獨(dú)立學(xué)院數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革實(shí)踐

李登輝 王巖紅

[摘 要]數(shù)字圖像處理課程是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的綜合性課程，課程教學(xué)需要用到較多復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論知識(shí)，獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生在這些方面比較欠缺，致使教學(xué)效果比較差。該研究提出在教學(xué)過程中引入生動(dòng)比喻的教學(xué)方法，并采用理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的模式，在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)項(xiàng)目，并分解成針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的小項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，讓學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)教學(xué)效果，提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。

[關(guān)鍵詞]獨(dú)立學(xué)院；數(shù)字圖像處理；教學(xué)改革；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）06-0099-03

數(shù)字圖像處理課程是一門綜合性的課程，涵蓋了計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、通信工程等多門學(xué)科的知識(shí)。該門課程主要介紹數(shù)字圖像基礎(chǔ)、空域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、圖像恢復(fù)與重建、彩色圖像處理、圖像壓縮、形態(tài)學(xué)圖像處理、圖像分割和目標(biāo)識(shí)別等內(nèi)容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前數(shù)字圖像處理已廣泛應(yīng)用于軍事、交通、醫(yī)學(xué)、大地遙測等領(lǐng)域，并快速滲透到社會(huì)生產(chǎn)、科學(xué)研究、生活等廣闊的領(lǐng)域并取得較大的發(fā)展。正因?yàn)槠溆袕V闊的應(yīng)用前景，理工科院校一般都開設(shè)有數(shù)字圖像處理課程。一些獨(dú)立學(xué)院也開設(shè)了該課程，以培養(yǎng)具備利用計(jì)算機(jī)編程能力和圖像處理概念與算法處理實(shí)際問題的應(yīng)用型人才。

一、獨(dú)立學(xué)院數(shù)字圖像處理課程教學(xué)存在的主要問題及其原因分析

獨(dú)立學(xué)院開設(shè)數(shù)字圖像處理課程，教學(xué)效果并不理想，歸結(jié)起來其主要原因有以下幾方面。

（一）綜合性課程對(duì)學(xué)生的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)能力要求較高

數(shù)字圖像處理課程是一門涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、通信工程等學(xué)科的綜合性課程，同時(shí)也是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)這門課程要求學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算機(jī)編程能力。然而獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生往往數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，這就要求教師在講授的過程中不能對(duì)算法的來龍去脈進(jìn)行深入講解，因?yàn)閿?shù)學(xué)公式的推導(dǎo)是一個(gè)難度較大而且比較枯燥的過程，通常會(huì)讓學(xué)生有聽天書的感覺。畏難情緒會(huì)讓本來就不能專注聽講的學(xué)生更加難以認(rèn)真聽老師講課，這就容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。再加上獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生編程能力普遍較弱，這必然會(huì)影響到課程實(shí)踐內(nèi)容的教學(xué)效果。

（二）獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與自制力相對(duì)不足

獨(dú)立學(xué)院俗稱三本，獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的入學(xué)成績較一、二本學(xué)生要低不少。雖然高考成績不能全面反映一個(gè)學(xué)生的素質(zhì)，但是確實(shí)能夠在一定程度上反映大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。而且從筆者在獨(dú)立學(xué)院多年的教學(xué)經(jīng)歷來看，獨(dú)立學(xué)院大部分學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)習(xí)能力尤其是自制能力與一、二本學(xué)生存在較大的差距。獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的注意力很容易因受到外界的干擾而分散。比如在上課的過程中如果外面有個(gè)聲響，就有不少學(xué)生扭頭往外看；在學(xué)習(xí)的時(shí)候如果發(fā)現(xiàn)別的同學(xué)在玩游戲就不能安心學(xué)習(xí)，很快就三五成群地一起玩游戲了，而且玩起來沒完沒了。獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的自制力較差是導(dǎo)致其學(xué)習(xí)效果不好的一個(gè)重要因素。

二、獨(dú)立學(xué)院數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革探索

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，增強(qiáng)教學(xué)效果，筆者針對(duì)我院數(shù)字圖像處理課程開設(shè)以來所遇到的一些問題、學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況、教學(xué)活動(dòng)的效果及考核情況，分析存在的問題及其產(chǎn)生的原因，對(duì)該課程的教學(xué)方式、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行了一系列的改革，并取得了一定的效果。

（一）課堂教學(xué)生動(dòng)化

數(shù)字圖像處理課程教學(xué)會(huì)涉及大量的數(shù)學(xué)計(jì)算以及數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，這個(gè)過程相當(dāng)枯燥，而且獨(dú)立學(xué)院學(xué)生自身的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)往往比較差，這就使學(xué)生覺得聽課像聽天書。學(xué)生由于聽不懂而且覺得枯燥，就會(huì)慢慢開始厭煩，再加上智能手機(jī)的誘惑力很大，他們開始開小差，偷著玩手機(jī)。教師為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，非常有必要減少枯燥乏味的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程，同時(shí)要通過生動(dòng)形象的實(shí)例讓學(xué)生更好地理解知識(shí)。比如在講授傅里葉變換的過程中，應(yīng)該盡量避免數(shù)學(xué)公式的講授，而是要通過音符的變化來解釋頻率，通過一系列正弦波的動(dòng)態(tài)合成疊加變化過程來講授任何波形都可以由正弦波疊加產(chǎn)生的定律。再比如在講授TCP和UDP通信協(xié)議的區(qū)別時(shí)可以拋開協(xié)議的本身，轉(zhuǎn)而通過介紹電話交流過程來說明TCP是可靠的握手協(xié)議，需要等到對(duì)方確認(rèn)信息后才進(jìn)行后續(xù)操作，而UDP則不是這種可靠的協(xié)議。

（二）將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

我院數(shù)字圖像處理課程采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。整個(gè)教學(xué)過程都在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。教師在講授理論的過程中可以加入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以在需要的時(shí)候讓學(xué)生自己動(dòng)手來編寫程序，了解圖像處理的過程。這種教學(xué)模式可以給學(xué)生較多的時(shí)間和機(jī)會(huì)去練習(xí)編輯，加深對(duì)圖像處理算法的理解。而且在這種教學(xué)模式下，教師和學(xué)生的溝通交流機(jī)會(huì)增多了，學(xué)生練習(xí)編程時(shí)教師在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)巡視，一發(fā)現(xiàn)學(xué)生有難以處理的問題就可以隨時(shí)溝通交流并及時(shí)加以解決。

（三）以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是指在課程講授之前，要首先對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特質(zhì)進(jìn)行分析，再制定一些與實(shí)際問題相符且能夠引起學(xué)生興趣的小項(xiàng)目。在教學(xué)開始之前，教師要先對(duì)教學(xué)過程和教學(xué)方案進(jìn)行整體規(guī)劃，并選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)項(xiàng)目，根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度安排，將項(xiàng)目劃分成若干個(gè)子項(xiàng)目，使每個(gè)教學(xué)內(nèi)容都有相關(guān)的子項(xiàng)目以方便操作，而且每個(gè)子項(xiàng)目之間有內(nèi)在的聯(lián)系，對(duì)這些子項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)整合可以構(gòu)成一個(gè)較大的項(xiàng)目。

比如教師在教學(xué)過程中選擇車牌識(shí)別的項(xiàng)目，并對(duì)其進(jìn)行項(xiàng)目分割，分割成圖像預(yù)處理部分以及車牌定位、字符分割、歸一化處理及識(shí)別輸出等若干個(gè)小的模塊，每個(gè)小的模塊和教學(xué)過程中的知識(shí)點(diǎn)形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖1所示這樣在整個(gè)教學(xué)的過程中就可以根據(jù)具體的教學(xué)章節(jié)給學(xué)生比較小的項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行實(shí)踐操作，在課程知識(shí)點(diǎn)講授完成的時(shí)候可以帶領(lǐng)學(xué)生回顧之前的內(nèi)容，對(duì)之前所完成的實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行整合處理，并將原有的子項(xiàng)目寫成一個(gè)個(gè)小模塊，通過函數(shù)調(diào)用的形式完成整個(gè)車牌識(shí)別。這樣的做法有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不斷積累項(xiàng)目處理的經(jīng)驗(yàn)，并通過實(shí)踐操作加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

采用項(xiàng)目教學(xué)法開展圖像處理課程的教學(xué)需要遵循一定的原則。第一，以學(xué)生為主，以教師為輔。要讓學(xué)生能夠充分發(fā)揮其主動(dòng)性和創(chuàng)新性，在項(xiàng)目中自我反思、修正、提高。教師應(yīng)進(jìn)行指導(dǎo)，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的有效開展，及時(shí)參與學(xué)生的討論并進(jìn)行評(píng)價(jià)。第二，選擇合適的項(xiàng)目是確保課程教學(xué)成功的關(guān)鍵。所選取的項(xiàng)目應(yīng)該是針對(duì)教學(xué)內(nèi)容展開的，應(yīng)囊括基本的知識(shí)點(diǎn)，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系緊密，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，并具有適當(dāng)?shù)膯l(fā)性、挑戰(zhàn)性。加以適當(dāng)?shù)耐卣?、?xiàng)目的開展可以讓學(xué)生感覺到所學(xué)內(nèi)容確實(shí)有用，也能夠鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)的能力和實(shí)踐的能力。第三，提供協(xié)同學(xué)習(xí)的條件。分組學(xué)習(xí)、討論并開展項(xiàng)目的實(shí)施，有利于鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力與創(chuàng)造性思維。第四，要及時(shí)對(duì)學(xué)生所取得的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造性，給出更多合理的有新意的方案。

（四）以學(xué)生為主導(dǎo)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式通常以教師為主導(dǎo)，教師擬定教學(xué)計(jì)劃，確定教學(xué)項(xiàng)目，制作教學(xué)課件，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂上，教師在講臺(tái)上講得天花亂墜，學(xué)生在下面聽得昏昏欲睡。雖然任課教師想方設(shè)法進(jìn)行教學(xué)改革，希望能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，但是往往收效甚微。其主要原因之一就是，很多方法難以讓學(xué)生真正成為教學(xué)過程的主體。教師在教學(xué)的過程中可以嘗試著給學(xué)生布置任務(wù)，讓學(xué)生來參與課程的講授。授課教師下課前對(duì)下一次的課程內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)安排，布置學(xué)生合作進(jìn)行教學(xué)素材的查詢、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)課件的編寫、教學(xué)過程的設(shè)計(jì)、教學(xué)案例的準(zhǔn)備等，下次課由學(xué)生進(jìn)行講授，指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的各項(xiàng)表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。這樣可以讓學(xué)生在教學(xué)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，較多地融入教學(xué)過程中去，主動(dòng)地查詢資料、學(xué)習(xí)知識(shí)，想方設(shè)法讓知識(shí)點(diǎn)更容易被理解與接受，進(jìn)而提高教學(xué)的效果。

（五）重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力的考核

由于本課程采用了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，在教學(xué)的過程中學(xué)生動(dòng)手參與了實(shí)踐操作項(xiàng)目，因此課程的考核不再是只關(guān)注考試的成績，而是加大平時(shí)成績在課程總成績中的比例，重視評(píng)價(jià)學(xué)生在平時(shí)實(shí)踐操作中的表現(xiàn)。這樣的做法更合理，因?yàn)榇_實(shí)有一些學(xué)生平時(shí)動(dòng)手能力非常強(qiáng)，參加各種大賽都能獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，但是一到筆試就會(huì)掛科。對(duì)于這樣的學(xué)生，只用筆試成績來評(píng)定他的課程成績是片面的。

三、獨(dú)立學(xué)院數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革實(shí)施效果

獨(dú)立學(xué)院在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革的過程中，任課教師學(xué)習(xí)并引入先進(jìn)的教學(xué)理念，結(jié)合課程的特點(diǎn)和我校學(xué)生的實(shí)際情況，在授課過程中采用生動(dòng)形象的教學(xué)方式對(duì)枯燥的理論知識(shí)和煩瑣的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行講授，將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，注重學(xué)生實(shí)踐能力訓(xùn)練，以學(xué)生為主、教師為輔地開展項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，并取得了較好的教學(xué)成果。在2012-2014學(xué)年，我院數(shù)字圖像處理課程的考核通過率在70%-80%；2015年我院開始實(shí)施數(shù)字圖像課程教學(xué)改革，當(dāng)年該課程考核的一次性通過率就達(dá)到了85%，通過補(bǔ)考之后僅有幾個(gè)考生沒能通過課程考核；在2016-2017學(xué)年該課程的考核通過率都保持在95%左右。另外，在近3屆畢業(yè)生中，每屆都有幾位學(xué)生簽約到圖像視頻處理公司從事專業(yè)開發(fā)工作。所有這些說明了該課程的教學(xué)改革取得了一定的成功。

四、結(jié)語

數(shù)字圖像處理課程作為電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，在很多院校都有開設(shè)。但是由于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生自身的特點(diǎn)和數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。我院在教學(xué)過程中革新教學(xué)的方法和方式，不死板講授公式的推理過程，使用生動(dòng)形象的教學(xué)方式，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果的提高。在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入合適的教學(xué)項(xiàng)目，并將項(xiàng)目分成較小的子項(xiàng)目，子項(xiàng)目與教學(xué)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使學(xué)生在實(shí)踐操作中得以加深對(duì)理論知識(shí)的理解，并得到開展工程項(xiàng)目的鍛煉，這對(duì)提高學(xué)生的就業(yè)競爭力有一定的幫助。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]