數字圖像處理課程教學改革與實踐

（湖南應用技術學院 湖南·常德 415100）

1 激發和保持學生學習數字圖像處理課程興趣的教學策略

1.1 教學內容激發學生學習興趣

筆者從以下幾個角度選取圖像處理相關的素材并設計實驗：

（1）學生身邊事，例如學生普遍使用的美顏相機、表情包制作工具、刷臉支付、學校在宿舍出入口安放的刷臉設備等；

（2）學生關心事，例如比較成功的明星演員、歌手的圖像、熱播影視片段等；

（3）社會熱點事，特別是能夠激發學生民族自豪感的事件，例如我國月球衛星微型衛星龍江2號給地球拍攝照片，嫦娥四號著陸器通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖等，中國在無人駕駛領域取得驕人成就等；

（4）中華優秀傳統文化，例如書法、壁畫、剪紙、山水畫等。

由于選用的案例和素材比較新穎，學生的學習興趣高。

1.2 教學過程注重保持學生學習興趣

隨著課程內容難度加深，一些學生的興趣產生動搖。通過每次課后小結，及時發現該問題并采取了一定措施保持學生學習興趣。

（1）充分利用學生的學習預期保持學習興趣。很多學生在開課初期學習目的是學會Photoshop（PS）進行修圖、影視劇特效制作等，而該課程目的又不在于此，并且課時有限，對此，筆者通過網絡搜索以及和相關課程任課教師交流，在部分章節精選應用實例，制作文檔供學生課前選用自學；課堂上結合效果圖進行其原理的講解，強調自己編程實現比使用Photoshop等已有軟件的優勢，并鼓勵學生自己設計一些專用的小軟件。

（2）為個性化學習提供支持。因為在開課一到兩周之后，學生的學習進度和理解程度逐漸分化，這時，主要按照計劃授課的同時，為一些基礎比較好、學習能力強的學生推薦具有一定難度的學習材料，為其他學生推薦國家精品課程等資源供課下學習。采用線上教學平臺為學生答疑，在能力范圍內允許和支持部分學生使用自己熟悉的編程語言完成實驗，鼓勵學生使用企業提供的開放平臺和工具開展實驗。實踐證明，這種做法有利于學生編程能力的提升、自我成就感的滿足、設計和想象能力的發揮。從課程實驗作品來看，除課程推薦的Matlab以外，學生還選擇了Java、Python、C#等程序設計語言；有學生基于百度AI平臺開發了顏值評分小軟件，有的學生復現或解讀了筆者推薦的圖像處理英文文獻的算法。需要說明的是，這種方式需要授課教師或團隊探索和實踐線上線下混合式教學、相關軟件工具的使用經驗和相關領域的科研經歷，否則會變成教學負擔。

2 強化數字圖像處理技術實踐能力和創新能力的教學策略

2.1 激發學生創意，培養實踐和創新能力

根據經典教材提供的實驗案例和習題設計的教學實驗多為驗證性實驗，不利于學生實踐能力和創新能力的發揮。對此，筆者改革課程評價方式，在授課過程和作業環節，要求和鼓勵學生結合自己的使用經驗、借鑒科幻影視劇中展現的超前圖像處理技術，復現或創新已有圖像處理軟件的部分或全部功能，并要求學生采用軟件工程的思想從需求分析、概要設計入手，逐步過渡到詳細設計。這種方式給了學生更多自主選擇的機會，學生的學習熱情很高，出現了一些創意，筆者根據創意類型和涉及到的技術將學生進行分組，鼓勵并為實現這些創意提供技術指導。盡管有些學生的創意因為實現難度比較大主動放棄，最終的課程大作業中，仍然有大部分小組復現了已有軟件的部分功能，幾個小組實現了自己的創意。筆者和同事指導其中的部分優秀作品（如聾啞人手勢識別等）申報并獲得了中國互聯網+創新創業大賽自治區銀獎、區級和校級大學生創新創業項目等，獲得等較好成績。

2.2 結合教學科研實踐，為學生提供能力展現平臺

一方面，作為師范類院校，南寧師范大學一直推進教師教學能力提升，鼓勵教師以在線教學、混合式教學、翻轉課堂等新模式開展教學；另一方面，圖像處理就是筆者的科學研究方向。在這種背景下，有開發可視化教學工具、趣味性課件的需要，也有實現和創新圖像處理前沿技術、算法的需要。根據這些需要，提煉了一些本科生經過努力可以完成的小項目供學生選擇。例如，引導學生根據像素鄰域概念設計趣味掃雷游戲，有學生引入了更大鄰域半徑、菱形鄰域等，參與項目的學生實踐能力和創新能力得到提升；同時，開發的程序又可以用來測試其他學生對像素和鄰域的理解；在講解基于主成分分析的圖像降維算法時，向學生示范一種笑臉排序算法；在講解傅里葉變換時，向學生講解圖像拼接算法；再比如，在講解圖像復原時，簡要介紹暗通道去霧、深度學習、基于生成對抗網絡的圖像風格轉換等較前沿的技術，指導對相關方向感興趣且學有余力的學生參加創新創業競賽、科研項目等，也影響了部分學生選擇圖像處理作為畢業設計和考研繼續深造的研究方向。同時，該做法也促進了筆者的教學科研能力的提升。

3 數字圖像處理課程教學過程中融入育人元素

立德樹人是高校教書育人之本，特別是師范院校，南寧師范大學一直要求教師做好課程育人。數字圖像處理課程也有不少育人的元素，但國內外經典教材鮮有涉及。從學生未來發展的角度，筆者設計了相關的教學內容，通過言傳身教要求學生在今后的工作和研究過程中，嚴守職業道德和法律法規、提高自我的社會責任感等。例如，筆者在使用學生圖像演示笑臉排序算法時征得學生同意，體現公民肖像權受法律保護；在線教學平臺組織學生討論由一張“黑洞”照片引發的視覺中國版權問題、高校課堂被要求裝監控是否侵犯隱私權；介紹慧云信息利用圖像處理和人工智能技術開發耘眼系統為農戶提供病蟲害識別服務，曠視科技、商湯科技、百度、騰訊等知名企業制作AI教育資源、開放開發工具和平臺、踐行公益事業，體現了企業的發展與社會責任結合等。在學生了解和討論這些事件的過程中，學生對圖像處理相關職業有了更深入的了解和認識，同時教師可以潛移默化地完成數字圖像處理課程育人的目標。

4 結語

數字圖像處理技術是一門發展很快且應用面很廣的新興學科。數字圖像處理課程的相關知識實用且應用面廣，但由于其自身學科交叉性、前沿技術發展快等特點，學生學習起來往往比較困難。本文結合教學實踐，從學習興趣、實踐和創新能力、課程育人三個方面總結了提高課堂教學效果的一系列策略，期望數字圖像處理課程不僅能夠產生深化學生基礎理論知識、提高學生實踐能力的效果，而且能夠提高學生的創新能力、法律意識和社會責任感等。作為教師，也應該積極、大膽地探索有利于培養學生各方面綜合能力的教學模式、教學方法和教學內容。