“機(jī)器視覺(jué)”課程思政教學(xué)方法的研究

梁華剛

（長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院，陜西 西安710064）

0 引言

在2016年全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，“課程思政”這一概念首次提出。習(xí)近平總書(shū)記在工作會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”［1］。在2018年全國(guó)教育大會(huì)上［2］，習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，“黨的十八大以來(lái)，我們圍繞培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人這一根本問(wèn)題，全面加強(qiáng)黨對(duì)教育工作的領(lǐng)導(dǎo)，堅(jiān)持立德樹(shù)人，加強(qiáng)學(xué)校思想政治工作，推進(jìn)教育改革，加快補(bǔ)齊教育短板，教育事業(yè)中國(guó)特色更加鮮明，教育現(xiàn)代化加速推進(jìn)，教育方面人民群眾獲得感明顯增強(qiáng)，我國(guó)教育的國(guó)際影響力加快提升，4000多萬(wàn)在校大學(xué)生的思想道德素質(zhì)和科學(xué)文化素質(zhì)全面提升”。高校課程思政改革由此開(kāi)始。

就“機(jī)器視覺(jué)”這門課而言，這是一門作為信息處理、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、人工智能、自動(dòng)化及儀器儀表等專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生的專業(yè)課程。本課程編入長(zhǎng)安大學(xué)本科生2010版培養(yǎng)計(jì)劃開(kāi)始，本科生開(kāi)設(shè)本課程7年。研究生15版培養(yǎng)計(jì)劃增設(shè)“機(jī)器視覺(jué)”課程已有5年。近三年累計(jì)授課人數(shù)達(dá)400余人。“機(jī)器視覺(jué)”主要講述機(jī)器視覺(jué)的基本思想、原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、習(xí)題、課外作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握機(jī)器視覺(jué)的基本概念和機(jī)器視覺(jué)的分析方法和設(shè)計(jì)方法，初步掌握應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量、匹配和相機(jī)標(biāo)定等技能，學(xué)會(huì)應(yīng)用OpenCV進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在2016年“課程思政”提出以前，“機(jī)器視覺(jué)”課程教學(xué)對(duì)“課程思政”重視程度不夠，側(cè)重于傳遞知識(shí)，對(duì)育人育德考慮不足，學(xué)生普遍存在掌握充足的專業(yè)知識(shí)，缺少社會(huì)關(guān)懷的現(xiàn)象，因此迫切需要高校教師在課程傳授過(guò)程中讓學(xué)生提升愛(ài)國(guó)情懷和政治責(zé)任。

1 “課程思政”教學(xué)改革目標(biāo)

本課程涉及光學(xué)、電子學(xué)、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科，是一門重要的綜合性前沿學(xué)科課程。在工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，軍事領(lǐng)域、航天與空間探索領(lǐng)域等具有廣闊的應(yīng)用前景。進(jìn)行“課程思政”改革，易于激發(fā)學(xué)生科學(xué)探索的興趣，能夠培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感。通過(guò)列舉近年來(lái)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在我國(guó)空間探索、探月工程、智慧交通等領(lǐng)域的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生扎根中國(guó)大地、了解國(guó)情民情，厚植愛(ài)國(guó)主義情感，堅(jiān)定“四個(gè)自信”，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系教育與思想政治教育的有機(jī)結(jié)合，踐行育才與育人的統(tǒng)一。

具體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：

（1）通過(guò)介紹機(jī)器視覺(jué)發(fā)展和研究方向，介紹機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的最新成果和中國(guó)在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域取得偉大成績(jī)。包括國(guó)家整體的技術(shù)水平以及中國(guó)科學(xué)家在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。

（2）通過(guò)介紹圖像概念的同時(shí)，選擇具有中國(guó)文化的圖例和素材，潛移默化的激發(fā)學(xué)生的文化自信，觸發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。

（3）通過(guò)推導(dǎo)空間變換關(guān)系，讓學(xué)生體會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題過(guò)程中基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式。

（4）通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)突出培育學(xué)生求真務(wù)實(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新、精益求精的工匠精神。

2 “課程思政”實(shí)施的具體舉措

2.1 融合思政教學(xué)理念，完善課程教學(xué)大綱

在“課程思政”具體實(shí)施方面，主要以目前的教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，圍繞機(jī)器視覺(jué)、圖像和相機(jī)模型、空間幾何投影和攝像機(jī)模型、極幾何和視覺(jué)誘導(dǎo)、形狀重建和混合虛擬實(shí)境、相機(jī)標(biāo)定等相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)課堂案例和機(jī)器視覺(jué)實(shí)踐設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)融入“課程思政”的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如下表1所示：

表1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.2 豐富教學(xué)模式，思政教育融入教學(xué)

用啟發(fā)式、研討式、過(guò)程向?qū)健⑷蝿?wù)驅(qū)動(dòng)式等多種教學(xué)方式，在教師設(shè)計(jì)情景中通過(guò)具體實(shí)例講解引領(lǐng)學(xué)生思維，培養(yǎng)大學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、求真務(wù)實(shí)學(xué)風(fēng)，以及堅(jiān)忍不拔的鉆研精神；

2.3 探索教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)思政教學(xué)的雙向交流

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用任務(wù)式教學(xué)方式和探究式教學(xué)方式相結(jié)合，使學(xué)生通過(guò)分析實(shí)踐任務(wù)，思考、討論、探索、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。探索多樣化實(shí)踐教學(xué)方法，提升課程育人質(zhì)量；

2.4 深化教學(xué)考核方式改革

堅(jiān)持以學(xué)生為中心，創(chuàng)新課程教學(xué)方法，打破以考試定成績(jī)、以卷面成績(jī)決定學(xué)生排名，注重學(xué)習(xí)過(guò)程考查和管理，因材施教，鼓勵(lì)學(xué)生探索適合自己的學(xué)習(xí)方法。綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果。

3 教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)例

針對(duì)“課程思政”的教學(xué)改革目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，以如下4項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容為例：

1）什么是機(jī)器視覺(jué)

“機(jī)器視覺(jué)”是一門新興課程，近年來(lái)發(fā)展很快。讓機(jī)器或計(jì)算機(jī)具有識(shí)別物體的結(jié)構(gòu)并用數(shù)學(xué)理論進(jìn)行描述的科學(xué)我們稱為機(jī)器視覺(jué)。它的主要任務(wù)就是通過(guò)圖像傳感器采集的圖片或視頻進(jìn)行處理以獲得相應(yīng)場(chǎng)景的三維信息，就像讓機(jī)器和計(jì)算機(jī)像人類和其他動(dòng)物一樣具體視覺(jué)能力。

2）圖像和相機(jī)模型

介紹小孔成像模型，相機(jī)處理信息時(shí)，并非按照實(shí)際相機(jī)的物理投影來(lái)考慮。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅考慮相機(jī)的幾何學(xué)性質(zhì)，即只關(guān)心鏡頭的中心點(diǎn)，且讓攝像元件的光全部通過(guò)這一點(diǎn)，這樣的照相機(jī)稱為針孔照相機(jī)。如下圖1所示。

圖1 針孔照相機(jī)

3）空間幾何變換和不變形

如圖2所示是從三個(gè)不同的視角觀看支架（工字金屬架）得到的圖像。由圖中可以看出，即使對(duì)于同一個(gè)物體，如果視點(diǎn)不同，則其投影形狀也完全不同。

圖2 外觀的形狀

4）相機(jī)標(biāo)定

相機(jī)標(biāo)定方法主要有以下三種：傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定方法、主動(dòng)視覺(jué)攝像機(jī)標(biāo)定方法、攝像機(jī)自標(biāo)定方法。圖3所示是從各種不同的視點(diǎn)攝影得到的天安門圖像。通過(guò)這些圖像得到的標(biāo)定重建后的直角性結(jié)果如圖4所示：（a）中編號(hào)所示的直線間求得的角度結(jié)果；（b）示出原本是直角的形狀基本復(fù)原為直角，可知相機(jī)標(biāo)定正確。

圖3 不同視點(diǎn)攝影得到的天安門圖像

圖4 相機(jī)標(biāo)定結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文以“機(jī)器視覺(jué)”課程為例，堅(jiān)持育人與育才相統(tǒng)一，深入推進(jìn)習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦，深度挖掘各教學(xué)環(huán)節(jié)蘊(yùn)含的思想政治教育素材和資源，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神和創(chuàng)新精神建設(shè)。在課程背景介紹中引導(dǎo)學(xué)生扎根中國(guó)大地、了解國(guó)情民情，厚植愛(ài)國(guó)主義情感，堅(jiān)定“四個(gè)自信”，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系教育與思想政治教育的有機(jī)結(jié)合；在技術(shù)內(nèi)容講解中注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育；在實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練中突出培育求真務(wù)實(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新、精益求精的大國(guó)工匠精神。注重學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一，增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。