《數字圖像處理技術》課程實踐教學改革研究

陳麗芳 劉淵 詹千熠 潘祥

摘要：在高等教育的培養方案中，實踐教學常常處于理論教學的從屬地位，學時少，但是實踐教學在高等工程教育中卻占有舉足輕重的地位，學生通過實踐將理論知識與工程實際進行有機融合，不僅鍛煉了學生分析與解決實際問題的能力，同時也提高了其動手能力。《數字圖像處理技術》作為計算機專業、數字媒體技術專業等相關專業的核心課程，本文針對目前《數字圖像處理技術》課程的實踐教學存在的問題，結合新工科建設的需求，在實踐內容、綜合評價等方面進行了探索，以提高和完善目前現有的實踐教學方式為目標，培養適應先進信息化產業發展的應用型人才。

2017年教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，積極推進新工科建設。新工科的內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。實踐教學在高等工程教育中占有舉足輕重的地位，學生通過實踐將理論知識與工程實際進行有機融合，鍛煉了學生分析與解決實際問題的能力，同時也提高了其動手能力。實踐教學的質量直接關系到學生的實踐動手能力和創造能力，也是影響學生創新意識的關鍵因素。《數字圖像處理技術》作為計算機專業、數字媒體技術專業等相關專業的核心課程，課程實踐教學的質量不僅影響學生的實踐能力，也影響后續相關課程的開展。

新工科背景下，更加強調學生對課程知識的應用和拓展，在現行培養方案中，課程的實踐環節往往是理論教學的補充，學時少，而且在大部分傳統的教學方式上，教師和學生對課程的實踐部分都不夠重視，導致實踐與理論相互脫離，學生在課本上所學的知識無法與實踐內容結合起來，這便會讓學生在處理實際問題的過程當中無從下手。不僅學生的實踐能力無法得到提升，而且學生對理論知識的掌握和應用也無法提升。如何在有限的學時的基礎上，更好地提升學生對實踐環節的重視程度，從而變被動學習為主動學習，本文對實踐教學存在的問題進行探索研究。

《數字圖像處理技術》課程相關的內容和技術更新快，新技術帶來更多的新問題，為了與新工科要求的人才相適應，課程的教學資源要盡量與新技術發展匹配。近年來，各個高校都加大了對實踐設備的投入，建立特定功能的實驗室和實踐教學基地。但是，相對于學生數，實踐教學的教學經費仍然緊缺，實踐設備往往無法滿足學生的實際需求。

目前高校的相關設備較為完善先進，但是實踐教學方式仍比較傳統落后——《數字圖像處理技術》以及計算機相關課程的實踐教學方式還是停留在教師根據課程理論知識點布置對應的實驗要求，實驗內容驗證型的比較多，而且實踐課上基本上是學生自己編程，老師提供答疑的方式，拓展性和創新性缺乏。

新工科更加強調主動塑造世界，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。數字圖像處理技術是專業核心課程，與計算機圖形學、計算機視覺、計算機仿真、計算機游戲程序設計、人工智能等課程有著密切的聯系，所以《數字圖像處理技術》的實踐教學目的就是加強學生對課程理論知識的理解和掌握，加強學生對知識的應用和拓展的能力。具體的改革對策可以從以下結構方面實施。

通過梳理課程的重點和難點，結合新工科工程教育的要求，將實踐內容分為基礎驗證型實踐、設計型實踐、項目創新型實踐和實習型實踐四個階梯式內容，各部分實踐內容相輔相成。如圖1所示：

（a）基礎驗證型實踐內容以驗證課程中的原理和方法為目的。通過實踐，使學生扎實地掌握專業課程的基本原理，要求學生能熟練掌握實踐內容。（b）設計型實踐內容是對基礎性實踐內容的拓展，通過設計型實踐使學生能夠將多個知識點融會貫通。通過實踐教學，學生能夠解決工程中的常見問題，并具有獨立實踐的能力。（c）項目創新型實踐是指學生可根據自己的興趣愛好選擇與課程相關的項目，教師對實踐內容和過程進行方向性指導，學生可以團隊形式完成項目，團隊內部分工協助。項目創新型實踐為拔高性實踐內容，向學有余力的學生開放，這部分實踐內容對學生的知識儲備和實踐動手能力會有更高的要求，實踐所需時間也相應更長，可以代替課程的驗證型實驗和設計型實驗。（d）實習型實踐與課程設計和生產實習環節，學生可以進入相關企業進行專業崗位實訓或結合企業需求完成相應工作，由企業導師和校內老師共同指導。通過這一環節的實踐，學生能夠了解企業的工作和需求，解決學與用脫節的問題。在團隊形式完成項目的過程當中，學生能夠了解到其他人對于項目實踐方式的看法和操作目標。取其精華、去其糟粕，汲取其中優秀的實踐知識并且應用到項目制作過程當中，可以讓自己的實踐能力得到極大的提升。同時，學生與學生之間進行合作可以提高學生的協作溝通能力，也能拉近學生間的距離，增強團隊凝聚力，在今后處理項目處理問題的過程當中會更加得心應手，為今后的發展打下基礎。

高校教師一般比較擅長理論基礎研究，在教學過程中也會結合自身的科研，但是教師的科研與所教授的課程內容不一定會有很好的關聯。通順高校科研壓力大，教師有時候很難有大量的時間去設計與實際應用相關的實踐內容。所以本文提出雙師指導制，充分利用學校所在區域的產業優勢，聘請有經驗的企業專家作為實踐指導教師，并定期進行企業導師和高校導師的交流培訓。同時可以聘請本專業的畢業生回校指導。此外學校還需要適時的對教師進行實踐測評，通過教師對于本課程的實踐結果給出評級，不合格的教師需要再對課程的實踐進行深入鉆研，并且學校需要實時跟進教師的實驗結果，確保教師可以將豐富的實踐知識帶給學生們。學生們也可以在教務網站上給自己的教師打分，打分采用匿名的形式，可以準確的反映出教師在教學實踐過程當中存在的問題或者不足，以便及時調整教學方式方法，而評價較高的教師可以得到一定的獎勵，既可以是物質上的也可以是精神上的，對教師的實踐教學給出肯定和鼓勵，以便幫助學生更好的理解《數字圖像處理技術》這門課程。

良好的評價機制是激勵學生學習的原動力。本文提出多元化的實踐考核形式，可以根據實踐項目的完成度和小組報告以及平日實踐表現進行綜合評定。對實踐能力的評價可結合創新作品、實踐階梯式內容的完成度等。例如，現在每年都有大學生創新項目、學科競賽、運用專業知識進行課外社會實踐等相關活動，可結合課程引導學生參與這些活動，教師可以將這些活動作品質量以及獲獎情況作為實踐考核，真正實現學有所用。

信息化時代已經來臨，在《圖像處理技術》的教學過程當中可以運用新型互聯網技術對學生進行教學。當下的互聯網教育平臺種類繁多，那么針對圖像處理的教學同樣也可以利用這類網絡資源進行。教師可以在講授相關課程之前，將網課資源發給學生們，學生的學習時間會變得自由，讓學生根據自己的時間安排合理的對知識進行學習，包括對Matlab、Photoshop等圖像處理軟件的處理模式以及實際操作有一定的了解。同時還可以學習到數值分析、矩陣運算、信號處理等知識，知曉更多的圖像處理函數。從而可以使學生在線下課堂上不必全程集中精神跟著教師的思路走，可以只選擇自己還有所欠缺的、在網課上沒有聽懂的部分著重進行研究。這也為教師省去了備課的壓力，在課堂上教師只需根據教學大綱將相關重點、難點進行深入細致的講解即可，其他部分可以由學生在網絡上自學了解。

除此之外，線下課堂也可以與網絡教育平臺進行有機的融合。比如期末測評考試，近期受到疫情的影響，需要學校的教學工作都轉到了線上進行，那么平日的教學工作乃至期末考試同樣也可以搬到網絡上來進行。舉個例子，對《圖像處理技術》基礎理論知識的測驗，可以使用雨課堂、慕課Mooc、學校網絡教學平臺對學生們進行測驗。線上考試最需要注重的問題就是公平、誠信，現在的教學平臺可以很好的滿足上述要求——學生考試前簽署誠信聲明，表示題目是自己獨立完成的，在考試過程當中，攝像頭隨時開啟，教師可以根據學生的動態來判斷是否在作弊，還有的平臺可以禁止學生對考試題目進行復制，以及切屏次數過多直接提交試卷等措施防止學生利用網絡搜題查題，可以大大減少作弊的幾率，提高線上考試的公平性。這樣的方式值得教師和學校的大力推崇。

俗話說“實踐出真知”，課程實踐教學是課程理論基礎的驗證和延伸，是提升學生創造力和動手能力的有效途徑。實踐也是學習《數字圖像處理技術》的一種非常重要的方式，這種實踐能力不是一天就能形成的，需要通過點滴的實踐積累來明白這門學科的精髓，從而發掘出全新的圖像處理技術。在新工科背景下，教師需要結合課程理論知識的特點，從學生的角度出發，不斷探索和改革實踐教學方式，充分利用當今流行的科學技術手段促進學生的對于數字圖像處理技術的學習，提高學生課程實踐的學習效率，為學生今后的順利發展作保障，為培養符合新工科建設要求的人才打下良好的基礎，為國家的現代化建設貢獻出一份力量。

參考文獻：

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