基于“四位一體”數(shù)字圖像處理課程教學改革探究

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像處理作為信息科學領(lǐng)域的重要分支，其教學方法和模式也在不斷更新。基于數(shù)字圖像處理課程，提出了“課堂專題教學+課后實踐研修+網(wǎng)絡(luò)自主學習+多元教學評價”的四位一體教學新模式，文章針對傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理課程教學中存在的問題，通過項目式學習、案例分析、在線互動平臺和多元化考核方式等手段，有效提高了學生的學習興趣和實踐能力。實踐結(jié)果表明，2020級物聯(lián)網(wǎng)工程2001班學生平均成績提升了14%，不及格率降低至0%，有效驗證了該模式的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；四位一體；評價改革

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）15-0170-03

0引言

數(shù)字圖像處理課程力求從圖像處理和識別的角度出發(fā)，對數(shù)字圖像的增強、去噪、復原、分割、壓縮和形態(tài)學處理等方面進行總體分析與論述。計算機類課程相關(guān)性比較強，在學習了程序設(shè)計、算法分析與設(shè)計和高等數(shù)學等課程后，非常需要一門綜合課程以借助理論知識提高實踐技能和創(chuàng)新能力[1]。目前，該門課程的教學主要采用教師理論講授的方式，學生在學習過程中參與性較低，學習效果不理想[2-3]。

1課程現(xiàn)狀分析

數(shù)字圖像處理課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論知識與實踐技能對學生未來發(fā)展至關(guān)重要[4-5]。然而，傳統(tǒng)的教學模式主要以理論講授為主，忽視了實踐環(huán)節(jié)和學生的學習主體性，導致學生學習興趣不高，實踐能力不足，難以滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)對人才培養(yǎng)的要求。在實際教學過程中，存在以下問題。

第一，缺乏直觀性。數(shù)字圖像處理涉及大量的圖像矩陣、算法原理和編程實現(xiàn)，這些內(nèi)容對于初學者來說往往比較抽象和難以理解。傳統(tǒng)的教學方式往往缺乏直觀性，無法將復雜的圖像處理過程以形象、生動的方式呈現(xiàn)出來，導致學生難以掌握和理解。傳統(tǒng)的教學方式往往側(cè)重理論知識的灌輸，教師通過講解、板書或PPT演示等方式，向?qū)W生傳授圖像處理的基本概念、原理和方法。此類教學方式難以調(diào)動學生學習的積極性，學生對上節(jié)課的知識沒有印象，存在低效教學的問題[6]。

第二，忽視實踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理課程往往忽視實踐環(huán)節(jié)的重要性，缺乏足夠的實驗和項目訓練。學生缺乏動手實踐的機會，無法將學到的理論知識應(yīng)用于實際問題的解決中，從而影響了他們的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

第三，教學方法陳舊。傳統(tǒng)的教學方法缺乏直觀性，例如在講解傅里葉變換時，學生難以理解其物理意義和圖像處理中的應(yīng)用。這種教學方式難以適應(yīng)不同學生的學習需求和風格，限制了學生的學習效果和個性化發(fā)展。

第四，缺乏互動與反饋。傳統(tǒng)的教學方式往往缺乏師生之間的互動和反饋機制。教師難以了解學生的學習情況和需求，學生也難以表達自己的觀點和疑問。這種缺乏互動的教學方式不利于激發(fā)學生的學習興趣和積極性，也不利于教師及時調(diào)整教學策略和方法。

第五，考核方式單一。課程考核方法一般由平時成績和期末成績兩部分構(gòu)成。其中平時成績主要包括考勤和作業(yè)，期末成績?yōu)殚]卷筆試。學生對數(shù)字圖像處理涉及的Matlab軟件及圖像處理應(yīng)用的學習只停留在理論，實操能力有所欠缺。例如：頻域變換、圖像識別應(yīng)用、GUI建模等方面的綜合能力無法通過紙質(zhì)試卷考核。

2四位一體的課程改革思路

2.1課堂專題教學

課程團隊在確立數(shù)字圖像處理課程的學習項目時，進行了深入的分析與規(guī)劃，以確保課程內(nèi)容的實用性、前瞻性和針對性。教師根據(jù)課程大綱和教學目標，設(shè)計一系列具有針對性的專題，如圖1所示。每個專題都圍繞一個核心問題展開，通過案例分析、討論交流等方式，引導學生深入理解和掌握相關(guān)知識點。專題的設(shè)計要注重內(nèi)容的實用性和前沿性，以激發(fā)學生的學習興趣和求知欲。

2.2課后實踐研修

課后實踐研修是本教學模式的重要環(huán)節(jié)。教師可以通過布置實驗作業(yè)、項目任務(wù)等方式，讓學生在實踐中鞏固和應(yīng)用所學知識。實踐研修的內(nèi)容要與課堂專題緊密相連，通過實踐，學生可以更深入地理解數(shù)字圖像處理的基本原理和方法，提高解決實際問題的能力。同時，教師還要加強對學生的指導和幫助，確保實踐研修的順利進行。增加實驗和項目環(huán)節(jié)，讓學生在實踐中掌握圖像處理算法。例如，設(shè)計一些基于圖像處理技術(shù)的實際項目，如圖像增強、邊緣檢測、圖像分割等，讓學生在解決實際問題的過程中深化理解。鼓勵學生通過編程實現(xiàn)圖像處理算法，可以使用Python、Matlab等編程語言。提供詳細的代碼示例和注釋，幫助學生逐步掌握編程技巧。

2.3網(wǎng)絡(luò)自主學習

網(wǎng)絡(luò)自主學習是本教學模式的補充和延伸。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)自主學習已經(jīng)成為一種重要的學習方式。在高校課程教學中，引入慕課（MOOC）、微課、超星、SPOC等混合式在線教學平臺，以教師為引導、學生為主體，構(gòu)建混合式在線教育的課內(nèi)外知識體系，進行課堂問題情境創(chuàng)設(shè)、在線展示與演示、在線作業(yè)完成與解答、師生問題交互探究等創(chuàng)新教學，并對最終的課程教學情況、學生學習質(zhì)量做出客觀評價，以完成既定的專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標。

2.4多元教學評價

多元教學評價是本教學模式的保障和反饋機制。課程考核是評價教師授課水平、課程目標達成度、學生掌握所學知識程度的重要環(huán)節(jié)，對保障教學質(zhì)量，提高教學水平有著重要的作用。為了進一步貫徹落實立德樹人根本任務(wù)，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)，加強過程考核，特制定此教學評價改革。多元教學評價則采用多種評價方式相結(jié)合的方法，包括課堂表現(xiàn)、實驗報告、項目成果、在線測試等。這種評價方式能夠更全面地考核學生在學習期間對知識的掌握情況，便于教師調(diào)整教學方法。

3四位一體的課程改革的實施

傳統(tǒng)的教學模式往往存在教學內(nèi)容單一、教學方法陳舊、學生參與度不高等問題。為了解決這些問題，本項目提出了四位一體教學新模式，如圖2所示，以期提高學生的學習效果和實踐能力。具體實施步驟如下：

1物聯(lián)網(wǎng)工程方向的學生應(yīng)具備綜合運用數(shù)理基）提高學生的學習興趣，要規(guī)避傳統(tǒng)的灌輸式教礎(chǔ)知識和計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)等專業(yè)知識解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域復雜工程問題的能力以及豐富的專業(yè)技術(shù)工作經(jīng)驗，成長為行業(yè)內(nèi)的技術(shù)骨干、業(yè)務(wù)骨干或者基層管理者。學習采用項目式學習，發(fā)揮學生的主體性，通過引入項目或者案例，讓學生能夠明確所學知識的用途，以及系統(tǒng)性設(shè)計的方法，從而指引學生樹立正確的學習信念。

在引入每個專題時，設(shè)置一些懸念或疑問，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。通過提出問題、分析問題、解決問題的過程，幫助學生更好地理解和掌握專題內(nèi)容。在專題教學中，要注重理論與實踐的結(jié)合。可以通過項目實例、案例分析等方式，讓學生將所學知識應(yīng)用到實際問題中。鼓勵學生在課堂上分享自己的實踐經(jīng)驗和學習心得，以促進交流和討論。結(jié)合數(shù)字圖像處理課程的特點采用多種教學手段，如采用板書、多媒體課件、輔助教學軟件等多種教學手段。以車牌識別的測試與制作為例，該案例包括圖像預處理、圖像分割、圖像特征提取、圖像識別等基本數(shù)字圖像處理知識。該案例涵蓋了大部分圖像處理的知識，同時非常便于擴展，可以與人工智能或者機器學習相連，作為實用案例提供給學生。并將教師的科研成果和相關(guān)新技術(shù)引入課堂，拓寬學生的視野，激發(fā)學生對前沿技術(shù)的興趣。通過展示科研成果的實際應(yīng)用，幫助學生更好地理解理論知識的實踐價值。并鼓勵學生參加科研項目，激發(fā)學生的創(chuàng)新研究意識，真正做到理論到實踐的轉(zhuǎn)移。

2）以小組合作學習與實踐作為基本形式，老師發(fā)布課程任務(wù)——空間域濾波方法為例，要求學生團隊輸出一個確定性的結(jié)果——設(shè)計相關(guān)圖像增強的產(chǎn)品。設(shè)計過程中，允許學生對個人感興趣的濾波方法進行深入的探究，鼓勵學生對項目產(chǎn)品進行進一步的創(chuàng)新。由于學生可以通過呈現(xiàn)項目產(chǎn)品來展示學習成果，并設(shè)計制作對應(yīng)的產(chǎn)品說明書。學生在學習中就會表現(xiàn)出更多的自主性和自覺性，不斷激發(fā)創(chuàng)造活力，并且持續(xù)對新問題、新想法進行評估、決策、問題解決，在潛移默化中提升社會適應(yīng)能力和危機應(yīng)對能力。

3）網(wǎng)絡(luò)自主學習的開展方式，課前，給學生發(fā)放本堂課對應(yīng)MOOC課程，起到課前預習的作用。并且學生根據(jù)慕課后的隨堂練習進行線上答題，答題成績和課程觀看數(shù)據(jù)會記錄在后臺教師端，作為線上成績考核的評價指標。課中，教師應(yīng)根據(jù)學生在網(wǎng)課中遇到的問題有針對性地講解，幫助學生理解。課后，教師可將相關(guān)的課外補充資料發(fā)放到網(wǎng)絡(luò)平臺，學生可根據(jù)興趣拓展知識。

同時，建立一個數(shù)字圖像處理教學資源庫，包括精品網(wǎng)課、教學互動平臺、資源試題庫。按照課程章節(jié)錄制精品課程視頻，以幫助學生課后對沒聽懂的知識進行復習。學生可以通過互動平臺提出不懂的問題，教師及時回復，或者學生之間進行小組討論。資源試題庫則可以提供一些題庫資料，供學生根據(jù)題目有針對性地進行練習。

4）課程考核方式改革遵循以“學生為中心、成果導向、持續(xù)改進”的OBE教學理念，健全理論知識與實踐能力并重、注重過程考核，如表1。通過考核方式的變動，讓學生解決實際問題，構(gòu)建實際成果，可以達到對學生綜合能力的考核，更為注重學生的過程性考核。考核改革符合考試大綱要求，在學生掌握基本理論、基本知識、基本技能的基礎(chǔ)上，引入考查學生綜合分析應(yīng)用能力的開放性、挑戰(zhàn)性的新式題型，拋棄名詞解釋、選擇、填空、判斷等具有標準答案的傳統(tǒng)試題，采用考核學生理論聯(lián)系實際及創(chuàng)新能力的實踐應(yīng)用題，從而提升學生綜合分析能力和實踐創(chuàng)新能力。要注重學習過程考核，強化平時考核，比如鼓勵學生自學新興知識并進行課堂答辯展示，學生團隊選擇課程相關(guān)主題進行PPT制作和講解，考核學生對知識的理解能力和答辯能力。把課程考核延伸到整個教學過程中，引導學生把精力投入平時的學習中。同時聚焦于數(shù)字圖像處理課程的考試改革，旨在引入“綜合評價體系”，在傳統(tǒng)考核方式的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地將實例分析并提交綜合性作品融入考核環(huán)節(jié)，以此提升學生的實踐能力和綜合性能力。

4教學實踐的成果

在實踐教學中，2020級物聯(lián)網(wǎng)工程2001班是本次課程改革的第一屆學生，考試成績大多集中在70～89分，平均成績?yōu)?4.38，學生平均成績提升了14%，不及格率為0%，成績分布較合理，離散度不大，服從正態(tài)分布，如圖3所示。從成績分析上看，絕大多數(shù)學生對基礎(chǔ)知識、空間域增強技術(shù)、去噪技術(shù)掌握較好，且具備一定的解決實際問題能力，基本達到了課程的目標。通過過程性考核及提交應(yīng)用作品的方式，表現(xiàn)出學生在算法的應(yīng)用能力方面還有欠缺。從各小題得分情況來看，大部分學生對本學期所學基本知識掌握情況較好，并具備了一定的技能操作能力。

5結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理課程存在的問題，實施了四位一體的教學改革。該模式通過課堂專題教學，使知識更加系統(tǒng)化和聚焦；課后實踐研修則強化了學生的實踐能力和問題解決能力；網(wǎng)絡(luò)自主學習為學生提供了靈活多樣的學習資源和個性化學習路徑；多元教學評價則確保了對學生能力的全面、公正評估。展望未來，將進一步優(yōu)化教學資源，強化師生互動，提升教學質(zhì)量。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：梁書】