應用創新型人才培養模式下的機器視覺研究型課程建設

相入喜　吳峰　蔣小燕　趙泓揚　湯毅

【摘 要】隨著工業4.0時代的來臨，傳統的制造業逐漸向智能化發展，智能化是傳統制造業持續發展的關鍵。機器視覺課程與制造業的發展有著緊密的聯系，其課程建設與課程研究密不可分。本文基于教學、生產和科研三者的緊密聯系，提出建設和調整機器視覺課程新的教學目標、教學內容、教學手段和考核機制等方面研究，最終實現機器視覺研究型課程的建設，達到培養適應新時代應用創新型本科優秀人才的目的。

【關鍵詞】機器視覺；研究型教學；課程建設；應用創新型

0 背景

2013年德國提出的工業4.0，用于提升本國制造業的智能化水平，為德國制造業的競爭力持續領先奠定理論基礎；隨著我國向生產強國邁進，政府于2014年提出中國版的工業4.0-中國制造2025，為我國制造業的智能化發展指明理論方向。智能化是傳統制造業持續發展的關鍵，機器視覺是制造業智能化的關鍵。為了適應當前生產企業的發展和機器視覺技術應用人才的需求不斷增加。為此，根據應用創新型本科人才培養模式的特點，改革現有教學內容和方法，結合最新教學手段和移動網絡模式，實現教學現代化，提高學生整體素質，全面實現應用創新型人才培養目標[1]。

1 機器視覺課程建設

當今機器視覺課程開設的高校較少，本科階段開設的更少。主要在于該課程是一門交叉課程，需要學生掌握多門相關學科的知識，如圖像處理、模式識別、圖像處理、傳感器、光學成像、計算機等。根據光電信息工程專業的培養方案和適應長三角地方產業的發展，我系開設了這門與制造企業密切相關的課程—機器視覺。

當前機器視覺教學過程中主要存在以下幾個突出的教學問題：1）注重教材知識點的講解，忽略與產業的結合；2）注重教師為中心，忽略學生創新意識和創新能力的發展；3）注重傳統教學建設，忽略網絡時代下的教學建設。為了提高學生的學習興趣，適應地方產業的發展，我院在應用創新型人才培養模式下進行機器視覺研究型課程教學改革[2]。

研究型教學課程建設以全面培養學生發現問題、提出問題、解決問題的能力為目標，以教師為輔，學生為主，自主研究性學習為手段，全面提高學生的創新能力。為了實現研究型教學課程建設的目標，需要對現有的教學內容和教學方式進行有效的改革[3]。

1.1 教學內容設計

機器視覺是人工智能快速發展的一個重要分支，也是產業快速發展的關鍵。為了適應長三角地方產業的發展，需要對現有機器視覺課程內容進行有效的改革，增加與地方產業相適應的內容，為此需從不同產業獲取經典的實際案例講解，將所講內容蘊含在實際案例中。實際教學過程中，其內容主要涉及5個部分：

1）機器視覺的基本概念

包括機器視覺的背景、應用、發展歷史、主要組成和機器視覺分類方法以及發展趨勢，使學生了解機器視覺研究的內容和未來發展的趨勢，掌握機器視覺的基本方法和基本原理。

2）機器視覺的硬件技術

涉及機器視覺的硬件：鏡頭技術、攝像機技術、光源技術、采集技術以及相機的標定技術，使學生了解機器視覺的基本硬件的原理，從而為機器視覺的進一步應用提供必須的基礎。

3）圖像處理技術

圖像處理技術是機器視覺中的關鍵，為進一步處理提供有利的保證。主要涉及到圖像增強、圖像分割和圖像的配準等內容，使學生掌握機器視覺中所用到的圖像處理的基本知識和基本原理。

4）模式識別技術

模式識別是機器視覺中一項重要內容，也是機器視覺中能面向實際應用的關鍵，這部分內容主要涉及到分類的一些知識：如最近鄰分類、Fisher分類、貝葉斯分類、神經網絡和支持向量機等分類法，使學生掌握分類中一些基本方法和一些基本理論，同時了解一些當前比較熱模式識別技術如深度學習等內容。

5）基于機器視覺的實際案例

面向實際應用，設計相關所學內容的演示和課后完成的實際實踐內容，使學生能夠應用所學到的機器視覺的一些基本知識和基本原理實現一些簡單的來源生產中的一些應用，為將來就業提供一些有效的經驗。

1.2 實驗內容設計

實驗是機器視覺研究型課程的重要環節。設計讓學生感興趣并且貼近企業生產的實驗有利于研究型課程目標的實現。根據所學內容的需要，設計幾個有代表性的且切近生產實際的實驗，如傘齒輪上缺陷的檢測和分類，潤滑油品質檢測和彩虹工件尺寸測試等實驗。

1.3 教學手段設計

對于研究型課程來說，課程所涉及到的實驗或者課后作業一般很難在有限的課堂時間內完成，因此學生需要學會通過網絡查閱相關資料、了解實驗或課后作業的目的，不斷通過發現問題，提出問題和解決問題，全面提高自身創新能力。所設實驗或課后作業都是來源生產實際，因此是若干個知識點的融合所形成。在實踐過程中規定了教學目標、方法和實踐步驟以及評價方法。一般是要求學生分組完成，并且分階段討論匯報，在反思中不斷改進所用的方法，提高實驗的質量，同時也在不算提高自己的發現問題，解決問題的能力[4]。

對于課堂教學，實施以學生為中心，教師為輔的教學模式。教師只講解與實際案例相關的知識點，以任務的形式引導學生邊學邊做，通過分組合作的形式完成。教師主要引導學生，以提問題開始，以解決問題結束，隨著任務不斷完成，學生也逐漸學會發現問題和解決問題的方法。通過這種任務式的教學，學生為中心，教師引導，師生互動，學生從被動到主動，從機械思維到創新思維的有效轉變。

為了適應當代大學生的上課注意力時間短的特點，開發和完善網絡課程和移動平臺課程建設。通過這些平臺，把上課內容和參考的內容等教學資源上網免費開放，使得學生可以在空閑時間自主選擇學習的內容，完善了正常上課教學的不足，提高了學生自主學習的能力。

1.4 考核設計

傳統的考核機制就是考試加上平時成績，大大制約了課程教學的發展。為了進步提高學生學習興趣和分析問題、解決問題的能力，需要對現有的考核機制進行改革，除了保留現有的考核方式，但大大降低了他們所占的比例，增加項目小組口頭報告和小組之間互評成績，這兩部分各占總分的10%。口頭報告根據學生討論內容和討論深度給予成績，小組之間互評根據各個小組的互評成績的平均成績作為小組的成績。這樣的考核可以有利于調動學生的積極性，提高學生分析問題，解決問題的能力[5]。

2 結語

本文根據中國制造2025和應用創新型人才培養模式下的培養目標，研究了機器視覺研究性課程的教學改革，提出了新的研究性課程改革方案，增加與地方產業密切聯系的課程研究內容，改善了教學方式，改革傳統的教學評價方式，提高了學生學習主動性，增加了學生分析問題，解決問題的能力。最終實現機器視覺研究型課程建設，達到培養適應新時代應用創新型本科優秀人才的目的。

【參考文獻】

[1]李志梅，何金花.應用型人才培養模式下本科數據庫管理系統課程教學研究與實踐[J].教育教學論壇，2017（4）：165-166.

[2]王之元，周云，易曉東，等.機器人操作系統研究型課程建設[J].計算機教育，2016，1：77：80.

[3]孟祥林.美法日研究型課程設置之比較及對我國的啟示[J].湖南師范大學教育教學學報，2004，3（6）.

[4]趙衛東，李銘.研究型教學對大學生創新能力的影響[J].計算機教育，2010（4）：3-5.

[5]相入喜，周祥才，吳峰，葛志康.基于車牌識別的機器視覺課程研究[J].科技視界，2016，175（16）：52，56.

[責任編輯：田吉捷]