专题项目驱动数字图像处理课程创新教学模式

    桂彦 周书仁

    

    摘?要：数字图像处理课程以专题化教学内容和项目为驱动，在创新教学环境下，教师应从知识传授者变成学习的组织者、指导者，而学生能够进行自主学习。通过激发学生学习积极性，从而真正提高大学课堂教学的效率。

    关键词：数字图像处理;专题化项目;研讨教学;创新教学模式

    图像是信息传递的重要媒介，数字图像处理是一门涉及多领域的交叉学科，具有很强的理论性和实践性。经过几十年的发展，数字图像处理已经在航天和航空、生物医学工程、工业和工程、通信工程、公安军事、文化艺术等各个领域得到广泛应用，甚至人们的生活也与其紧密相关。数字图像处理通常作为一门本科专业选修课程，学时较少，而本课程又具有内容涉及面广、理论知识难度大、内容更新快的特点[1]。实际教学中教师和学生都不能将这一门课程处理好，具体表现在：（1）对于教师而言，大篇幅大章节概念往往耗去大量的教学时间，不知不觉中填鸭式地向学生灌输了大量生涩的概念。这种传统的教学模式打消了学生学习的积极性和主动性，不利于创新人才培养。（2）对于学生而言，学生通常是被动的参与者，学习完全依赖课堂，放弃了利用课外时间进行深入学习。现代教学模式应该以学生为主体，在教学中提高学生的学习兴趣和积极性，因此，对《数字图像处理》课程进行教学改革成为摆在我们面前的一个迫切需要解决的课题。

    一、课程教学改革

    （一）合理优化教学内容，凝练核心专题

    在当前的教学中，国内多所高校选用由阮秋琦译R.C.Gonzalez编著的《数字图像处理》作为主讲教材，但该书具有课程内容涉及面广、理论性强和课程内容更新快的特点，传统的按照内容先后顺序分配各阶段的教学内容弊端很多，已严重影响了学生的学习效果。例如在本学院的计算机科学与技术专业教学大纲中，《数字图像处理》的课堂时数是32学时（理论教学仅占24学时），在有限的课时内，详细讲授这本教材全部的内容是不现实的。因此，结合本院计算机专业的特点以及本专业学生已修的相关课程，教学内容选取上贯彻“少而精”的原则。通过对教学内容的精心遴选，对课程内容进行了适当取舍，并注意教材内容的深度和广度，把突出的重点内容和知识凝练为多个教学专题（如下表所示），从而使我们讲授的内容力求覆盖学生所必须掌握的全部基础知识。专题化教学内容能够体现专题教学的优点，通过突出教学重点、有针对地系统讲述，加深对教学内容理解和掌握。以专题取代教材或章节，通过结合具体实例推动和展开教学内容，并逐一掌握每个专题内容，从而达成教学任务的完成。

    （二）结合理论与实践，专题化项目驱动创新课堂教学

    传统的教学模式更加注重理论教学，内容繁多且冗长，在忽视理论与实际相结合中造成学生很难理解教学内容。而且，传统的数字图像处理课程教学历来是非常注重图像基础理论知识的传授，却淡化了图像基础知识与实际应用间的联系，由于和实践脱节，致使学生逐渐丧失学习兴趣，学生的实践动手能力和创新能力得不到很好的提高。这种现状和目前所提倡的自主学习和研究型学习，有相当的距离。因此，根据专题化的教学内容，以及各类专题间的相关性，再结合自己的科研课题以及国内外的研究热点和重要成果，进而设立一个个相对独立的专题项目驱动课堂教学，以加强数字图像处理课程的针对性和实效性。以实施“专题项目”的方式引入相关概念和主题，可采用“专题研讨”的形式展开教学内容。学生一改过去听课不敢提问和质疑的状况，研讨碰撞出的思想火花激发了极大的学习热情。在这种氛围中，师生通过互动频繁，不仅活跃了课堂气氛，而且促进了团队意识的培养，从而提高了教学效果。

    项目驱动教学的过程[2-3]是从项目计划的制订、项目的实施到项目的验收与评估都是以学生作为主体，但是教师必须在整个过程中起到指导作用。以项目驱动课堂教学能更大地激发学生的学习兴趣，通过具体了解知识点的运用，培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力和提高学生动手实践能力、解决实际问题的综合能力。另外，针对本院计算机科学与技术专业的特点，在项目驱动式教学过程中还应进行分组研讨，让学生们能够真正地参与到课堂教学中，激发学生的创新思维。通过利用多种教学方法和教学手段，设计创新性的教学环境，能够更好地建立学生的知识结构，培养学生解决实际问题的能力。

    （三）强化实践教学，注重学生创新实践能力培养

    实验教学作为教学的重要组成部分，然而较少的实验学时远远达不到强化实验教学、提高学生动手能力的目的，如本院所开数字图像处理课程的实验课时仅有8学时。为此，本着提高学生实践能力和创新能力的目的，充分考虑到学生的特殊性和差异性，我们引入了层次化实验教学体系[4-5]，将实验分为基础层、综合层、开放层和提高层这4个层次，并将三级能力培养贯穿其中，从而逐步培养学生的基本理论技能、综合设计能力乃至创新实践能力。该层次化实验教学体系满足了不同的学生需求，使学生可以选择适合自己的实验内容，有很大的自主性。另外，我们还布置了多个选做的开放性实验题目，开放性的实验题目可以从科研项目中适当地选择，能够让学生了解该方向的前沿技术和应用领域，也能够激发学生的创新灵感。

    为进一步突出课程的实用性，我们强调具体应用和如何编程实现，要求学生掌握数字图像处理基本操作技能和简单的典型算法编程，做到理论和实际完美结合。在实验编程软件的选择上，推荐学生使用Matlab软件，Matlab本身自带一个图像处理专用的工具箱函数库，使得编程变得更加简单，这使得他们可以理解和消化数字图像处理基本算法的原理，牢固掌握所学知识点。另外，通过熟練掌握数字图像处理方法，设计并开发数字图像系统。因此需要学生基于VC++、Visual Studio等开发环境实现数字图像处理算法，力求通过底层开发功能更强大的应用程序。通过实际的应用开发，能够激发学生的学习兴趣，不但学生动手实践能力得到了锻炼，对学生们的创新能力也有一定的提高。

    （四）充分利用教学平台，实现教学资源的分布式建设与共享

    目前，各高校在不断增强大学生自主学习能力培养的同时，也在大力推进大学生自主学习平台的建设。以本校目前正在大力推进与实施的优秀网络课程（含微课）资源建设与应用实践为契机，所在学院已经建立了云计算与大数据中央省部共建实验室，基于云计算的“云博教学平台—学宝系统”提供了资源发布、作业布置、虚拟桌面等模块，从课堂内外的管理、学习过程的监督、学习任务的发布和评价、机考训练等方面为计算机专业课程教学提供了前台和后台支持。利用互联网和云计算环境，我们根据本课程内容特点、教材的自我理解、学生兴趣进行统筹考虑后开发教学资源，这样能够打破传统教学体系，充分结合实际应用，有针对性地进行教学设计，从而提高课程建设质量。

    云博平台网络教学资源的开发对教师的课程开发意识和能力提出了更高要求，通过激发教师主体意识，为课程注入鲜明的个性特征。同时，学生也可参与到云博平台课程教学的制作中来，在教师的个性化指导下，让学生积极主动参与学习过程，并根据自己的实际情况进行知识意义建构，动态生成具有研究价值和指导性的教学资源。师生相互促进、相互竞争，对课程的建设形成一个良性循环，从而更科学地管理和组织教学资源。云博教学平台——学宝系统还能够整合学院内各种资源（硬件资源、软件资源、教师资源等），使得资源建设做到“开放、共建、共享”，以构建覆盖全院师生的课程资源共享体系。

    二、结语

    数字图像处理这门课程应该重点关注课堂和实践教学方法的创新改革。这两个方面是深入掌握数字图像处理这门课程精髓的重要环节，两者之间相辅相成，缺一不可。在教学改革过程中，教师积极引导，激发学习兴趣，提高学生自主学习能力和熟练运用本专业知识应用能力，鼓励学生主动参与课堂教学，为学生将来工作和步入社会打好基础，力争真正培养出具有综合实践能力和创新能力的新世纪人才。

    參考文献：

    [1]丁建伟，唐云祁，田华伟.数字图像处理教学改革浅谈.电脑知识与技术，2015，13（11）：121-122.

    [2]金炜，周亚训.“数字图像处理”课程项目驱动教学模式的实践.中国电路教育，2010，157（7）：81-83.

    [3]刘忠艳，乔付，周波，张兴华，李懿.项目教学法在数字图像处理教学中的应用.高师理科学刊，2015，35（2）：75-77.

    [4]李露，谢凤英，姜志国，赵丹培.关于在实验课程中培养研究生创新实践能力的探索——以数字图像处理实验课程教学改革为例.实验技术与管理，2010，27（11）：235-248.

    [5]李金萍，等.数字图像处理课程实验教学改革探索——在实验教学中培养学生创新实践能力.科技视界，2012，3（7）：23-25.

    基金项目：2019年湖南省学位与研究生教育改革研究项目，省级一般项目：移动互联网时代下研究生Android课程教学改革研究（2019JGYB177）

    作者简介：桂彦（1985—?），女，汉族，湖南永州人，博士研究生，讲师，研究方向：数字图像处理;周书仁（1975—?），男，汉族，江西都昌人，博士研究生，副教授，研究方向：模式识别与图像处理。