基于“一帶一路”建設人才需求的圖像處理課程教學改革策略

葉 青 張永梅

1.北方工業大學電子信息工程學院 北京 100144 2.北方工業大學計算機學院 北京 100144

在2017年5月14日“一帶一路”國際合作高峰論壇開幕式中，習近平主席指出，我們要堅持創新驅動發展，加強在數字經濟、人工智能、納米技術、量子計算機等前沿領域的合作，推動大數據、云計算、智慧城市建設，連接成21世紀的數字絲綢之路。隨著“一帶一路”倡議的深入實施，智慧城市將發揮越來越關鍵的作用。帶動“一帶一路”沿線國家的經濟發展是我國的必行之路，為推進“一帶一路”沿線國家智慧城市建設，智能監控識別及智能交通占有重要地位。在智能城市建設中，圖像信息處理技術是一門重要的理論基礎課程，該技術的發展對推動智慧城市建設具有重要意義[1]。北方工業大學長期以來開設圖像處理課程，具有優秀的師資力量和完備的實習實訓基地，并長期與大唐等多家相關企業建立了緊密的合作關系，為培養卓越工程師奠定了堅實基礎。為培養服務“一帶一路”國家卓越工程師國際人才，我校開展了圖像處理課程教學研究與改革，為“一帶一路”下的智慧城市建設培養卓越人才。

1 基于“一帶一路”建設人才需求的圖像處理課程教學改革思路

圖像處理技術是一門涉及數學、計算機、電子、通訊與物理等眾多領域的交叉學科，廣泛應用于工業、農業、醫學、科技、國防等多個領域，并逐漸覆蓋到人們生活和工作的方方面面。在“一帶一路”提出的沿線國家智慧城市建設中，圖像處理技術占有重要地位。由于圖像處理的內容涉及的理論與技術非常廣泛，實踐性又很強，當前形勢下則更需要在圖像處理的教學中將理論與實踐緊密結合起來，激發學生對圖像處理學習的濃厚興趣，以積極認真的態度學習掌握圖像處理的理論知識，并能夠應用計算機以實現理論與實踐的緊密結合，培養卓越的國際人才。

在傳統的圖像處理教學中，由于該課程所需先修知識較多且教學內容較多，授課中通常采用以理論知識和基本原理為主的講解方式，一定程度上降低了課程的趣味性。同時在教學模式上缺乏創新性，未能很好地調動學生的學習自覺性。基于當前教學中存在的上述問題，對圖像處理教學進行改革，在教學內容、教學方法、教學模式和師資隊伍建設等方面進行改革[2,3]。優化教學內容，分成理論和實踐兩個模塊進行教學，打好理論基本功，改變實驗環境，提高實驗效果；推出多模式的教學方法，提高課程的趣味性，通過多種教學方法的綜合應用，提高學生整體學習效果；改變教學模式，將教師的教與研和學生的學與思結合起來，開設開放實驗。加強師資隊伍建設，鼓勵教師出國進修，與企業合作開展研究，提高教師素質。培養學生的創新精神、創新能力和實踐能力，將教學的培養目標從知識型、技能型向創新型轉變，培養出具有駕馭運用知識的能力、具有現代思想意識的創新實踐人才[4]。

2 基于“一帶一路”建設人才需求的圖像處理課程教學改革措施與實施

2.1 依據“一帶一路”建設實踐特點改革教學內容

依據“一帶一路”建設對實踐能力的迫切要求，對圖像處理課程原有教學內容進行了改革。

在課程課堂教學中，將教學內容分為理論基礎與案例分析2個模塊。在全面系統地介紹圖像處理技術的基本思想和基本方法后，利用豐富的案例將理論技術與開發實戰結合起來。其中理論基礎分為5章，分別為概述、圖像增強、圖像恢復、圖像編碼、圖像分割。案例分析分為5章，分別為圖像信息處理基礎系統、智能交通中車輛分類識別系統、人臉及表情識別系統及視頻監控中的人體識別典型案例，最后根據上述典型案例適當擴展，總結圖像處理技術的應用范圍和應用領域，當前發展、系統編程的具體思路以及對性能指標的要求。在案例分析中以4個典型應用作為案例分析對象，闡述不同應用背景下圖像信息處理系統設計的側重點與解決方案，帶給學生貼近實際和實戰的感覺。通過現場提出問題、解決問題的方法，使學生快速建立其對系統的感性認識，從而更好地學習和掌握圖像信息處理技術的實現方法。

在實驗教學中，將過去常常采用的以MATLAB作為實驗課編程工具的方式改為以C++為編程工具。 由于MATLAB更適用于科學計算和科學研究的算法仿真，而C++更適用于項目實戰，在未來的研發項目中使用的概率則要遠大于MATLAB。而且在MATLAB中提供的圖像處理算法工具包可以很容易地實現很多重要的圖像處理算法，使學生在學習的過程中缺失了對圖像處理算法深層次上的理解和掌握，缺失了對算法的編程實現能力的練習，在學生的編程思想和思維培養上未能起到很好的效果。因此，在實驗中以C++為編程工具，引導學生實現圖像處理中的圖像讀取、圖像增強、圖像分割等基本算法并靈活運用，要求學生代碼規范并進一步使算法優化，逐步提高學生的實踐能力。

2.2 根據“一帶一路”建設人才需求改革教學方法

根據“一帶一路”人才需求，改革教學方法。教學方法改革中引入了雙語教學授課方法，選派有國外留學經驗的教師授課，采用英文課件，雙語授課的方法開展教學，使學生能直觀地掌握圖像處理課程中的專業術語和名詞，可以更好地理解當前研究中新的發展方向，有利于國際人才的培養。為了鼓勵學生課下自學，讓學生課下結合慕課“MOOC”和互聯網開展自學，自己查找當前圖像處理算法中最新的改進算法，并結合新算法的出現談談自己的體會，讓學生更多地接觸新思想、新理論。此外，在期末前布置大作業，大作業有3個題目可供學生選擇，要求學生自己獨立完成，大作業包括基本功能和拓展功能，需要學生將整個學期的內容綜合運用，是對學生對圖像處理方法的理解、編程的能力及創新思維的一種有效檢測，同時提高學生分析問題、解決問題的實踐能力。為了進一步地拓寬學生的知識面，我校聘請相關研究領域的專家給學生做圖像處理領域的專業報告，開拓學生的眼界，提高學生的學習興趣。此外，教師帶學生到大唐等合作企事業單位參觀、實習、鍛煉，提高學生實踐能力。通過以上教學方法的相互融合，使學生從枯燥的單一教學方法中脫離出來，以多模式、多角度的教學方法使學生獲得知識，讓學生因“趣”而學，因“用”而學，提高整體教學效果。

2.3 以“一帶一路”建設人才需求為導向改革教學模式

以“一帶一路”人才需求為導向[5]，改革教學模式。將教師的教與研和學生的學與思結合起來。結合我校的實際教學情況，構建課程的全過程教學模式。以培養國家卓越工程師為目標，對教學大綱、教學內容進行了調整和充實。除去課堂和實驗教學，我校開放實驗室，開設學生自主實驗，教師給題目，學生自選，以學生為主、教師為輔的方式開展課題研究，培養學生的實踐能力。在自主實驗中學生可以通過自己編寫的圖像處理程序實現對外圍如智能小車和機器人的控制，培養學生盡快成為一名卓越的工程師。

2.4 提高“一帶一路”人才培養質量 加強師資隊伍建設

為了提高“一帶一路”人才培養質量，需要加強師資隊伍建設。我校選派具有豐富教學經驗的教師赴美國、英國等地開展短期學習交流，學習先進國家的教學方法，提高教師的整體素質和英語水平，使教學內容和教學方法與國際接軌，將新思想、新見解融入圖像處理教學中來。任課教師具有扎實的圖像處理理論基礎，并通過橫縱向科研課題的長期鍛煉，能夠對新思想、新方法有很好的把握。我校長期與大唐等多家相關企業建立了緊密的合作關系，教師定期到合作單位實習鍛煉，提高教師自身素質，將理論知識有效融入實踐，了解各企業對人才需求方向的要求，有利于教學培養計劃和培養目標的制定，提高“一帶一路”人才培養質量。

3 結語

為服務“一帶一路”國家卓越工程師國際人才培養，本文對圖像處理課程進行了教學改革，從教學內容、教學方法、教學模式和師資隊伍建設四方面開展改革，突出了該課程理論上的基礎性、實踐上的研究性與具體應用需求上的前沿性，與現代科學發展方向接軌，契合“一帶一路”國際人才培養的需求。通過嘗試，培養的學生對圖像處理課程的算法有了深刻的理解，實踐和編程能力大幅度提升，取得了較好的效果，為“一帶一路”國家卓越工程師國際人才培養奠定了基礎。