课堂教学中培养学生创新能力的研究与实践

摘 要：国内外高校越来越重视学生创新创业能力，提高课堂教学效率是一个重要途径。对此，教师在数字图像处理课程中可引入工程实例，引导学生进行分析，合理安排课后延伸内容，以达到提高学生学习兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生创新精神的目的，从而使学生获得更好的发展。

关键词：创新能力；教学改革；数字图像处理

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）10-0025-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.10.013

一、引言

大学生创新能力的培养是高等教育教学改革的重点，是大学实行素质教育的逻辑起点和价值归宿[1]，如何提高学生创新能力成为各高校亟待解决的问题。目前，主要解决办法是：在第一课堂教学中要改进教学方法，探索启发式教学、讨论教学、案例教学、项目驱动实践等多种教学方法在专业教学中的适用情况，提高教学质量；根据专业技术前沿更新教学内容，激发学生的学习热情，加强以学促教。另一方面，有效建设第二课堂，作为第一课堂的扩展和延伸，对第一课堂教学内容进行有益的补充，为学生的个性培养和能力发展提供一系列的渠道和平台[2]。

可见，在大学生创新能力培养中，第一课堂是关键因素，第二课堂是第一课堂的扩展和延伸。然而，目前多数高校都在改革学分制度，即减少学分，增加学生课程实践、课外实习等比重。因此，如何在有限的课堂时间内，提高学生学习兴趣，提高学习效率和增强学生学习能力是我们高校教师教研的一个重要方向。接下来，将以我讲授的数字图像处理课程为例，浅谈我在教学中对培养学生创新能力的一些经验和认识。

二、数字图像处理课程现状

目前，数字图像处理技术应用日益广泛，例如航空航天技术、通信工程、生物医学、军事公安、文化艺术等，几乎涉及生活和工作的各个方面，可以说它是目前信息科学中发展最快的研究热点方向，也已经成为高校信息类专业普遍开设的一门课程。

然而，一方面，数字图像处理课程从本质上说是一门研究数学算法的课程，学生面对抽象的数学问题有畏难情绪；另一方面，数字图像处理却是研究生复试的重要课程和研究生将要研究的重要方向之一，而且，目前很多学科竞赛经常要用到数字图像处理的知识。

那么如何使抽象的数学问题变得有趣；如何在有限的学时内，使得学生既能学会授课计划中要求的数字图像处理的概念、图像空域和频域处理、图像复原、彩色图像处理、图像压缩、图像分割等算法的特点和原理，又能够在面对新问题的时候能够自主进行分析并解决问题，这就要求我们合理设计我们的教学内容，充实教学过程，实现既授之以鱼，又授之以渔。

三、合理安排课程内容

下面，将以图像处理中“图像增强-直方图均衡化方法”为例，浅谈我是如何实现上述教学目标的。

（一）课程引入阶段——激发学生学习兴趣

首先，在课程导入阶段，我不是直接讲述直方图均衡化的概念，而是通过给出生活中实例引发学生学习兴趣。

给出图1和图2所示两幅图，图1是一幅雾霾中的拍摄的图像，我们无法辨识其中的车牌号码，这种天气中应如何进行车牌识别呢？第2幅图是一幅不清晰的CT图，这样的图会影响医生对病人病情的判断。通过这些实例，让学生感受到所学知识离我们的生活很近，而且作为工科专业，很重要的一点就是解决工程或生活中出现的问题。

根据图1和图2，说明图像增强的目的，即将视觉上不清楚的图片进行处理，得到比较清楚的图片。然后给出图2根据所学知识，直方图均衡化处理得到的新图像（图3），让学生对课程将要讲解的直方图均衡化有一个较为形象的了解，激发学生的学习兴趣。

（二）课程展开 ——引导学生用数学方法和专业知识解决实际问题

在课程展开部分，所要完成的不僅是教会学生直方图均衡化的概念和原理，更重要的是引导学生如何将待解决的图像问题，转换成数学问题，然后启发学生从何入手构造数学模型。

1.给出直方图均衡化的概念，即通过对原图像进行某种变换，使原图像的灰度直方图修正为均匀分布的直方图。

2.引导学生，从直方图入手，即如何是原图像的直方图变换成均匀分布的直方图，如图4所示，这样就将图像的问题转换成了数学问题，使学生们真正觉得学可以致用，数学可以解决实际工程或生活中的问题。

3.学生通过讨论，分析，并在老师的指引下，得到原图像灰度和新图像灰度之间的变换函数之后，通过一个实例，例如仅包含8个灰度级的灰度图像为例，将一幅灰度图像利用均衡化处理得到一幅新图像，此处的目的是让学生利用得到的变换函数对图像进行处理，可以加强对变换函数的理解，并且能够尽快地进行应用。

4.通过实例，分析直方图均衡化对图像进行增强的原因。这里我们主要目的是教会学生如何分析问题，首先会提示学生从增强的概念入手，增强，即增加对比度。然后引导学生结合变换函数分析，原图像中哪些像素对比度变大，哪些像素对比度变小。

（三）课后作业 —— 提高编程能力，培养创新意识

首先要求学生根据上述实例，绘制程序流程图，并编程实现直方图均衡化变换，流程图在编程中是一个很重要但是目前很容易被学生忽视的步骤，然而绘制流程图一方面可以更深刻理解算法含义，另一方面可以将复杂问题简单化，编程实现时比较容易上手。

用编写的直方图均衡化程序，对图1和图2进行处理，并分析处理结果。如果不能得到较好的结果，请分析原因，并鼓励查阅文献，对其进行改进。

四、结语

如何在课堂教学中提高教学效率，培养学生的创新精神，是我们高校教师教研的一个重要方向。在教师的授课中，精心安排每个教学内容，旨在培养学生分析问题和解决问题的能力，增强创新精神。当学生遇到新的问题时，知道从何入手进行分析，如何用数学去解决图像，以至其他工程领域的问题。我们还要培养学生科研的严谨精神，要自己动手实现算法，自己用程序实现结果，当结果和预想不一致时要认真分析问题所在，或当结果并不理想时，要寻找问题原因，尝试创新。

图像课程进行改革之后，我们得到了很好的教学效果，一方面，计算机专业的学生更深刻体会到本专业的优势，更热爱自己的专业。另一方面，学生所学知识能够真正学以致用，提高了学习兴趣，越来越多的学生在图像方面的专业比赛中获得优异成绩。

参考文献：

[1] 张晓萍.谈影响大学生创新能力培养的教师因素[J].中国成人教育，2016（14）：84.

[2] 郭永芳，黄凯，张茜茜.第二课堂建设与学生创新创业能力培养研究与实践[J].教育教学论坛，2016（7）：5.