对分课堂在数字图像处理课程中的应用

刘李漫 刘佳

摘要：对分课堂作为一种新型的课堂教学模式，可以帮助学生提高学习主动性和探索积极性。数字图像处理课程涉及了广泛且复杂的理论知识及应用方案，学生在课程的学习上有一定的难度，传统教学模式下教师难以达到理想的教学效果。将对分课堂运用于数字图像处理课程，能有效地提高教学效率及效果。文章将针对对分课堂教学模式在数字图像处理课程中的应用进行探讨。

关键词：对分课堂;数字图像处理;实践应用

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）49-0151-02

一、引言

对分课堂是近年来出现的一种创新型教学模式，在大学课堂的教学模式中逐渐得到关注和研究，被称为中国特色大学教学新方法[1]。该课堂教学模式主要由讲授、吸收和讨论三个阶段组成，每个阶段都有着明确的教学工作和目标[2]。数字图像处理是理论结合实践应用的一门课程，随着时代的快速发展，涉及数学、遥感、生物医学、自动化控制等诸多应用领域[3]，在计算机工程、测绘、生物医学工程、航天军事、经济等各先进领域被充分使用。数字图像处理的本质就是对图像进行计算机处理，原理就是将图片的像素信息转换为常用的数字信息，再借助计算机对数字信息进行分析判断和处理。

二、数字图像处理课程教学存在的不足

数字图像处理课程传统的教学方法是教师课堂讲授、学生上课听讲和实验课编程实验。教师按照课本顺序讲解各个章节的内容及算法原理，学生将在实验课进行算法的编程实现。学生会觉得自己已经熟练掌握了课程，也可以轻松通过期末考试，但在实际中遇到了数字图像处理问题时，学生会不知如何灵活使用所学的理论知识，缺乏分析和解决实际问题的能力，分析导致这种情况的具体原因如下：

首先，如今数字图像处理的知识领域更新较快，学生无法快速掌握该课程中的前沿技术及新知识，传统的课本教学模式很难满足现代教学的需要。

其次，数字图像处理课程涉及领域较多，所学知识点的难度较大，理论知识的掌握要求较高，具有概念抽象、数学公式多的特点。在学习这门课程之前，学生还需要加强学习数字信号处理、信号与系统等基础理论课程。此外，数学是数字图像处理这门学科的必备基础，学生往往需要较好的数学理论基础，才能很好地将学习的内容融会贯通。基于以上难点，很多学生存在难以理解、缺乏兴趣的现象。

再者，数字图像处理教学包含课堂理论教学和实验实践两部分内容。其中，主要是进行课程理论教学，在课堂教学中缺少一些典型理论的公式推导，或者推导步骤较少，导致学生在实现数字图像处理算法中存在较多疑惑，影响最终的教学效果。在实验实践环节，老师会对一些重要和难度较高的知识点进行实验，帮助学生解决一部分问题，但是由于实验实践的内容有限，难以在实验中挖掘深层次的学习内容。这些都是课堂教学中面临的重要问题。

最后，部分学生对数字图像处理课程的学习主要是为了应付学校考试，没有认真去学习老师在课堂上教授的内容，无法掌握课程的核心及关键点，难以将理论运行在实践应用上。

三、对分课堂模式的介绍

对分课堂模式是一种大学课程教学的新型教学模式，该教学模式主要由课堂讲授、内化吸收和课堂讨论三大部分组成。教师进行传统教学传授，与此同时，学生将在课堂进行自主讨论、自学和知識巩固加强。对分课堂具有两个核心要素：一是教师和学生分别使用课堂上的一部分时间进行课堂教学与学习讨论;二是在学生讨论和教师教学的分割时间中，学生进行自主学习和讨论。对分课堂具备了传统教学模式中老师一对多教学的优点，另一方面学生又可以利用充分的时间进行自主学习探索，最终学生可以充分理解和应用所学知识。

四、对分课堂在数字图像处理课程中的应用

（一）对分课堂的选取

教学过程中，许多的课程内容都不需要采用对分课堂教学模式，只有一些较为重要且学习难度较大的知识点需要采用这种课堂教学模式。比如，数字图像处理课程中经常应用且难度系数较大的图像变换算法傅里叶变换[3]，其涉及了如复平面、频域、正反变换等基本理念，公式复杂难懂，学生听讲时容易产生畏惧和放弃情绪。针对这一问题，同时也是课程内容的一个重点，在数字图像处理教学中采用了对分课堂的教学模式。

（二）对分课堂的组织

课堂教学时期，学生的学习团体是班级，老师则在课堂上进行知识点教授。例如在傅里叶变换的知识教学上，老师可以使用循序渐进的启发式教学方法进行知识点讲解，具体讲解分为如下5个流程：（1）进行前期预备知识讲解。让学生能更好地理解和掌握傅里叶变换，如复平面、周期函数、非周期函数、欧拉公式等基本理论知识与公式。（2）带领学生掌握傅里叶级数。在傅里叶分析中主要由傅里叶变换和傅里叶级数组成，傅里叶级数主要是使用于周期函数，周期函数则是使用傅里叶变换，学习掌握傅里叶变换是理解傅里叶级数的基础。（3）详细讲解一维傅里叶变换的各种理论知识点。不仅要透彻地讲解傅里叶变换理论知识，还要使用MATLAB等绘图软件演示傅里叶变换的算法执行过程，学生将从各个方面深入地理解和掌握傅里叶变换的算法。（4）讲解二维傅里叶变换的各种理论知识点。因为学生掌握了一维傅里叶变换知识，就可以较为简单地学习二维傅里叶变换。（5）应用举例。在进行图像降噪的实验中，通过使用傅里叶变换的算法有效地去除图片噪声，让学生从实际应用的角度更好地理解傅里叶变换。在内部吸收阶段，教师给出一个综合应用图像处理技术的应用题目，例如使用傅里叶变换去除图像噪声，学生在实验编程过程中自己组成小组，每组派出3名编程技术较好的学生，与其他组同学进行一些编程疑问的探讨，这样增加了学生学习的主动性和积极性。在内化吸收阶段，由于学生主要通过自主化的方式进行学习，所以难免会遇到一些困难或疑问，在该阶段需要将这些困难疑问记录下来，然后在上课时提出，并进行讨论。课堂讨论阶段的主要作用是帮助学生解决自学阶段出现的问题，在课堂讨论环节，学生可以自由地发表自己的观点和疑问，进行思维碰撞，如此，学生就可以准确地理解课程内容了。

再例如，课堂讲授完提高图像对比度的几个理论方法以后，可以展示一些对比度不高的问题图像，给学生布置小组讨论题目——如何设计方案提高这些图像的对比度。并通过讨论确定1—2种大家认为效果会比较好的方法，在课下进行程序实现，并调整参数，以达到最优的处理结果。

（三）对分课堂的实施效果

这一学期在数字图像处理课堂中使用了对分课堂教学模式，学生的学习态度更加认真、端正了。虽然现在的模式导致学生在掌握同一个知识点上的耗时较长，但是较高地提升了学生对知识点的学习探索及实际应用程度，更重要的是较大地提高了学生的学习精神、能力以及不停探索的精神。

五、结语

对分课堂作为一种新型的课堂教学模式，充分地融合了讲授型课堂和讨论型课堂的优点，符合学生获取知识时的认知心理。虽然对分课堂的教学模式处于初期探索和实践阶段，但是其教学效果十分明显，一定会在数字图像处理教学中起到重要作用。加强使用对分课堂教学模式，将有效地提高数字图像处理课堂教学的效率和质量，具有良好的推广价值和意义。

参考文献：

[1]张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014，（5）：5-10.

[2]李欣.对分课堂：有中国特色的大学教学新方法[J].学周刊，2016，10（1）：16-17.

[3]孙涵，陈松灿，刘宁钟，等.研究生模式分析与视觉处理课程群改革与实现[J].科教导刊，2016，（3）：30-32.