基于設(shè)計(jì)的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革探索

馬宏興 張伶

摘要：數(shù)字圖像處理課程在信息工程類專業(yè)中有著重要的地位。結(jié)合實(shí)際教學(xué)工作，本文針對(duì)本科教學(xué)中的數(shù)字圖像處理課程，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)機(jī)制等方面進(jìn)行了教學(xué)改革與探索。由教學(xué)效果來看，提高了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生分析與解決實(shí)際圖像工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理;課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）12-0146-02

1引言

數(shù)字圖像處理課程在電子信息工程、信息工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中是一門專業(yè)必修課，在該專業(yè)的學(xué)生知識(shí)體系建立中有著重要的作用。該課程主要講授圖像處理的基礎(chǔ)理論，基本方法，主要內(nèi)容涉及圖像信息的基本表示、分析和處理方法，圖像信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理及顯示的基本技術(shù)及應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習(xí)，使電子信息工程、信息工程專業(yè)的學(xué)生能夠掌握數(shù)字圖圖像處理的基本理論、方法、技術(shù)，發(fā)解數(shù)字圖像處理的最新應(yīng)用和發(fā)展前景，為今后從事與數(shù)字圖像處理領(lǐng)域有關(guān)的研究和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

目前，在數(shù)字圖像處理課程本科教學(xué)過程中，存在著課時(shí)數(shù)不足，教材選用不當(dāng)，實(shí)驗(yàn)和教材相對(duì)脫節(jié)，學(xué)生只掌握了基礎(chǔ)知識(shí)，沒有將其應(yīng)用于實(shí)際工程中等諸多問題。針對(duì)這些教學(xué)過程中的實(shí)際問題，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、考核方式等方面，對(duì)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)與實(shí)踐進(jìn)行了一些教學(xué)改革和初步的探索。

2教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前，電子信息工程專業(yè)和信息工程專業(yè)所用教材為胡學(xué)龍老師編撰的《數(shù)字圖像處理》（第3版），在實(shí)際教學(xué)過程中，授課方式基本是按照“黑板+多媒體”的方式進(jìn)行，主導(dǎo)是老師，學(xué)生只是聽和做，沒有發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。另外實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，基本沒有設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。從這些年數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)效果來看，學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理課程的學(xué)習(xí)積極性不是太高，實(shí)驗(yàn)也是流于形勢(shì)，學(xué)生成績(jī)相對(duì)處于下滑趨勢(shì)。分析其原因，主要有下面幾個(gè)方面：

（1）教學(xué)內(nèi)容仍以理論為主。由于數(shù)字圖像處理是一門多學(xué)科交叉的課程，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，實(shí)際授課過程中學(xué)生理解困難，例如講圖像變換時(shí)，由于涉及傅里葉變換，學(xué)生就會(huì)興致缺缺，基本不會(huì)參與到老師的授課過程中。

（2）教學(xué)方式仍是“多媒體+板書”，在實(shí)際授課過程中，學(xué)生仍是被動(dòng)者，參與度不高，也激不起興趣。

（3）實(shí)驗(yàn)效果不好，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，由于Matlab基礎(chǔ)不夠，或者數(shù)字圖像處理理論掌握不到位，也多以網(wǎng)上下載程序來完成實(shí)驗(yàn)，而不是去理解，去自己編寫程序，大多數(shù)是以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的想法為主，而不是抱以“學(xué)習(xí)”的態(tài)度。

（4）考核方式存在問題。學(xué)生成績(jī)=平時(shí)（20%）+實(shí)驗(yàn)（20%）+考試（60%）。學(xué)生的平時(shí)成績(jī)?nèi)Q于考勤和作業(yè)，而沒有考慮到學(xué)生如何完成;實(shí)驗(yàn)也是以考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，沒有考察學(xué)生的完成過程;考試是全面考核學(xué)生對(duì)本課程的掌握情況，但是因?qū)W生生源及畢業(yè)率等問題，學(xué)生成績(jī)處于下滑狀態(tài)。

3教學(xué)改革

針對(duì)這些現(xiàn)狀，學(xué)院組織相關(guān)老師對(duì)該門課程進(jìn)行了反復(fù)討論，重新修訂大綱與教學(xué)計(jì)劃，采取一些新的措施來提高數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量，這些措施中，最主要的是突出了圖像處理課程設(shè)計(jì)，希望通過學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)這一任務(wù)，來提高教學(xué)質(zhì)量。

（1）更新授課內(nèi)容與知識(shí)體系

重新規(guī)劃授課內(nèi)容和知識(shí)體系，重新編撰新的講義，該講義需要結(jié)合原有圖像處理的知識(shí)體系，并在此基礎(chǔ)上，加入實(shí)際應(yīng)用案例，通過這些案例，使學(xué)生能夠從心理上知道為什么要學(xué)數(shù)字圖像處理，學(xué)習(xí)之后有什么用，從而改變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，從一個(gè)知識(shí)的接收者轉(zhuǎn)變成為一個(gè)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者和探索者。

改革后，數(shù)字圖像處理課程總學(xué)時(shí)保持不變，但在基礎(chǔ)知識(shí)講解時(shí)會(huì)相應(yīng)減少課時(shí)量，一部分知識(shí)會(huì)要求學(xué)生在課前或課后去看視頻學(xué)習(xí);每一章的授課內(nèi)容中，會(huì)加入實(shí)際應(yīng)用問題的課時(shí)，在課堂上與學(xué)生討論并加以解決;另外，有關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生自己完成，教師會(huì)抽出相應(yīng)課時(shí)進(jìn)行提問和驗(yàn)收。

（2）建立課程資源

根據(jù)所重新編撰的數(shù)字圖像處理講義，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)建立視頻庫和文檔資料庫，如果學(xué)生對(duì)某一知識(shí)理解不夠，可以去看相應(yīng)視頻或文檔。同時(shí)，也會(huì)給學(xué)生提供一些網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)資源網(wǎng)站，引導(dǎo)學(xué)生去利用網(wǎng)絡(luò)資源，拓展眼界。

（3）明確課程設(shè)計(jì)為重要環(huán)節(jié)

數(shù)字圖像處理課程改革后，突出課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)。在實(shí)際授課過程中，第一次課就會(huì)給學(xué)生布置一個(gè)有關(guān)數(shù)字圖像處理的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，例如車牌識(shí)別或者人臉識(shí)別，這一設(shè)計(jì)任務(wù)是一個(gè)綜合性的工程問題，需要涉及數(shù)字圖像處理的各個(gè)知識(shí)環(huán)節(jié)。

學(xué)生在接受這一課程任務(wù)后，首先去查找資料，明確課程設(shè)計(jì)題目的實(shí)現(xiàn)流程，并提交相關(guān)文檔。教師在審閱這些文檔之后，在數(shù)字圖像處理課程的理論教學(xué)過程中，應(yīng)有意識(shí)地根據(jù)學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)其展開討論并針對(duì)所設(shè)計(jì)的任務(wù)提出解決方案，提高學(xué)生的參與度，使得學(xué)生增加數(shù)字圖像處理課程的興趣。期末學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)后，需要做PPT文檔，并用5到7分鐘時(shí)間面向全班學(xué)生進(jìn)行答辯，同時(shí)依據(jù)課程設(shè)計(jì)，完成3000字左右的小論文寫作。

在課程設(shè)計(jì)過程中，需要注意的一點(diǎn)是授課教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)度，不能布置后就置之不理。學(xué)生寫小論文時(shí)應(yīng)該給出明確的寫作格式和寫作注意要點(diǎn)，從而訓(xùn)練學(xué)生的寫作能力和歸納能力，提高論文撰寫能力。

（4）多種教學(xué)模式并舉，提高教學(xué)質(zhì)量

在教學(xué)過程中，采用多種教學(xué)方式，教學(xué)不再是“多媒體+板書”，而是理論授課、課堂討論、工程項(xiàng)目、團(tuán)隊(duì)作業(yè)、課后視頻學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)等多種形式存在，互補(bǔ)，以提高學(xué)生的參與度，積極性。

（5）考核方式多樣性

數(shù)字圖像處理課程改革后，注重過程教學(xué)，學(xué)生成績(jī)重點(diǎn)不在考試，而是在學(xué)習(xí)這門課程的過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了什么，做了什么，掌握了什么。學(xué)生的最終成績(jī)組成化分地更為細(xì)致，學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定如表1所示。

從上表中可以看出，由課程設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)答辯組成的課程設(shè)計(jì)分值占30%，比重非常高。另外學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定不再是平時(shí)+實(shí)驗(yàn)+考試模式，而是由10項(xiàng)組成，使得學(xué)生的成績(jī)處理過程性評(píng)價(jià)中，學(xué)生成績(jī)變得更為客觀。

4結(jié)論

自實(shí)施數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革后，該課程便成為學(xué)生喜歡的一門課程，學(xué)生的上課積極性在增加，學(xué)生上課玩手機(jī)、睡覺情況減少，聽課的學(xué)生變多，問問題的學(xué)生漸多，課后學(xué)生也會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，查找資料并完成課程設(shè)計(jì)。整體來看，初步完成了數(shù)字圖像處理課程改革目的。