《數(shù)字圖像處理》研究生雙語課教學(xué)思路與實踐

蘆碧波　皇甫珍珍　鄭艷梅

【摘 要】本文以河南理工大學(xué)《數(shù)字圖像處理》研究生雙語課為例，討論了該課程在教學(xué)目的、教學(xué)方法、教學(xué)組織、實踐能力培養(yǎng)等方面的特點，并根據(jù)這這些特點，開展面向問題解決的課堂教學(xué)、以提供英語能力為目的的文獻閱讀教學(xué)、以培養(yǎng)實踐能力為目的的實驗教學(xué)，提高研究生的科學(xué)思維能力、科技論文撰寫能力和團隊協(xié)作能力。雙語課在教學(xué)內(nèi)容安排、課堂設(shè)計、英文文獻閱讀、實驗安排、學(xué)生匯報等方面的建設(shè)方法與實踐。

【關(guān)鍵詞】雙語教學(xué);數(shù)字圖像處理;研究生課程

中圖分類號： TP391.41-4;G642文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0111-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.052

The Construction and Practice of Digital Image Processing Bilingual Course for Graduate Student

LU Bi-bo HuangFu Zhenzhen ZHENG Yan-mei

（School of Computer Science And Technology， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454003， China）

【Abstract】Taking the bilingual course of Digital Image Processing of Henan University of Technology as an example， this paper discusses the characters on teaching aim， teaching method， teaching organization and practice ability training. Based on these characters， the class teaching aim to problem solving， the literature reading aim to improve English ability and the lab teaching aim to improve practice ability are conducted. These activities help to improve graduate students abilities on thinking in science research， science paper writing and cooperation each other in a team.

【Key words】Bilingual teaching; Digital image processing; Graduate course

0 引言

為提高高素質(zhì)創(chuàng)新人才質(zhì)量，各高校在研究生人才培養(yǎng)期間根據(jù)單位的實際情況開設(shè)了研究生雙語課程。開始研究生雙語課，不僅可提高研究生的國際視野和進行國際學(xué)術(shù)交流能力，也可使研究生更好的了解國際科技發(fā)展的最新動向[1]。

我校開設(shè)了《數(shù)字圖像處理》雙語課。此課程為計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)碩、計算機技術(shù)專碩等類型研究生的選修課。由于數(shù)字圖像處理、機器視覺、人工智能等學(xué)科在近年中發(fā)展迅速，研究生對相關(guān)領(lǐng)域的興趣不斷增加，學(xué)習(xí)主動性逐漸增強趣。本課程的基本目的是使學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的基本概念、原理、方法及應(yīng)用，培養(yǎng)和增強學(xué)生數(shù)字圖像處理技能的創(chuàng)新意識，提高實際動手能力、分析和解決問題能力。本文在借鑒和學(xué)習(xí)前人教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上[2]，根據(jù)自己的教學(xué)實踐，介紹該雙語課的開設(shè)情況和課程建設(shè)情況。

1 授課內(nèi)容與教學(xué)思路

1.1 授課內(nèi)容

課程授課內(nèi)容包括圖像的點操作（包括圖像增強、直方圖變換）、圖像濾波、邊緣檢測、多尺度分析、角點檢測、圖像匹配等。其中部分內(nèi)容較為新穎，如在圖像濾波部分介紹了非線性擴散濾波、雙邊濾波、引導(dǎo)濾波等較主流算法。

課程采用“全英文展示，英文講解為主，中文講解為輔”的教學(xué)模式。以英文原版著作為教材、課件內(nèi)容為英文;在講解過程中對主要內(nèi)容用英文講解，而對于復(fù)雜的內(nèi)容在英文講解的基礎(chǔ)上稍加中文解釋。為順利完成雙語課的課堂教學(xué)，在每次授課前，通過網(wǎng)站將英文課件等內(nèi)容提前發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，熟悉教學(xué)內(nèi)容和對應(yīng)的英文專業(yè)詞匯，并在課堂上對學(xué)生進行隨機提問，檢查其預(yù)習(xí)情況。

1.2 教學(xué)思路

在目前的研究生教學(xué)中，容易沿襲本科生教學(xué)的思路進行教學(xué)。但研究生在教學(xué)目的、教學(xué)方法、教學(xué)組織、實踐能力培養(yǎng)方面具有自己的特點，需要根據(jù)這些特點進行針對性的教學(xué)組織和安排。

（1）《數(shù)字圖像處理》作為一門研究生專業(yè)課，不僅與本科生課程一樣具有傳授知識、提高能力的功能，更重要的是還要為學(xué)生打開進行科學(xué)研究的大門、啟發(fā)學(xué)生進行思考和創(chuàng)新，實現(xiàn)一定的示范和引領(lǐng)作用。

（2）數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，特別是隨著深度學(xué)習(xí)等新一代人工智能技術(shù)的興起，很多問題都被重新定義和解決。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能適應(yīng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。為此，在教學(xué)方法要以學(xué)生為中心，教師要完成從教學(xué)者到引導(dǎo)者的轉(zhuǎn)變，在講授基本知識的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生大量閱讀最新文獻，引領(lǐng)學(xué)生了解最前沿的技術(shù)進展。

（3）在大多數(shù)高校中，研究生教育目前還屬于精英教育。與本科生課程相比，研究生專業(yè)課的學(xué)習(xí)人數(shù)相對較少，較低的生師比使得更加靈活的教學(xué)組織成為可能。在課堂上可以通過師生之間的頻繁互動、組織學(xué)生開展分組討論、安排學(xué)生進行專題匯報等形式，提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的程度，并培養(yǎng)其良好的思辨意識和團隊協(xié)作能力。

（4）與本科生課程不同，很多高校的研究生課程不安排獨立的實驗環(huán)節(jié)，這也是目前研究生教育中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。對于《數(shù)字圖像處理》課程而言，需要學(xué)生進行編程實現(xiàn)基本的算法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生對相關(guān)概念、知識和算法的理解，并為后續(xù)的算法設(shè)計和實現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法與實踐

2.1 以問題解決為驅(qū)動的課程教學(xué)

在教學(xué)中，以實際問題的解決作為教學(xué)的出發(fā)點，以“問題驅(qū)動、設(shè)計思想、算法設(shè)計、方案效果”為主線進行講授，使學(xué)生能夠在課堂上感受到技術(shù)發(fā)展的全過程，了解和熟悉解決問題、研究創(chuàng)新的思路和方法。如在圖像濾波中，以噪聲去除為待解決的問題、以加權(quán)平均為算法設(shè)計的思想、以高斯函數(shù)加權(quán)作為算法設(shè)計的理論基礎(chǔ)、以濾波后的圖像作為效果進行展示。為了提高學(xué)生分析問題的能力，還根據(jù)高斯函數(shù)的性質(zhì)，討論了在離散情形下如何合理選區(qū)模板大小以控制誤差。此部分的教學(xué)安排遵循“循序漸進、由淺入深、由簡到繁”的原則，使學(xué)生一步一步的了解算法設(shè)計時需要考慮的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、參數(shù)設(shè)置等問題。

在具體的教學(xué)設(shè)計上，注意將課堂教學(xué)內(nèi)容與科研論文撰寫中的“引言、算法設(shè)計、算法流程、實驗結(jié)果”的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，使學(xué)生逐漸熟悉研究科學(xué)問題的思路和方法，并潛移默化的將科技論文撰寫的方法傳授給學(xué)生。

通過以問題解決為目標(biāo)進行教學(xué)，可以將學(xué)生快速的從課本上的基本問題帶到相關(guān)問題研究的前沿，同時熟悉科學(xué)研究的思路和方法，為今后碩士研究生階段的學(xué)習(xí)打下較好的基礎(chǔ)。

2.2 面向國際化的文獻閱讀教學(xué)

提高英文文獻閱讀能力、提高學(xué)生的國際交流能力是雙語課開設(shè)的目的之一。在授課過程中，授課教師結(jié)合課程內(nèi)容和相關(guān)領(lǐng)域的最新進展，為學(xué)生提供大量文獻以供閱讀。對于課程相關(guān)內(nèi)容，在課堂上講授相關(guān)算法，在課下要求學(xué)生閱讀原始的英文文獻。為使學(xué)生掌握最新的技術(shù)進展，要求學(xué)生查閱Siggraph、Siggraph Asia、CVPR等世界頂級會議的相關(guān)網(wǎng)站，根據(jù)個人興趣選取部分文獻進行閱讀。通過文獻閱讀，學(xué)生不僅加深了課堂內(nèi)容的理解，也掌握了最新的技術(shù)進展。

為了提高學(xué)生的國際交流能力并體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念，要求每個學(xué)生將自己選擇的頂級期刊和會議的文獻在閱讀后進行匯報，匯報內(nèi)容包括問題背景、算法設(shè)計、算法實現(xiàn)、結(jié)果演示等內(nèi)容，每次匯報20-30分鐘。通過學(xué)生匯報、學(xué)生互評、教師總結(jié)點評的方式，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題和國際交流能力，還活躍了課堂氣氛、提高了雙語課的教學(xué)效果。

2.3 面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)

由于研究生課程大部分未安排實驗學(xué)時，而《數(shù)字圖像處理》還是一門實踐性強、應(yīng)用廣泛的課程，因此在課程學(xué)習(xí)中，安排學(xué)生在課下進行編程驗證基本理論并實現(xiàn)簡單而實用的算法，并在課堂上進行講授，以檢驗學(xué)生的實驗效果。

為了讓學(xué)生深刻了解高斯濾波和LoG算子的內(nèi)容，要求學(xué)生實現(xiàn)高斯函數(shù)、高斯函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)、高斯函數(shù)二階導(dǎo)數(shù)的圖形繪制，建立學(xué)生在理論推導(dǎo)與直觀圖形之間的聯(lián)系。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對Photoshop中的“色階、曲線、通道混合器、反相、閾值、色調(diào)均化、色調(diào)分離、查找邊緣、最大值、最小值、中間值、添加雜色、浮雕效果、自定義”等十多種功能進行演示，然后提示這些功能與教學(xué)知識點之間的聯(lián)系，并要求學(xué)生編程實現(xiàn)。學(xué)生在實現(xiàn)這些功能的過程中可以不僅有效提高了動手能力，還獲得了很好的滿足感，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

考慮到學(xué)生學(xué)生能力的差異，要求學(xué)生分組討論進行算法設(shè)計并使用Python、Matlab、C等語言編程進行代碼的設(shè)計、測試和展示。每組包含2-3人，其中1-2人負(fù)責(zé)算法實現(xiàn)，1人負(fù)責(zé)使用英語匯報算法實現(xiàn)過程、展示算法結(jié)果，每次匯報5-10分鐘。

3 結(jié)論與建議

通過《數(shù)字圖像處理》研究生雙語課建設(shè)，利用多種手段增加研究生的英文文獻閱讀數(shù)量、提高查找和閱讀英文文獻能力、加強其使用英語進行交流的能力。但是在實際教學(xué)中，還是存在學(xué)生英語基礎(chǔ)較為薄弱、英語使用環(huán)境較差、參加國際學(xué)生交流機會較少等實際問題。

【參考文獻】

[1]孫斌，陳小惠，喻春雨.數(shù)字圖像處理雙語教學(xué)中的現(xiàn)代工程能力培養(yǎng)[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（07）：31-33+37.

[2]鄭愛華，涂錚錚，羅斌.計算機專業(yè)數(shù)字圖像處理雙語課程的“主題式”教學(xué)[J].計算機教育，2016（02）：159-162.