“數字圖像處理”課程思政教學實踐

劉紅毅 張軍 張崢嶸

[摘 要] 圍繞“立德樹人”的根本任務，高校教師在傳授專業知識的同時，要深入挖掘專業課程思政元素，實現價值引領與知識傳授的有機結合。以“數字圖像處理”課程中的“圖像變換”單元為例，通過對教學內容的深入剖析，凝練出專業知識背后所蘊含的哲學思想和科學態度;兼顧課程內容的體系性和時代性，精心設計教學案例，通過形象生動的生活故事、科學名人逸事，將育人的價值引領內蘊到專業課程教學中，在專業人才培養中布局育人的價值內涵，達到教書育人的目的。

[關鍵詞] 課程思政;數字圖像處理;圖像變換

[基金項目] 2018年度首批教育部高校“雙帶頭人”教師黨支部書記工作室建設項目“南京理工大學數學系與數學實驗中心聯合黨支部”;2021年度南京理工大學本科教學改革與建設工程 “數據科學中的數學理論與方法”跨學科交叉融合課程建設項目;2020年度中國高等教育學會理科教育專業委員會高等理科教育研究課題資助“‘雙一流’建設和‘強基計劃’下數學建模對跨學科人才培養的促進作用”（20ZSLKJYYB26）

[作者簡介] 劉紅毅（1974—），女，江蘇南京人，博士，南京理工大學理學院副教授，主要從事圖像處理與分析研究;張 軍（1977—），男，江蘇南京人，博士，南京理工大學理學院教授，主要從事圖像建模與分析研究;張崢嶸（1977—），女，博士，江蘇南京人，南京理工大學理學院講師，主要從事數值計算研究。

[中圖分類號] G642.3;TP391.41-4? ?;[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）50-0129-04? ?[收稿日期] 2021-07-03

一、引言

黨的十八大以來，黨中央高度重視高校思想政治教育工作，全面構建高校思想政治（以下簡稱思政）工作體系，緊緊抓住高校立德樹人、鑄魂育人根本任務，提出一系列新理念、新思想、新戰略、新舉措。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確指出，要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強、提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應?！罢n程思政”從提出到寫進教育部文件，它逐步成為高校落實立德樹人的重要舉措、推進“三全育人”工作的主要抓手。推進課程思政建設，是教師義不容辭的責任。課程思政教學責任重大，使命光榮，內容豐富，承擔著為中國特色社會主義事業培養德才兼備、全面發展的建設者和接班人的光榮使命[1，2]。但是理工科專業課程的知識性強、邏輯推理深，與思政似乎“相距甚遠”。如何在教學中讓思政元素“潛移默化、潤物無聲”地融入學生的學習過程，已經成為迫切需要解決的問題。

理工科課程具有專業性、實踐性、創新性、科學性等特點，目前大多存在注重理論技術而缺乏科學精神、倫理道德的培養[3]。這要求教師具有世界眼光和全球視野，在具備深厚的專業知識之余，能夠挖掘其中的科學元素、思政元素、人文元素，使思想教育“融”入知識傳授中，增強思政課教育教學的精細化、針對性、思政性、時代感和前沿性，拓展學生的國際視野，提升其創新活力，培養其科學思維，根植其愛國情懷。

“數字圖像處理”的授課對象是大四學生，對于即將面臨畢業這一人生重大轉折點的學生來說，世界觀、人生價值觀的引導相比單純學科知識的講授更為重要與急迫。青年的價值取向決定了未來整個社會的價值取向，人生的扣子從一開始就要扣好[4]。通過思政課堂，向學生傳遞社會主義核心價值觀，在學生心中根植愛國主義、社會主義核心價值觀等信念，可幫助他們樹立科學的世界觀，培育積極、正確的人生價值觀，從而使得專業課程與思想政治理論課程同向同行，形成育人合力，構建全員全程全方位育人大格局。

本文以南京理工大學數學系、統計與金融學系等專業本科生必修課“數字圖像處理”的課程思政建設為例，探討了“數字圖像處理”課程“圖像變換”單元教學中如何實現專業課教學向理想信念教育、學術能力培養、社會責任培育等多向度的延伸，回應了高等教育“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”這一根本問題。

二、“數字圖像處理”的思想政治建設優勢

“數字圖像處理”是一門多學科交叉課程，涉及數學、計算機技術、人工智能等多個學科，在教育、遙感、軍事、智能交通、醫療衛生等多個領域都有廣泛應用[5，6]。課程同時是一門發展中的學科，理論豐富，應用實踐性強。課程講授中，除了向學生講授經典的圖像處理內容外，更需要教師緊跟學科發展前沿，及時更新教學內容，兼顧基礎性與前沿性。

思想政治教育元素貫穿整個教學環節。從數字圖像處理的發展歷史，引導學生了解我國科學家所做的貢獻和最新研究成果，增強學生的民族自信、文化自信;在課程內容的數學理論知識介紹中，強調嚴謹的科學態度、嚴密的邏輯思維能力。同時，考慮到數學、統計學等理科專業大四學生的特點：數學理論基礎較好，理論分析能力較強，但缺乏實踐創新能力。特別是要增加面向應用的實踐案例，強調溯源窮流，探究問題的本源，進一步訓練學生的科學思維，鑄造學生解決復雜應用問題的工匠精神，并通過小組協作，培養學生的職業態度、職業意識、團隊合作的創新創業能力，為他們即將步入社會做好知識、精神上的儲備。

三、課程思政教學實踐

圖像變換這節的主要內容是講述傅里葉變換、小波變換等基本變換。授課中通過七巧板、盲人摸象等形象生動的實例，引入變換的思想，啟發學生對變換的理解，引導學生思考變換所蘊含的哲學思想。

（一）教學內容1：變換的思想

首先，以七巧板為例，七塊不同形狀的基本單元，通過不同形式組合，可構造多種多樣的物體，從而說明變換的目的是帶來新事物、新思想。新事物寓意了創新，暗示了拓展思路。徐悲鴻說過：“道在日新，藝亦須日新，新者生機也;不新則死?！敝袊圃斓暮诵氖莿撔?，科技興國的關鍵是科技創新。培養學生的創新意識，不僅關系到教學質量，更關系到新世紀年輕人才的素質，關系到我們的“強國夢”。

然后，以盲人摸象為例。千百年來，盲人摸象因以點帶面、以偏概全而落下笑柄，但我們要用辯證唯物主義的思想來看待這個問題。從正面來講，這是哲學中認識論的問題，人們對世界的認識是帶有片面性和局限性的，看問題時如果單憑自己的主觀臆測便做出判斷，則不能了解事物的整體面貌，從而導致認識缺失，對世界的認識出現偏差。反面來說，寓言故事中的盲人所摸到的都只是大象的一部分，可是他們卻將自己摸到的部分當作大象的整體，根本沒有弄清部分和整體之間的關系，這便出現只見樹木不見森林、以點代面、以偏概全的局面。人對世界的認識總是片面的、有限的，就像“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同”，即使我們跳出廬山之外，也很難看見廬山的全貌，而只能“俯瞰”“仰止”等，因此，人對世界的認識很大程度上就是“盲人摸象”。從哲學意義上考慮，大象就好像真理，盲人摸象的過程就像人類探索真理的實踐活動，摸象的盲人雖沒有觸摸到大象的全部，但也體現了從不同的角度分析問題的辯證思想。變換則是從不同的視角分析信號。雖然在某種變換下我們只能觸摸到真理的部分，但通過不同角度的綜合分析，一定能從全局上對事物有整體的認識和把握。因此，就變換而言，沒有最好，只有最合適的。這如同在社會主義建設中黨和人民歷經千辛萬苦，付出巨大代價，探索出新時代中國特色社會主義理論體系。這是黨和人民實現中華民族偉大復興的正確理論，這對我們新中國來說是最好、最合適的。

（二）教學內容2：時頻窗的測不準原理

在分析信號時，我們希望得到具有較高時間分辨率的信號，也希望信號的頻率分辨率盡可能高。但測不準原理告訴我們，同時具有最好的時間和頻率分辨率是達不到的，需要在兩者之間有所取舍。這如同魚與熊掌不可兼得。孟子曰：“魚，我所欲也，熊掌，亦我所欲也;二者不可得兼，舍魚而取熊掌者也。生亦我所欲也，義亦我所欲也;二者不可得兼，舍生而取義者也。生亦我所欲也，所欲有甚于生者，故不為茍得也?！睗h朝的蘇武被扣于匈奴，他不受名利引誘，不屈嚴刑威脅，大義凜然，寧死不屈;革命英雄董存瑞，舍身炸碉堡。他們都在舍生而取義。

在今天的和平環境中，我們雖不致犧牲生命，但“舍生取義”并非離我們而去?！吧嵘币巡幌抻谏釛壣?，也包括與生命同等重要的個人利益?！叭×x”業已不限于正義，而是包括正義在內的一切公益。這種意義上的舍生取義，雖不像先前的義士、烈士那般氣壯山河，但卻是不可低估的一朵火花。排雷英雄杜富國，“你退后，讓我來”，六個字鐵骨錚錚，用生命奏響時代強音，以“生命擔當使命”的革命英雄氣概，在新時代偉大征程中吹響沖鋒號角。時代呼喚這種勇于奉獻、“舍小我而利公，行大道而忘我”的精神。只有這種精神在每個人心中牢牢地扎根，我們的國家才有希望，我們的民族才能崛起。

（三）教學內容3：傅里葉變換

1807年，傅里葉在研究熱傳導方程時，得出一個結論：“任何連續周期信號都可以由一組適當的正弦曲線組合而成?！钡私Y論受到著名科學家拉格朗日的質疑。1807年，他再次修改文章并提交，但還是遭到了拒絕。傅里葉堅持不放棄，秉著精益求精的科學態度，對論文進行不斷的修改，直到1822年，所著作的《熱的解析理論》才被科學家所認可、接受。這部經典著作影響了整個19世紀分析嚴格化的進程，在數學史乃至科學史上被公認為是一部劃時代的經典性著作。通過傅里葉的這個實例，引導學生在科研、工作生活中都要有堅持不懈的精神。2021“感動中國”人物、61歲的重慶市巫山縣竹賢鄉下莊村村委會主任毛相林，43年堅守偏遠山村，堅持苦干實干，帶領村民用最原始的方式在懸崖峭壁上鑿石修道，歷時7年鋪就了一條8千米的“絕壁天路”?！膀U驥一躍，不能十步;駑馬十駕，功在不舍;鍥而舍之，朽木不折，鍥而不舍，金石可鏤?！蔽覀兛赡軟]有騏驥的力量，但是一定要擁有駑馬鍥而不舍、堅持到底的精神。

（四）教學內容4：小波變換的多尺度分析

小波變換是沿著傅里葉變換的道路發展起來的，目前被廣泛應用到信號處理、醫學、工業等各個領域。小波變換通過多尺度分析的思想，對復雜的觀察事物進行逐步分解，得到不同尺度、不同空間上的細節，從而得到對于物體更全面、細致的描述。同傅里葉變換類似，小波變換強調了分析問題的科學思想。但不同的是，小波變換更強調對細節的描述。細節決定成敗。細節看似普通，卻十分重要。每一顆普通的、細小的螺絲釘，對整臺機器、整個汽車、飛船等的正常運轉起到了至關重要的作用。因此，我們要向雷鋒同志學習，在自己的崗位上“做一顆永不生銹的螺絲釘”。

做好一顆螺絲釘，我們要追求細節，秉承認真、細致、嚴謹的科學態度對待工作，把小事做細、把細事做透，通過細節鑄就大國工匠。工匠精神是重細節、追求完美、一絲不茍、精益求精的精神。歷代精美的陶瓷、玉器，都是我國古代工匠們精心燒制、雕琢而成的，是他們對細節完美追求的體現。在現代機械工業，尤其是智能工業中，同樣對細節和精度有著十分嚴格的要求。工匠從細處見大，在細節上沒有終點。2015年，中央電視臺播出《大國工匠》紀錄片，講述了24位大國工匠的動人故事。大國工匠，匠心筑夢。彭祥華，能夠把裝填爆破藥量的呈送控制在遠遠小于規定的最小誤差之內;高鳳林，我國火箭發動機焊接第一人，能把焊接誤差控制在0.16毫米之內，并且將焊接停留時間從0.1秒縮短到0.01秒;胡雙錢，中國大飛機項目的技師，僅憑他的雙手和傳統鐵鉆床，僅用1個小時，完成了36個大小為0.24毫米的高精度零部件;“大國工匠”徐立平，從1987年參加工作以來，就從事著極其危險的航天發動機固體動力燃料藥面微整形工作，被稱為“在炸藥堆里上班”。這些大國工匠令人感動的地方之一，他們在自己平凡的崗位中追求完美與極致，視技術為生命，他們一絲不茍、精益求精的崇高的敬業精神就是他們對精度的要求。我們要弘揚工匠精神。

做好“螺絲釘”，意味著增強大局意識。螺絲釘的價值意義建立在整臺機器正常運轉的基礎上，脫離了這個前提，螺絲釘就難以實現自身價值。因此，我們要跳出個人局限，著眼大局，服從大局，為整體利益而努力奮斗，確保社會主義事業順利進行，為中華民族的偉大復興貢獻自己的一份力量，堅持把小事放到大業、小節放到大局之中加以把握?？哲娛着鸁o人機飛行員李浩，祖國哪里有需要，就義無反顧地“釘”到哪里去。2011年，47歲“高齡”的李浩主動請纓改裝，不顧荒漠戈壁的惡劣環境，毅然參加無人機部隊，重走“學飛”的長征路，自我革命，精益求精。改裝無人機以來，他先后主導突破了多項重大技術難題，發現解決無人機各類問題缺陷20余項。我們看到了“個人服從整體，對崗位不挑不揀，忠于職守”的螺絲釘精神。如果說響應國家號召、服從組織安排需要的更多是忠誠和勇氣的話，那么，真正做到干一行愛一行、專一行精一行，需要的卻是百倍的責任和毅力。為了盡快達到“人機合一”的境界，李浩不顧“高齡”，重走“學飛”的長征路，這場刀刃向內的自我革命無疑是痛苦的，其中的艱辛難以言表。但也正是有了這種“放到哪里哪里亮”的“螺絲釘精神”，讓他克服了改裝路上的艱難險阻，實現一個又一個的不可能。教師要倡導學生向李浩學習，敬業精業，為國家建設做好“螺絲釘”。

四、結語

本文根據“知識傳授”與“價值引領”相結合的“課程思政”教育理念，探討了“數字圖像處理”課程中“圖像變換”單元的德育元素，通過實際案例、教學情境等將“德育元素”融入課程教學中。從學習效果來看，極大地引導了學生正確人生觀、社會主義核心價值觀的樹立，培養了學生的科學思維、創新思維能力，也增加了他們對課程學習的興趣和自信。綜上，僅僅“圖像變換”這一個教學單元，就可挖掘出從科學觀到世界觀的各種思想政治觀點。由此可見，在教學過程中，在理工科課程中，通過精心準備、充分挖掘，思想政治教育也可以做到與課程的無縫對接，從而達到立德樹人的目的。

參考文獻

[1]高德毅，宗愛東.從思政課程到課程思政：從戰略高度構建高校思想政治教育課程體系[J].中國高等教育，2017（1）：43-46.

[2]賀山明，王曉明，廖春發，等.新時代工科專業課程思政引入元素探討[J].高教學刊，2021（9）：16-19.

[3]溫潘亞.思政課程與課程思政同向同行的前提、反思和路徑[J].中國高等教育，2020（8）：12-14.

[4]王斯敏.從文本到心靈：“讓思政理論課始終冒著熱氣”[N].光明日報，2016-12-15.

[5]陸玲.“數字圖像處理”課程思政教學探討[J].科教導刊，2019，33（11）：120-121.

[6]于力，陳忠道.“新工科”背景下課程思政的案例設計與實施——以“數字圖像處理”課程為例[J].工業和信息化教育，2021（3）：33-36+41.