《数字图像处理》选修课一体化教学研究

刘直芳　张继平

【摘要】数字图像处理技术是一门发展很快且应用面很广的学科。本文探讨了《数字图像处理》课程中教学和科研一体化的过程。主要从激发学生兴趣加强工程技术的方法论教学和完善考核机制等方面来进行研究和论述。教学实践表明，这一系统的教学改革方案对于提高课程学习者的学习效果有显著作用。

【关键词】数字图像处理；教学改革；一体化教学

《数字图像处理》是高校信息类专业一门重要的选修课程，是一门涉及学科领域相当广泛的交叉性学科，其应用遍及通信、宇宙探测、遥感、生物医学、工业生产、机器人视觉、视频与多媒体系统、军事和公安等诸多领域。从1998年开始，教育部要求各高校实行新的教学大纲，根据要求，学生摄取的知识和信息量迅速增加。各专业对每门课程的授课学时都在不断压缩，针对《数字图像处理》这门课程的理论性、实践性、系统性和探索性的特点，若不进行课程的教学改革，不对经典的授课内容重新进行精选及更新，将很难反映课程内容的时代性特征；若仍然遵循传统的强调以教师为中心的教学模式和观念，盲目地灌输为主，势必会导致每堂课程中信息量的大量堆积，学生只是被动接受老师的讲解，由此导致的直接后果是学生对学习没有兴趣甚至产生厌学的情绪，使学生的主观能动性难以发挥，限制了学生的创造和谐思维及实践能力的培养，难以达成课程教学的目的。另单一的教学模式，也不利于学生个性的发展和拔尖人才的脱颖而出；因此在当今知识经济时代，想要培养出大量具有综合素质的创新人才，必须转变单纯知识传授的应试教育观，代之全面综合素质培养的新的教育思想，所以对《数字图像处理》课程实施改革是必须的。

1数字图像处理的特点

作为一门本科生计算机专业的选修课程，它是一门综合性很强的学科，其讲授的内容为数字图像处理技术的基本概念、原理和算法及其应用，该课程具有以下特点：

1.1多学科交叉、渗透性强。数字图像处理涉及数学、物理学、控制理论、信号处理、生物生理学、心理学、计算机科学等多个领域的知识。课程内容广泛、理论抽象、算法实现不直观。各学科之间的交叉、集成和渗透，对教和习提出了较高的要求，学生要真正理解相关知识和技术并不容易。

1.2理论性和应用性并重。数字图像处理课程既具有完备的理论基础，又是一门应用广泛的实用学科，理论性和实践性都很强。因此，理论和实践相结合是研究与教学的关键，既要注重基础知识的教学，同时又要加强学生工程能力和实践能力的培养。

1.3发展速度快。数字图像处理技术是随着相关学科的发展而发展的，低成本硬件的发展和新兴应用领域的开拓，推动着数字图像处理技术迅猛发展。这促使该课程的教学内容需要不断更新，相应地对教学方法和手段也提出了更高的要求。

2数字图像处理课程教学中存在的问题

在我院，《数字图像处理》课程一直是高年级学生(大三和大四)选修的一门专业基础课程，在修这门课程之前，绝大部分学生没有学习信号处理与系统等方面的课程，因此不具备有关信号与信息处理方面的知识，而且对于高年级同学而言，求职和考研的压力很大，往往无法集中注意力或没有相关基础完成这门课程的学习任务，学习的动力和兴趣都较低年级有所下降。学生出勤率也大幅度下降，课堂纪律松懈，很多同学在课上翻看考研或英语书，对课程学习抱着敷衍了事的态度。面对学生懒散的学习状况，如果教师不采取措施加以引导并使其得到改善，形成教学相长的教学氛围，势必影响教学效果。

作为工科专业的大学生，在四年的学习和实践中，必须培养起综合运用所学知识应用于工程实践的能力。《数字图像处理》是一门面向工程实践的课程，要求学生具备“学以致用”的能力。

根据普遍反映不少走向社会的大学毕业生感到动手能力不足、创新意识和创业能力缺乏的缺陷，特别是一些专业领域较强的内容，需要重新对基础理论进行研究和学习。针对数字图像处理这门课程而言，由于专业理论知识较多，需要数学基础较强等特点，传统的上课手段和方式很难满足本科生对该课程的需求和理解，这样导致很大部分学生上课缺乏积极性，从而没有深刻认识到该课程在实际中的具体应用等。通过认真的分析与讨论认识到，其根本原因在于我国大学教育的特点是普遍重视知识和理论的传输，忽视动手能力的培养，尤其缺乏创新教育。针对普通高校这种教育方式的现实不足，为从根本上改变这种局面，我们努力解放教育思想，转变重理论轻运用、重课堂轻课外的传统和观念，改革创新型人才培养模式。以建设创新型社会为契机，根据高校的特点以及社会经济发展的要求，以科技创新教育为主线，探索新的人才培养模式。

3一体化教学手段的运用

本科教学过程具有很强的探索性，它不仅要传授知识，传承文明，还担负着发现未知和培养学生探求新知能力的任务。因此，本科教学过程本身就含着教学与科研两种因素，两者是紧密结合在一起的。结合我院的教学传统“重视教学与科研的有机结合、相互促进、共同提高”和我院的指导思想“以科研推动学科和师资队伍建设，以科研促进教学”，在抓教学质量的过程中，特别强调科研对教学的促进作用。“联系教学实践搞科研，通过科研提高自身素质，切实提高教学质量”，这是每个教师的目标与任务；结合学科和专业特点，立足于我校本科人才培养目标，抓住两个主体，即：面向教师主体的“科研驱动、行业渗透、课堂传授”的教学要求，面向学生主体的“系统学习、阶段／综合训练、项目参与”的学习目标。针对本科生的选修课《数字图像处理》，我们提出“一体化”教学理念，就是在整个教学过程中，融入实际工程项目和科研项目的子课题，让学生积极参与实践的同时学习到基础理论知识，锻炼和培养了创新型人才，将科研成果转化为课程内容，开阔学生的学术眼光和视野、进行学术熏陶。实践表明，通过启发式的案例教学，不仅使同学们深刻领会到学习该门专业课的真正目的和用途，而且还大大提高了学生综合运用专业理论知识去分析和解决复杂的实际问题的能力，专业理论与实践紧密结合，即生动又直观，非常有利于学生学以致用的应用型人才培养和创新思维能力的培养，收到了良好的教学效果。

3.1课堂教学方面。《数字图像处理》课程的学习难度较大，对于部分基础薄弱的学生而言，严密繁琐的数学推导是令人望而生畏的，课程刚开始的兴奋感很容易转化成3分钟的热度。因此，要想让学生在课程的全过程都保持兴趣，将课程的内容化繁为简，以深入浅出的方式讲述课程是十分必要的。

在教学手段的设计与运用方面，不仅仅局限于本课程的学期教学过程，更注重该课程对学生专业学期的长远影响，以及对专业探究方法的引导。

基于丰富完善的教学条件和现代化多媒体技术的广泛运用，根据教材和教参，制作了先进美观的教学课件；同时注重概念中的变化，在关键算法方面辅

助以动态课件和传统板书相结合的方式；每堂课均包括：内容回顾、新概念有机联系、章节纵览、新内容讲解、小结、提问、练习等环节，始终保持活动集中的课堂气氛，保证了教学效果，激发学生的积极性和参与性。

同时在部分章节讲授完成后，通过阶段训练模式强化对主要技术与算法的应用；通过实际工程案例分析，讲授该课程的技术应用与发展趋势。

3.2科研实践方面。注重培养学生的创造性思维和实际动手能力。工程技术方法论是一门新兴的边缘学科，是关于技术开发、技术发明或工程技术并研究一般方法的理论，探讨运用工程理论的技巧，阐明工程技术研究活动的一般指导原则。

采用个体与小组相结合的模式，在常规的练习解答环节以外，设置了新技术信息检索与讲解、算法推导、课程设计点评等环节，要求学生以小组为单位共同参与、面向全体同学讲解的方式，即深化了专业知识，又提高了学生在新知识探索、总结和团队沟通、专业表达等方面的技能，为后期的竞赛和项目推动奠定基础。

针对各年级学有余力的同学，设置选择性实验，利用课外学时，为学生提供实验环境和必要的指导。采用大作业的创新实验形式，要求学生以小组为单位，完成一个实际工程中的算法软件设计与开发。学生也可自拟目标(题目)，自行选择开发平台、工具、技术和方法，最终提交可运行软件。旨在发挥学生的学习主动性，在学习过程中的创作性和团队协作精神。

这是综合性较强的实验，主要引导以学生团队方式参加，部分课题可以拓展到本科毕业设计课题完成或参加相应的竞赛。

3.3考核方法。在教学实践中，我们深刻地体会到，良好的学风是教学质量的根本保证。为了提高本课程的教学质量，培养良好的学风，必须建立一个合理的面向能力培养的考核机制。

考试是学习的指挥棒，这根指挥棒运用得当，对学生学习内容的掌握、实验技能的提高、求新创新能力的培养都有很大的促进作用，传统的课程考核手段不利于学生创造能力的培养，主要考学生在课堂教学的内容，而不是考学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。为了抓平时的学习，加强能力培养，我们进行了考核方法的改革，将平时的课堂的练习、课后的科研软件开发设计等列入平时成绩，课程最终的考核成绩综合期末考试成绩(占70％)和平时成绩(占30％)得出。

4结束语

数字图像处理课程和与其它专业课程有着密切的内在联系，在教学环节中起到承上启下的作用。因此，在本课程的教学过程中，充分采用现代化教学方式与理念，培养学生的创造性思维和综合素质，本文根据数字图像处理课程的具体特点，结合教学实践，提出一体化的教学手段和方法。实践表明，通过实际工程案例教学，不仅使同学们深刻领会到学习该门专业课的真正目的和用途，而且还大大提高了学生综合运用专业理论知识去分析和解决复杂的实际问题的能力，专业理论与实践紧密结合，即生动又直观，非常有利于学生学以致用的应用型人才培养和创新思维能力的培养，收到了良好的教学效果。