研究性教學模式在光電圖像處理課程教學中的應用

郭焱　駱文

摘 要 本文深入探討了研究性教學模式的內涵和特性，介紹了研究性教學在光電圖像處理教學改革中的應用。實踐表明，開放研究性實驗不僅使學生對課程的基本概念有了深刻理解，鍛煉了學生的動手能力，還培養了學生的創新思維及獨立分析解決實踐問題的能力。

關鍵詞 研究性教學 教學改革 光電圖像處理 創新能力

0 引言

《中共中央、國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》指出：高等教育要加快課程改革和教學改革，加強課程的綜合性和實踐性，重視實驗課教學，培養學生實際操作能力。高等教育要重視培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神，普遍提高大學生的人文素養和科學素質。①②

光電圖像處理是一門理論與實踐相結合的專業課程，其課程安排一般分為理論教學和實驗教學兩部分。光電圖像處理技術作為信息技術類的新興學科，已廣泛應用于通信、醫學、軍事等各個領域，③④相對的廣泛的應用也推動著技術的高速發展，故這門課具有涉及內容多，理論抽象難理解，運算公式繁雜，側重實踐應用等教學難點，這也使得傳統的教學模式在這門課程中遇到越發明顯的局限性，教學改革越發迫切。其中特別是實驗教學改革更需要使原本抽象、枯燥的物理概念變得直觀、生動，使學生更易于接受和理解，從而有效提高課堂教學的質量和效果。

本課題結合教學實際，將研究性教學模式應用于光電圖像處理教學中，根據課程特點，結合重點內容，合理設置開放式實驗教學，引導學生自主設計實驗，激發學生的創新性思維，培養主動學習積極性，促進專業教學和學習。

1 研究性教學理念與特征

研究性教學理論最早起源于19世紀德國柏林大學，后由布魯納、施瓦布、皮亞杰等多位教育學家研究完善，越來越多的大學把其應用于教學實踐。而近20年來我國許多高校也開始了此類教學模式在實際教學中的應用研究。⑤

不同于傳統的知識傳授型教學模式，研究性教學是研究性教學和研究性學習相結合的一種新型教學模式，其強調學生在教學過程中的主導作用，將科學研究的思維方法引入教學過程。⑥以問題為出發點，教師引導學生以科學研究的手段自主發現問題，分析問題，解決問題，學生在自主探索學習實踐的過程中，吸收知識，解決問題，獲取經驗，從而培養學生的創造力、實踐力和創新精神。

雖然目前研究性教學還沒有在學術界一致認可的定義，但各方表述的研究性教學都具備以下幾個明顯的特點：⑦

（1）問題性。區別于傳統教學，研究性教學模式是以問題為起點，在解決問題的過程中再發現問題，提出問題，故問題又是生長點，這也是教學由以教師教授知識為主的教學轉變為研究性教學的關鍵。故在實驗教學中教師首先要有意識地合理設計相關問題引發學生的關注討論，并在解決這一問題過程中還可滋生出下一個相關問題，起到引發學生自主學習的作用。

（2）探究性。探究性主要體現在教學過程中以科學研究的手段來實現知識的接收掌握，學生在發現問題，分析問題，解決問題的過程中同時達到掌握這一過程中所需的知識點。這種探索研究性學習必然很大程度上鍛煉了學生的主觀能動性和創造力。而這種模式學習過程有一個明顯的特點就是開放性學習環境，這在實驗教學中非常容易達到，而開放式實驗平臺的開發也是現代實驗教學的發展方向。

（3）教師與學生地位的變化。在傳統教學中教師是傳授者的角色，學生是被動接受知識，而研究性教學中教師更多的是以引導者身份出現，學生才是主體在自主解決問題。可以這么說在研究性教學中把學生學習知識的過程等同于科學家研究課題的過程，其是以學生發展為中心，主張師生交流互動的教學。這與實驗教學的發展方向非常契合，改變傳統的教師制定實驗步驟，學生只是操作實現的模式，以學生為主體自主設計實驗以解決問題，教師通過啟發引導等方法引導學生積極思考，查找資料，探究問題。這樣建立一種師生之間的良性互動反饋交流式關系。

（4）實踐性。研究性教學目的是培養學生的自主學習能力和創新思維，其中動力就是學生對探究的興趣，故在問題的設計上不可避免地需要從實際出發，和生活密切相關，能引起大部分學生的共鳴，引發討論，共同解決問題。這樣在提高學生實踐能力的同時促進學生養成在生活中發現問題，并利用所學知識解決問題的思維方式，對學生的成長有很大幫助。故實驗教學引入研究性教學模式可以很好解決教育與實際相脫離的問題，使學生在實驗中不再是對書本原理結論的驗證。

2 研究性教學的應用

本文以光電圖像處理課程為例說明研究性教學模式在偏實踐應用課程的可開展性和應用價值。

（1）根據專業方向整合教學內容。光電圖像處理屬于多門學科交叉，應用范圍較廣并且技術發展快速的一門學科。其涉及前期基礎課程非常多，而它的前沿課題方向也比較廣，再加上課時有限的前提，這就給學生學習和老師教授都提出了要求。合理結合本專業學生就業和后期深入研究選擇合適的教學章節是非常必要的，對于工科專業學生，講授內容包括數字圖像基礎、圖像增強技術、圖像恢復、圖像分割、前沿研究等內容，利用matlab等軟件編程，弱化數學運算推導，減少或舍棄掉與本專業較遠的章節，比如圖像水印等。

（2）光電圖像處理課程不能是純理論教學必須側重實驗實踐教學。而以往實驗教學中多是刻板簡單的實驗題目，讓學生編寫算法后驗證處理效果，這樣的教學使得學生產生惰性，往往在實驗課敷衍了事。針對這種現象提出以下改革方案，得到很好效果。其可將學生分組后從實際生活出發設計實驗課題，引導學生在實驗預備階段查閱相關資料，運用已學知識對實驗項目進行分析設計，并在教師引導下制定實驗步驟，在實驗中針對遇到的問題交流討論，并對原有實驗進行修正以達到解決問題的目的，最后對實驗結果與實際現象進行分析。這一過程激發了學生的自主學習熱情，提高了學生的獨立思考分析能力，幫助學生把書本理論和實際生活有機融合，培養學生的創新思維和實踐能力。比如在圖像增強技術類實驗中學生針對自己的實際生活提出過“美顏人物圖像處理”這一實驗課題，在利用課堂中學習的平滑和銳化知識點后，結合matlab編程軟件分析并解決了問題。而同時就進一步產生完善處理效果的想法，提出針對圖像做前期面部識別，這正好引出屬于前沿研究的面部識別這一知識點，而教師再做講解的時候，學生的興趣和主觀能力性都明顯有了提高。

（3）教學方法改革的同時教學考核方法也需要同步進行改革。傳統教學卷面考核方法更多的是針對教學內容的熟練掌握程度的考查，而不是對實踐綜合能力的考查，所以已經不能滿足于改革后的教學要求。針對這一點，我們提出在傳統的平時成績和期末考試成績的基礎上加入實踐課題成績，三者比例為2：4：4，其中實踐課題成績以課題匯報答辯方式得出。這一考核方法得到了學生的熱烈響應，也從另一側面傳遞了重實踐能力輕應試教育的改革思想。

3 總結

本文通過研究性教學模式的深入探討，討論了研究性教學在圖像處理教學中的應用。其結合Matlab的仿真實驗平臺的多功能可擴展性，變抽象為具體，實現了宏觀和微觀間的相互轉換，改善了教學手段，優化了教學方法，同時大力促進學生自主創新，使學生的實驗技能、獨立地分析解決工程實踐問題的能力得到培養與提高。這種對傳統教學模式的改革利于學生對學習內容的掌握，有利于激發學生的學習興趣，重視學生綜合能力的培養，更有利于提高學生分析和解決實際問題的能力。

注釋

① 何云峰.大學“研究性教學”的發展路向及模式建構[J].中國大學教學，2009（10）：81-83.

② 汪勁松等.實施研究性教學，推進創新性教育[J].中國高等教育，2003（6）.

③ 楊帆.數字圖像處理與分析[M].北京航空航天大學出版社，2010.

④ 彭真明.光電圖像處理及應用[M].電子科技大學出版社，2013.

⑤ 李衍達.對推行研究性教學的實踐與思考[J].中國高等教育，2008（10）.

⑥ 劉智運.論高校研究性教學與研究性學習的關系[J].中國大學教學，2006（2）.

⑦ 韋寶平.創新教育視角下的研究型教學[J].江蘇高教，2003（4）：85.