專題項目驅動數字圖像處理課程創新教學模式

桂彥 周書仁

摘?要：數字圖像處理課程以專題化教學內容和項目為驅動，在創新教學環境下，教師應從知識傳授者變成學習的組織者、指導者，而學生能夠進行自主學習。通過激發學生學習積極性，從而真正提高大學課堂教學的效率。

關鍵詞：數字圖像處理;專題化項目;研討教學;創新教學模式

圖像是信息傳遞的重要媒介，數字圖像處理是一門涉及多領域的交叉學科，具有很強的理論性和實踐性。經過幾十年的發展，數字圖像處理已經在航天和航空、生物醫學工程、工業和工程、通信工程、公安軍事、文化藝術等各個領域得到廣泛應用，甚至人們的生活也與其緊密相關。數字圖像處理通常作為一門本科專業選修課程，學時較少，而本課程又具有內容涉及面廣、理論知識難度大、內容更新快的特點[1]。實際教學中教師和學生都不能將這一門課程處理好，具體表現在：（1）對于教師而言，大篇幅大章節概念往往耗去大量的教學時間，不知不覺中填鴨式地向學生灌輸了大量生澀的概念。這種傳統的教學模式打消了學生學習的積極性和主動性，不利于創新人才培養。（2）對于學生而言，學生通常是被動的參與者，學習完全依賴課堂，放棄了利用課外時間進行深入學習。現代教學模式應該以學生為主體，在教學中提高學生的學習興趣和積極性，因此，對《數字圖像處理》課程進行教學改革成為擺在我們面前的一個迫切需要解決的課題。

一、課程教學改革

（一）合理優化教學內容，凝練核心專題

在當前的教學中，國內多所高校選用由阮秋琦譯R.C.Gonzalez編著的《數字圖像處理》作為主講教材，但該書具有課程內容涉及面廣、理論性強和課程內容更新快的特點，傳統的按照內容先后順序分配各階段的教學內容弊端很多，已嚴重影響了學生的學習效果。例如在本學院的計算機科學與技術專業教學大綱中，《數字圖像處理》的課堂時數是32學時（理論教學僅占24學時），在有限的課時內，詳細講授這本教材全部的內容是不現實的。因此，結合本院計算機專業的特點以及本專業學生已修的相關課程，教學內容選取上貫徹“少而精”的原則。通過對教學內容的精心遴選，對課程內容進行了適當取舍，并注意教材內容的深度和廣度，把突出的重點內容和知識凝練為多個教學專題（如下表所示），從而使我們講授的內容力求覆蓋學生所必須掌握的全部基礎知識。專題化教學內容能夠體現專題教學的優點，通過突出教學重點、有針對地系統講述，加深對教學內容理解和掌握。以專題取代教材或章節，通過結合具體實例推動和展開教學內容，并逐一掌握每個專題內容，從而達成教學任務的完成。

（二）結合理論與實踐，專題化項目驅動創新課堂教學

傳統的教學模式更加注重理論教學，內容繁多且冗長，在忽視理論與實際相結合中造成學生很難理解教學內容。而且，傳統的數字圖像處理課程教學歷來是非常注重圖像基礎理論知識的傳授，卻淡化了圖像基礎知識與實際應用間的聯系，由于和實踐脫節，致使學生逐漸喪失學習興趣，學生的實踐動手能力和創新能力得不到很好的提高。這種現狀和目前所提倡的自主學習和研究型學習，有相當的距離。因此，根據專題化的教學內容，以及各類專題間的相關性，再結合自己的科研課題以及國內外的研究熱點和重要成果，進而設立一個個相對獨立的專題項目驅動課堂教學，以加強數字圖像處理課程的針對性和實效性。以實施“專題項目”的方式引入相關概念和主題，可采用“專題研討”的形式展開教學內容。學生一改過去聽課不敢提問和質疑的狀況，研討碰撞出的思想火花激發了極大的學習熱情。在這種氛圍中，師生通過互動頻繁，不僅活躍了課堂氣氛，而且促進了團隊意識的培養，從而提高了教學效果。

項目驅動教學的過程[2-3]是從項目計劃的制訂、項目的實施到項目的驗收與評估都是以學生作為主體，但是教師必須在整個過程中起到指導作用。以項目驅動課堂教學能更大地激發學生的學習興趣，通過具體了解知識點的運用，培養學生自主學習、分析問題、解決問題的能力和提高學生動手實踐能力、解決實際問題的綜合能力。另外，針對本院計算機科學與技術專業的特點，在項目驅動式教學過程中還應進行分組研討，讓學生們能夠真正地參與到課堂教學中，激發學生的創新思維。通過利用多種教學方法和教學手段，設計創新性的教學環境，能夠更好地建立學生的知識結構，培養學生解決實際問題的能力。

（三）強化實踐教學，注重學生創新實踐能力培養

實驗教學作為教學的重要組成部分，然而較少的實驗學時遠遠達不到強化實驗教學、提高學生動手能力的目的，如本院所開數字圖像處理課程的實驗課時僅有8學時。為此，本著提高學生實踐能力和創新能力的目的，充分考慮到學生的特殊性和差異性，我們引入了層次化實驗教學體系[4-5]，將實驗分為基礎層、綜合層、開放層和提高層這4個層次，并將三級能力培養貫穿其中，從而逐步培養學生的基本理論技能、綜合設計能力乃至創新實踐能力。該層次化實驗教學體系滿足了不同的學生需求，使學生可以選擇適合自己的實驗內容，有很大的自主性。另外，我們還布置了多個選做的開放性實驗題目，開放性的實驗題目可以從科研項目中適當地選擇，能夠讓學生了解該方向的前沿技術和應用領域，也能夠激發學生的創新靈感。

為進一步突出課程的實用性，我們強調具體應用和如何編程實現，要求學生掌握數字圖像處理基本操作技能和簡單的典型算法編程，做到理論和實際完美結合。在實驗編程軟件的選擇上，推薦學生使用Matlab軟件，Matlab本身自帶一個圖像處理專用的工具箱函數庫，使得編程變得更加簡單，這使得他們可以理解和消化數字圖像處理基本算法的原理，牢固掌握所學知識點。另外，通過熟練掌握數字圖像處理方法，設計并開發數字圖像系統。因此需要學生基于VC++、Visual Studio等開發環境實現數字圖像處理算法，力求通過底層開發功能更強大的應用程序。通過實際的應用開發，能夠激發學生的學習興趣，不但學生動手實踐能力得到了鍛煉，對學生們的創新能力也有一定的提高。

（四）充分利用教學平臺，實現教學資源的分布式建設與共享

目前，各高校在不斷增強大學生自主學習能力培養的同時，也在大力推進大學生自主學習平臺的建設。以本校目前正在大力推進與實施的優秀網絡課程（含微課）資源建設與應用實踐為契機，所在學院已經建立了云計算與大數據中央省部共建實驗室，基于云計算的“云博教學平臺—學寶系統”提供了資源發布、作業布置、虛擬桌面等模塊，從課堂內外的管理、學習過程的監督、學習任務的發布和評價、機考訓練等方面為計算機專業課程教學提供了前臺和后臺支持。利用互聯網和云計算環境，我們根據本課程內容特點、教材的自我理解、學生興趣進行統籌考慮后開發教學資源，這樣能夠打破傳統教學體系，充分結合實際應用，有針對性地進行教學設計，從而提高課程建設質量。

云博平臺網絡教學資源的開發對教師的課程開發意識和能力提出了更高要求，通過激發教師主體意識，為課程注入鮮明的個性特征。同時，學生也可參與到云博平臺課程教學的制作中來，在教師的個性化指導下，讓學生積極主動參與學習過程，并根據自己的實際情況進行知識意義建構，動態生成具有研究價值和指導性的教學資源。師生相互促進、相互競爭，對課程的建設形成一個良性循環，從而更科學地管理和組織教學資源。云博教學平臺——學寶系統還能夠整合學院內各種資源（硬件資源、軟件資源、教師資源等），使得資源建設做到“開放、共建、共享”，以構建覆蓋全院師生的課程資源共享體系。

二、結語

數字圖像處理這門課程應該重點關注課堂和實踐教學方法的創新改革。這兩個方面是深入掌握數字圖像處理這門課程精髓的重要環節，兩者之間相輔相成，缺一不可。在教學改革過程中，教師積極引導，激發學習興趣，提高學生自主學習能力和熟練運用本專業知識應用能力，鼓勵學生主動參與課堂教學，為學生將來工作和步入社會打好基礎，力爭真正培養出具有綜合實踐能力和創新能力的新世紀人才。

參考文獻：

[1]丁建偉，唐云祁，田華偉.數字圖像處理教學改革淺談.電腦知識與技術，2015，13（11）：121-122.

[2]金煒，周亞訓.“數字圖像處理”課程項目驅動教學模式的實踐.中國電路教育，2010，157（7）：81-83.

[3]劉忠艷，喬付，周波，張興華，李懿.項目教學法在數字圖像處理教學中的應用.高師理科學刊，2015，35（2）：75-77.

[4]李露，謝鳳英，姜志國，趙丹培.關于在實驗課程中培養研究生創新實踐能力的探索——以數字圖像處理實驗課程教學改革為例.實驗技術與管理，2010，27（11）：235-248.

[5]李金萍，等.數字圖像處理課程實驗教學改革探索——在實驗教學中培養學生創新實踐能力.科技視界，2012，3（7）：23-25.

基金項目：2019年湖南省學位與研究生教育改革研究項目，省級一般項目：移動互聯網時代下研究生Android課程教學改革研究（2019JGYB177）

作者簡介：桂彥（1985—?），女，漢族，湖南永州人，博士研究生，講師，研究方向：數字圖像處理;周書仁（1975—?），男，漢族，江西都昌人，博士研究生，副教授，研究方向：模式識別與圖像處理。