化、實際應用、考核等方面進行了論述。實踐效果表明了這些改革嘗試能夠激發卓越班學生的學習該課程興趣，從而培養他們的創新能力。但是該課教學改革是一項長期的任務，我們將結合本專業的特點，繼續考慮《數字圖像處理》課程改革的方向。

參考文獻

[1]阮秋琦.數字圖像處理學（第二版）[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]中華人民共和國教育部.教育部關于實施“卓越工程師教育培養計劃”的若干意見[Z].教高[2011]1號，2011.

[3]楊淑瑩，張樺.“數字圖像處理”理論與實踐相結合的教學模式[J].計算機教育，2009（24）：84-86.

[4]潘建軍，李紅蓮，周金和.數字圖像處理課程的教學改革與實踐[J].中國科教創新導刊，2007（15）.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）03-0146-02

作者簡介：梁志貞（1976-），男，山東莒縣人，中國礦業大學計算機科學與技術學院，副教授。