以創新實踐能力培養為導向的研究生教學實踐探索
——以數字圖像處理課程為例

吳曉璇，李正茂，張新，郭昌建

(合肥學院人工智能與大數據學院，安徽合肥 230601)

0 引言

黨的十六屆五中全會將提高自主創新水平當作調整產業結構，改革經濟發展方式的中心環節，這也給當前高等教育教學工作提供了方向，即大力發展創新型教學，注重培養研究生的創新能力。

但是，就教育實踐狀況分析，目前中國高等教育在教學實踐的開展過程中面臨著現實不足，部分研究生還是存在著被動式教學，習慣于接觸、了解和掌握現有的理論知識，難以實現創新性研究成果，更不必說具有獨特的教學視角和獨創性的研究方法了。培育創新實踐能力扎實的研究生并不是一蹴而就的，也是個循序漸進的過程，學生必須在實踐中不斷嘗試和摸索。

地方高校研究生的培養應動態地與地方經濟社會發展的高層次人才需求相結合，在明確地方高校研究生教育改革目標導向的基礎上，從探索課程設置和教學方式創新入手，在推進地方高校研究生教學改革中，走差異化、特色化、多樣化的研究生培養之路。

1 研究生課程教學現狀

雖然中國高校在研究生教育中開展適當的課程教育對于學生理論素養與科學研究水平的提升具有一定的意義，但目前中國研究生課程教育的內容、教學方法、項目設計和課程與研究的主次關聯等方面上還存在一定缺陷。

1.1 授課內容陳舊

針對工科類研究生來說，授課的內容與方式應與本科生教學有所區別。不能僅限于最基本的工程理論知識，還應緊隨專業領域發展方向，結合案例分析，著重介紹理論知識的實踐應用[1]。但是，現階段很多高校的電子信息專業，研究生的課程內容體系相對陳舊，具有一定的滯后性與重復性，與專業學術發展的前沿水平相對脫節，使得學生的知識結構還趕不上新時期技術知識更新的速度。

1.2 理論學習與工程實踐相脫節

電子信息專業是一個將理論指導與工程實際應用緊密結合的應用型學科，因此在研究生的教學和訓練過程中，應將課程內容與工程實際高度融合。但是，由于現階段電子信息專業研究生的課程教學主要處在傳授理論基礎知識的層次上，從而導致了學生在所掌握的基礎理論教學與現實工程實際運用過程中出現了一定的脫節現象。同時傳統的教學方法也不能將理論基礎知識與工程實踐知識系列化、理論化，因而把學到的基礎知識有效運用到工程實際中，縮短二者差距是當前電子信息專業研究生教學改革的重點所在。

2 已有研究實踐基礎

機器視覺作為人工智能應用領域的一項重點研發方向，目前已被廣泛應用在智慧交通、航空航天、生物醫藥和工程測試等領域[2]。數字圖像處理作為機器視覺方向的基礎課程，目前在國內外許多高校的信息電子類及有關學科中均已面向研究生開設，該課程對于培養學生的科研創新能力和工程實踐能力意義重大[3]。

目前，傳統的數字圖像處理課程講授往往囿于基本理論與方法原理，而實驗課多以測試型實驗為主。從傳統課堂教學角度看，學生往往只了解了該課程中的基本概念，掌握了課程中的基本原理，并能夠基于此解決一些單一、簡單的實際問題，但針對復雜性實際問題，多數學生往往無法著手。由此可見，傳統的教學方法無法實現培養與提升研究生創新思維及實踐能力的目的，因此變革該課堂教學方式已勢在必行。該課程目前在本校電子信息專業已開設一屆，課程組根據課程評價結果及導師反饋，進行了相關教學內容及教學形式的思考。

2.1 與時俱進，注重課程內容的優化更新，采用多樣化的教學形式

根據學科基本知識，穿插或引入了當下的研究重點和方法，構成了內涵較豐富的一系列課題，并在教學活動中采用多種教學形式，激發課堂氛圍，提升教學效果。在教學方法上對以往填鴨式的教學模式進行改革，把課堂教學與研究內容有機整合。其中，在課堂教學上突破了重、難點問題，即在圖像加強、圖像還原和圖像分割這三個方面知識的基礎課程上，采取延伸課程的形式把學科范圍的新科技動態和成果進行整理歸納，拓寬學生眼界和思維。

2.2 以案例加強學生創新思維的引導

在課程教學中，可以根據應用型與學術型研究生培養的特征，實施分類指導，提出不同完成目標。以講授的圖像復原為例，可以設想一個圖像復原案例：實現了一張小尺度、低清圖片的高清放大以及復原功能。在對影像處理，一般采用了最近鄰插值算法、雙線性插值方法以及雙三次插值方式，而這種方案盡管進行了圖像尺寸放大，但在清晰度上卻并不理想。為介紹更好的圖像還原算法，在介紹時把基于深度學習的EDSR 方式引入來，并和傳統的處理方式進行了對比。這個案例的基本特點就是，使用了基于經典方法的空間插值算法進行了對圖像的還原，從而使用EDSR 算法就達到了既保證圖像尺寸放大，又保持圖像清晰度高的目的。案例的導入，增強培養他們處理現實問題的意識和動手能力。

2.3 完善課程教學評估體系

針對應用性與學術型兩類研究生提出差異化的評價要求，設置附加項目，讓學有余力的學生在完成基礎培養的基礎上能夠挖掘自身潛能，增強自我創新與實踐能力。具體來說，要針對教學方法與講授內容的差異，制定針對性的考核要求、評價辦法。

2.4 加強學生創新思維的引導

在課程教學過程中，老師應該充當推動、支持和指導的角色，明確課程的人才培養目標，以“提出問題”為引導，以培養創造性思維為主線設計教學內容，引導學生自主學習。“師－生雙主體”的以“教師為中心”的PBL 學習模式，旨在幫助學生更好地理解和掌握知識，同時也有助于學生更好地提升創新思維和分析實際問題的能力。

2.5 加強導師的教學指導作用

在研究生課程學習過程中，應不斷增強導師的職責意識和指導能力。導師的指導應貫穿于研究生培養的整個階段，并不簡單體現于科研實踐和畢業論文寫作中。在研究生入學初期，導師應根據自身研究方向和承擔項目情況及學生自身情況，介紹其可以從事的研究領域，讓學生對研究方向有一定了解，從而幫助研究生確定研究選題。后期，導師應間歇性的考查學生對基礎知識的理解與掌握情況，為學生定制選課計劃，實現查缺補漏，在此過程中不斷培養學生的創新思維和實踐能力，為科研創新打下堅實的理論基礎。

3 以創新實踐能力培養為導向的研究生教學實踐

高校研究生旨在培養學生的創新思維能力和實踐能力。針對培養不同目標的研究生需求，培養過程應突出側重點。對于培養學術型學生，應側重在對新理論知識和方法的理解和掌握上，因而教學比較強調培養學生的創新思維能力；而對于培養應用型學生，應根據實際應用領域，在教學過程中強調訓練學生的實踐能力。所以，根據不同類型研究生的不同培養目標，通過研究不同教學模式，把培養學生的創新思維和實踐能力進行融合。國內外各高校針對專業培養要求的不同，教學側重點也各有千秋。

數字圖像處理課程教學重難點包括：圖像增強、圖像復原、圖像分割及圖像特征表示和描述等北榮[4]，如圖1所示。

圖1 數字圖像處理課程主要內容

各高校根據專業的不同需要，課程講解側重點略有不同。以合肥學院人工智能與大數據學院電子信息專業為例，《數字圖像處理》課程共設置40學時，教學重點主要放在數字圖像的增強、復制、分類、特征提取、描述等幾個方面。為滿足學術型與應用型的碩士研究生的不同課程要求，本專業分別設計了高度相關的實踐性練習。

3.1 與時俱進，注重課程內容的優化更新，完善課程設置，采用多樣化的教學形式

以當下的研究熱點為核心，結合專業的基本概念，構建出一套完整的專題，并以激勵、激情、挑戰性的方式，讓課堂教學富有活力，進而實現更好的教育目的。這個全新的教育模式，不僅摒棄以往的死記硬背的傳授，而且還能夠讓講解與實踐緊密結合。通過引入多種形式的討論，特別是以圖像增強、圖像復原、圖像分割為主的課程，旨在幫助學生深入了解相關的知識，并且利用多種形式的討論，把當前的科技動向、研究成果以及未來的發展趨勢，全面地傳播給他們，進而使他們更好地了解數字圖像處理的歷史、現狀以及未來的可能性。通過深入的探究，我們可以提高課堂的有趣性。課前，學生需要進行充分的預習，課中，老師盡可能地提供一些問題，幫助學生進行深入思考。

3.2 以案例加強學生創新思維的引導

為了更好地幫助學生掌握解決實際問題的技巧，教師將精心挑選最接地氣的案例，并且積極鼓勵學生探索各種新的思路，并且通過深入的對比，讓學生更清楚地了解不同方法的優缺點，從而提升學生的綜合素質。為了更好地滿足應用型與學術型研究生的需求，根據需求量身定做相關課程[5]。一個有趣的案例是：如何使用最近鄰插值、雙線性插值和雙三次插值來進行圖像復制。盡管使用這些技術可以讓圖片變得更加細膩，但是它們的精確性仍有待提升。通過應用EDSR方法，可以更有效地復原原始圖像，而且滿足復原效果。該方法不僅可以有效地提升復原效果，而且還可以通過精確地調整參數，使得復原結果更加準確、可靠。

在課堂上，通過案例導入，實現讓學生自主探究，激發學生的創新思維，鼓勵學生通過嘗試各種方法來解決實際情況。對應用型研究生，應重點考查學生根據具體問題是否具備選擇合適方法的能力；對于學術型研究生，應重點考查學生對原理、算法的不同理解和分析，積極鼓勵學生探索創新。

3.3 完善課程教學評估體系

為了更好地評估以上兩種碩士研究生培養模式的學習效果，根據實際情況，采取適當的評估標準，設計體系完善的評估內容，以幫助學生挖掘個人潛力，增強學生的創造性思維和實踐技能。在進行評估時，應該結合教學目標、教學內容和授課對象，有針對性地設計出適合學生的考核內容及評估標準。

4 結束語

本文以工科類課程《數字圖像處理》為例，通過分析目前高校研究生培養過程中課程教學的主要問題，系統性給出了以創新實踐能力培養為導向的研究生教學實踐的具體措施，同時在合肥學院電子信息專業研究生教學過程中進行實踐，取得了較好的結果。