基于“一带一路”建设人才需求的图像处理课程教学改革策略

叶 青 张永梅

1.北方工业大学电子信息工程学院 北京 100144 2.北方工业大学计算机学院 北京 100144

在2017年5月14日“一带一路”国际合作高峰论坛开幕式中，习近平主席指出，我们要坚持创新驱动发展，加强在数字经济、人工智能、纳米技术、量子计算机等前沿领域的合作，推动大数据、云计算、智慧城市建设，连接成21世纪的数字丝绸之路。随着“一带一路”倡议的深入实施，智慧城市将发挥越来越关键的作用。带动“一带一路”沿线国家的经济发展是我国的必行之路，为推进“一带一路”沿线国家智慧城市建设，智能监控识别及智能交通占有重要地位。在智能城市建设中，图像信息处理技术是一门重要的理论基础课程，该技术的发展对推动智慧城市建设具有重要意义[1]。北方工业大学长期以来开设图像处理课程，具有优秀的师资力量和完备的实习实训基地，并长期与大唐等多家相关企业建立了紧密的合作关系，为培养卓越工程师奠定了坚实基础。为培养服务“一带一路”国家卓越工程师国际人才，我校开展了图像处理课程教学研究与改革，为“一带一路”下的智慧城市建设培养卓越人才。

1 基于“一带一路”建设人才需求的图像处理课程教学改革思路

图像处理技术是一门涉及数学、计算机、电子、通讯与物理等众多领域的交叉学科，广泛应用于工业、农业、医学、科技、国防等多个领域，并逐渐覆盖到人们生活和工作的方方面面。在“一带一路”提出的沿线国家智慧城市建设中，图像处理技术占有重要地位。由于图像处理的内容涉及的理论与技术非常广泛，实践性又很强，当前形势下则更需要在图像处理的教学中将理论与实践紧密结合起来，激发学生对图像处理学习的浓厚兴趣，以积极认真的态度学习掌握图像处理的理论知识，并能够应用计算机以实现理论与实践的紧密结合，培养卓越的国际人才。

在传统的图像处理教学中，由于该课程所需先修知识较多且教学内容较多，授课中通常采用以理论知识和基本原理为主的讲解方式，一定程度上降低了课程的趣味性。同时在教学模式上缺乏创新性，未能很好地调动学生的学习自觉性。基于当前教学中存在的上述问题，对图像处理教学进行改革，在教学内容、教学方法、教学模式和师资队伍建设等方面进行改革[2,3]。优化教学内容，分成理论和实践两个模块进行教学，打好理论基本功，改变实验环境，提高实验效果；推出多模式的教学方法，提高课程的趣味性，通过多种教学方法的综合应用，提高学生整体学习效果；改变教学模式，将教师的教与研和学生的学与思结合起来，开设开放实验。加强师资队伍建设，鼓励教师出国进修，与企业合作开展研究，提高教师素质。培养学生的创新精神、创新能力和实践能力，将教学的培养目标从知识型、技能型向创新型转变，培养出具有驾驭运用知识的能力、具有现代思想意识的创新实践人才[4]。

2 基于“一带一路”建设人才需求的图像处理课程教学改革措施与实施

2.1 依据“一带一路”建设实践特点改革教学内容

依据“一带一路”建设对实践能力的迫切要求，对图像处理课程原有教学内容进行了改革。

在课程课堂教学中，将教学内容分为理论基础与案例分析2个模块。在全面系统地介绍图像处理技术的基本思想和基本方法后，利用丰富的案例将理论技术与开发实战结合起来。其中理论基础分为5章，分别为概述、图像增强、图像恢复、图像编码、图像分割。案例分析分为5章，分别为图像信息处理基础系统、智能交通中车辆分类识别系统、人脸及表情识别系统及视频监控中的人体识别典型案例，最后根据上述典型案例适当扩展，总结图像处理技术的应用范围和应用领域，当前发展、系统编程的具体思路以及对性能指标的要求。在案例分析中以4个典型应用作为案例分析对象，阐述不同应用背景下图像信息处理系统设计的侧重点与解决方案，带给学生贴近实际和实战的感觉。通过现场提出问题、解决问题的方法，使学生快速建立其对系统的感性认识，从而更好地学习和掌握图像信息处理技术的实现方法。

在实验教学中，将过去常常采用的以MATLAB作为实验课编程工具的方式改为以C++为编程工具。 由于MATLAB更适用于科学计算和科学研究的算法仿真，而C++更适用于项目实战，在未来的研发项目中使用的概率则要远大于MATLAB。而且在MATLAB中提供的图像处理算法工具包可以很容易地实现很多重要的图像处理算法，使学生在学习的过程中缺失了对图像处理算法深层次上的理解和掌握，缺失了对算法的编程实现能力的练习，在学生的编程思想和思维培养上未能起到很好的效果。因此，在实验中以C++为编程工具，引导学生实现图像处理中的图像读取、图像增强、图像分割等基本算法并灵活运用，要求学生代码规范并进一步使算法优化，逐步提高学生的实践能力。

2.2 根据“一带一路”建设人才需求改革教学方法

根据“一带一路”人才需求，改革教学方法。教学方法改革中引入了双语教学授课方法，选派有国外留学经验的教师授课，采用英文课件，双语授课的方法开展教学，使学生能直观地掌握图像处理课程中的专业术语和名词，可以更好地理解当前研究中新的发展方向，有利于国际人才的培养。为了鼓励学生课下自学，让学生课下结合慕课“MOOC”和互联网开展自学，自己查找当前图像处理算法中最新的改进算法，并结合新算法的出现谈谈自己的体会，让学生更多地接触新思想、新理论。此外，在期末前布置大作业，大作业有3个题目可供学生选择，要求学生自己独立完成，大作业包括基本功能和拓展功能，需要学生将整个学期的内容综合运用，是对学生对图像处理方法的理解、编程的能力及创新思维的一种有效检测，同时提高学生分析问题、解决问题的实践能力。为了进一步地拓宽学生的知识面，我校聘请相关研究领域的专家给学生做图像处理领域的专业报告，开拓学生的眼界，提高学生的学习兴趣。此外，教师带学生到大唐等合作企事业单位参观、实习、锻炼，提高学生实践能力。通过以上教学方法的相互融合，使学生从枯燥的单一教学方法中脱离出来，以多模式、多角度的教学方法使学生获得知识，让学生因“趣”而学，因“用”而学，提高整体教学效果。

2.3 以“一带一路”建设人才需求为导向改革教学模式

以“一带一路”人才需求为导向[5]，改革教学模式。将教师的教与研和学生的学与思结合起来。结合我校的实际教学情况，构建课程的全过程教学模式。以培养国家卓越工程师为目标，对教学大纲、教学内容进行了调整和充实。除去课堂和实验教学，我校开放实验室，开设学生自主实验，教师给题目，学生自选，以学生为主、教师为辅的方式开展课题研究，培养学生的实践能力。在自主实验中学生可以通过自己编写的图像处理程序实现对外围如智能小车和机器人的控制，培养学生尽快成为一名卓越的工程师。

2.4 提高“一带一路”人才培养质量 加强师资队伍建设

为了提高“一带一路”人才培养质量，需要加强师资队伍建设。我校选派具有丰富教学经验的教师赴美国、英国等地开展短期学习交流，学习先进国家的教学方法，提高教师的整体素质和英语水平，使教学内容和教学方法与国际接轨，将新思想、新见解融入图像处理教学中来。任课教师具有扎实的图像处理理论基础，并通过横纵向科研课题的长期锻炼，能够对新思想、新方法有很好的把握。我校长期与大唐等多家相关企业建立了紧密的合作关系，教师定期到合作单位实习锻炼，提高教师自身素质，将理论知识有效融入实践，了解各企业对人才需求方向的要求，有利于教学培养计划和培养目标的制定，提高“一带一路”人才培养质量。

3 结语

为服务“一带一路”国家卓越工程师国际人才培养，本文对图像处理课程进行了教学改革，从教学内容、教学方法、教学模式和师资队伍建设四方面开展改革，突出了该课程理论上的基础性、实践上的研究性与具体应用需求上的前沿性，与现代科学发展方向接轨，契合“一带一路”国际人才培养的需求。通过尝试，培养的学生对图像处理课程的算法有了深刻的理解，实践和编程能力大幅度提升，取得了较好的效果，为“一带一路”国家卓越工程师国际人才培养奠定了基础。