“数字图像处理”课程思政教学实践

刘红毅 张军 张峥嵘

[摘 要] 围绕“立德树人”的根本任务，高校教师在传授专业知识的同时，要深入挖掘专业课程思政元素，实现价值引领与知识传授的有机结合。以“数字图像处理”课程中的“图像变换”单元为例，通过对教学内容的深入剖析，凝练出专业知识背后所蕴含的哲学思想和科学态度;兼顾课程内容的体系性和时代性，精心设计教学案例，通过形象生动的生活故事、科学名人逸事，将育人的价值引领内蕴到专业课程教学中，在专业人才培养中布局育人的价值内涵，达到教书育人的目的。

[关键词] 课程思政;数字图像处理;图像变换

[基金项目] 2018年度首批教育部高校“双带头人”教师党支部书记工作室建设项目“南京理工大学数学系与数学实验中心联合党支部”;2021年度南京理工大学本科教学改革与建设工程 “数据科学中的数学理论与方法”跨学科交叉融合课程建设项目;2020年度中国高等教育学会理科教育专业委员会高等理科教育研究课题资助“‘双一流’建设和‘强基计划’下数学建模对跨学科人才培养的促进作用”（20ZSLKJYYB26）

[作者简介] 刘红毅（1974—），女，江苏南京人，博士，南京理工大学理学院副教授，主要从事图像处理与分析研究;张 军（1977—），男，江苏南京人，博士，南京理工大学理学院教授，主要从事图像建模与分析研究;张峥嵘（1977—），女，博士，江苏南京人，南京理工大学理学院讲师，主要从事数值计算研究。

[中图分类号] G642.3;TP391.41-4   ;[文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）50-0129-04   [收稿日期] 2021-07-03

一、引言

党的十八大以来，党中央高度重视高校思想政治教育工作，全面构建高校思想政治（以下简称思政）工作体系，紧紧抓住高校立德树人、铸魂育人根本任务，提出一系列新理念、新思想、新战略、新举措。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上明确指出，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强、提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。“课程思政”从提出到写进教育部文件，它逐步成为高校落实立德树人的重要举措、推进“三全育人”工作的主要抓手。推进课程思政建设，是教师义不容辞的责任。课程思政教学责任重大，使命光荣，内容丰富，承担着为中国特色社会主义事业培养德才兼备、全面发展的建设者和接班人的光荣使命[1，2]。但是理工科专业课程的知识性强、逻辑推理深，与思政似乎“相距甚远”。如何在教学中让思政元素“潜移默化、润物无声”地融入学生的学习过程，已经成为迫切需要解决的问题。

理工科课程具有专业性、实践性、创新性、科学性等特点，目前大多存在注重理论技术而缺乏科学精神、伦理道德的培養[3]。这要求教师具有世界眼光和全球视野，在具备深厚的专业知识之余，能够挖掘其中的科学元素、思政元素、人文元素，使思想教育“融”入知识传授中，增强思政课教育教学的精细化、针对性、思政性、时代感和前沿性，拓展学生的国际视野，提升其创新活力，培养其科学思维，根植其爱国情怀。

“数字图像处理”的授课对象是大四学生，对于即将面临毕业这一人生重大转折点的学生来说，世界观、人生价值观的引导相比单纯学科知识的讲授更为重要与急迫。青年的价值取向决定了未来整个社会的价值取向，人生的扣子从一开始就要扣好[4]。通过思政课堂，向学生传递社会主义核心价值观，在学生心中根植爱国主义、社会主义核心价值观等信念，可帮助他们树立科学的世界观，培育积极、正确的人生价值观，从而使得专业课程与思想政治理论课程同向同行，形成育人合力，构建全员全程全方位育人大格局。

本文以南京理工大学数学系、统计与金融学系等专业本科生必修课“数字图像处理”的课程思政建设为例，探讨了“数字图像处理”课程“图像变换”单元教学中如何实现专业课教学向理想信念教育、学术能力培养、社会责任培育等多向度的延伸，回应了高等教育“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题。

二、“数字图像处理”的思想政治建设优势

“数字图像处理”是一门多学科交叉课程，涉及数学、计算机技术、人工智能等多个学科，在教育、遥感、军事、智能交通、医疗卫生等多个领域都有广泛应用[5，6]。课程同时是一门发展中的学科，理论丰富，应用实践性强。课程讲授中，除了向学生讲授经典的图像处理内容外，更需要教师紧跟学科发展前沿，及时更新教学内容，兼顾基础性与前沿性。

思想政治教育元素贯穿整个教学环节。从数字图像处理的发展历史，引导学生了解我国科学家所做的贡献和最新研究成果，增强学生的民族自信、文化自信;在课程内容的数学理论知识介绍中，强调严谨的科学态度、严密的逻辑思维能力。同时，考虑到数学、统计学等理科专业大四学生的特点：数学理论基础较好，理论分析能力较强，但缺乏实践创新能力。特别是要增加面向应用的实践案例，强调溯源穷流，探究问题的本源，进一步训练学生的科学思维，铸造学生解决复杂应用问题的工匠精神，并通过小组协作，培养学生的职业态度、职业意识、团队合作的创新创业能力，为他们即将步入社会做好知识、精神上的储备。

三、课程思政教学实践

图像变换这节的主要内容是讲述傅里叶变换、小波变换等基本变换。授课中通过七巧板、盲人摸象等形象生动的实例，引入变换的思想，启发学生对变换的理解，引导学生思考变换所蕴含的哲学思想。

（一）教学内容1：变换的思想

首先，以七巧板为例，七块不同形状的基本单元，通过不同形式组合，可构造多种多样的物体，从而说明变换的目的是带来新事物、新思想。新事物寓意了创新，暗示了拓展思路。徐悲鸿说过：“道在日新，艺亦须日新，新者生机也;不新则死。”中国制造的核心是创新，科技兴国的关键是科技创新。培养学生的创新意识，不仅关系到教学质量，更关系到新世纪年轻人才的素质，关系到我们的“强国梦”。

然后，以盲人摸象为例。千百年来，盲人摸象因以点带面、以偏概全而落下笑柄，但我们要用辩证唯物主义的思想来看待这个问题。从正面来讲，这是哲学中认识论的问题，人们对世界的认识是带有片面性和局限性的，看问题时如果单凭自己的主观臆测便做出判断，则不能了解事物的整体面貌，从而导致认识缺失，对世界的认识出现偏差。反面来说，寓言故事中的盲人所摸到的都只是大象的一部分，可是他们却将自己摸到的部分当作大象的整体，根本没有弄清部分和整体之间的关系，这便出现只见树木不见森林、以点代面、以偏概全的局面。人对世界的认识总是片面的、有限的，就像“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”，即使我们跳出庐山之外，也很难看见庐山的全貌，而只能“俯瞰”“仰止”等，因此，人对世界的认识很大程度上就是“盲人摸象”。从哲学意义上考虑，大象就好像真理，盲人摸象的过程就像人类探索真理的实践活动，摸象的盲人虽没有触摸到大象的全部，但也体现了从不同的角度分析问题的辩证思想。变换则是从不同的视角分析信号。虽然在某种变换下我们只能触摸到真理的部分，但通过不同角度的综合分析，一定能从全局上对事物有整体的认识和把握。因此，就变换而言，没有最好，只有最合适的。这如同在社会主义建设中党和人民历经千辛万苦，付出巨大代价，探索出新时代中国特色社会主义理论体系。这是党和人民实现中华民族伟大复兴的正确理论，这对我们新中国来说是最好、最合适的。

（二）教学内容2：时频窗的测不准原理

在分析信号时，我们希望得到具有较高时间分辨率的信号，也希望信号的频率分辨率尽可能高。但测不准原理告诉我们，同时具有最好的时间和频率分辨率是达不到的，需要在两者之间有所取舍。这如同鱼与熊掌不可兼得。孟子曰：“鱼，我所欲也，熊掌，亦我所欲也;二者不可得兼，舍鱼而取熊掌者也。生亦我所欲也，义亦我所欲也;二者不可得兼，舍生而取义者也。生亦我所欲也，所欲有甚于生者，故不为苟得也。”汉朝的苏武被扣于匈奴，他不受名利引诱，不屈严刑威胁，大义凛然，宁死不屈;革命英雄董存瑞，舍身炸碉堡。他们都在舍生而取义。

在今天的和平环境中，我们虽不致牺牲生命，但“舍生取义”并非离我们而去。“舍生”已不限于舍弃生命，也包括与生命同等重要的个人利益。“取义”业已不限于正义，而是包括正义在内的一切公益。这种意义上的舍生取义，虽不像先前的义士、烈士那般气壮山河，但却是不可低估的一朵火花。排雷英雄杜富国，“你退后，让我来”，六个字铁骨铮铮，用生命奏响时代强音，以“生命担当使命”的革命英雄气概，在新时代伟大征程中吹响冲锋号角。时代呼唤这种勇于奉献、“舍小我而利公，行大道而忘我”的精神。只有这种精神在每个人心中牢牢地扎根，我们的国家才有希望，我们的民族才能崛起。

（三）教学内容3：傅里叶变换

1807年，傅里叶在研究热传导方程时，得出一个结论：“任何连续周期信号都可以由一组适当的正弦曲线组合而成。”但此结论受到著名科学家拉格朗日的质疑。1807年，他再次修改文章并提交，但还是遭到了拒绝。傅里叶坚持不放弃，秉着精益求精的科学态度，对论文进行不断的修改，直到1822年，所著作的《热的解析理论》才被科学家所认可、接受。这部经典著作影响了整个19世纪分析严格化的进程，在数学史乃至科学史上被公认为是一部划时代的经典性著作。通过傅里叶的这个实例，引导学生在科研、工作生活中都要有坚持不懈的精神。2021“感动中国”人物、61岁的重庆市巫山县竹贤乡下庄村村委会主任毛相林，43年坚守偏远山村，坚持苦干实干，带领村民用最原始的方式在悬崖峭壁上凿石修道，历时7年铺就了一条8千米的“绝壁天路”。“骐骥一跃，不能十步;驽马十驾，功在不舍;锲而舍之，朽木不折，锲而不舍，金石可镂。”我们可能没有骐骥的力量，但是一定要拥有驽马锲而不舍、坚持到底的精神。

（四）教学内容4：小波变换的多尺度分析

小波变换是沿着傅里叶变换的道路发展起来的，目前被广泛应用到信号处理、医学、工业等各个领域。小波变换通过多尺度分析的思想，对复杂的观察事物进行逐步分解，得到不同尺度、不同空间上的细节，从而得到对于物体更全面、细致的描述。同傅里叶变换类似，小波变换强调了分析问题的科学思想。但不同的是，小波變换更强调对细节的描述。细节决定成败。细节看似普通，却十分重要。每一颗普通的、细小的螺丝钉，对整台机器、整个汽车、飞船等的正常运转起到了至关重要的作用。因此，我们要向雷锋同志学习，在自己的岗位上“做一颗永不生锈的螺丝钉”。

做好一颗螺丝钉，我们要追求细节，秉承认真、细致、严谨的科学态度对待工作，把小事做细、把细事做透，通过细节铸就大国工匠。工匠精神是重细节、追求完美、一丝不苟、精益求精的精神。历代精美的陶瓷、玉器，都是我国古代工匠们精心烧制、雕琢而成的，是他们对细节完美追求的体现。在现代机械工业，尤其是智能工业中，同样对细节和精度有着十分严格的要求。工匠从细处见大，在细节上没有终点。2015年，中央电视台播出《大国工匠》纪录片，讲述了24位大国工匠的动人故事。大国工匠，匠心筑梦。彭祥华，能够把装填爆破药量的呈送控制在远远小于规定的最小误差之内;高凤林，我国火箭发动机焊接第一人，能把焊接误差控制在0.16毫米之内，并且将焊接停留时间从0.1秒缩短到0.01秒;胡双钱，中国大飞机项目的技师，仅凭他的双手和传统铁钻床，仅用1个小时，完成了36个大小为0.24毫米的高精度零部件;“大国工匠”徐立平，从1987年参加工作以来，就从事着极其危险的航天发动机固体动力燃料药面微整形工作，被称为“在炸药堆里上班”。这些大国工匠令人感动的地方之一，他们在自己平凡的岗位中追求完美与极致，视技术为生命，他们一丝不苟、精益求精的崇高的敬业精神就是他们对精度的要求。我们要弘扬工匠精神。

做好“螺丝钉”，意味着增强大局意识。螺丝钉的价值意义建立在整台机器正常运转的基础上，脱离了这个前提，螺丝钉就难以实现自身价值。因此，我们要跳出个人局限，着眼大局，服从大局，为整体利益而努力奋斗，确保社会主义事业顺利进行，为中华民族的伟大复兴贡献自己的一份力量，坚持把小事放到大业、小节放到大局之中加以把握。空军首批无人机飞行员李浩，祖国哪里有需要，就义无反顾地“钉”到哪里去。2011年，47岁“高龄”的李浩主动请缨改装，不顾荒漠戈壁的恶劣环境，毅然参加无人机部队，重走“学飞”的长征路，自我革命，精益求精。改装无人机以来，他先后主导突破了多项重大技术难题，发现解决无人机各类问题缺陷20余项。我们看到了“个人服从整体，对岗位不挑不拣，忠于职守”的螺丝钉精神。如果说响应国家号召、服从组织安排需要的更多是忠诚和勇气的话，那么，真正做到干一行爱一行、专一行精一行，需要的却是百倍的责任和毅力。为了尽快达到“人机合一”的境界，李浩不顾“高龄”，重走“学飞”的长征路，这场刀刃向内的自我革命无疑是痛苦的，其中的艰辛难以言表。但也正是有了这种“放到哪里哪里亮”的“螺丝钉精神”，让他克服了改装路上的艰难险阻，实现一个又一个的不可能。教师要倡导学生向李浩学习，敬业精业，为国家建设做好“螺丝钉”。

四、结语

本文根据“知识传授”与“价值引领”相结合的“课程思政”教育理念，探讨了“数字图像处理”课程中“图像变换”单元的德育元素，通过实际案例、教学情境等将“德育元素”融入课程教学中。从学习效果来看，极大地引导了学生正确人生观、社会主义核心价值观的树立，培养了学生的科学思维、创新思维能力，也增加了他们对课程学习的兴趣和自信。综上，仅仅“图像变换”这一个教学单元，就可挖掘出从科学观到世界观的各种思想政治观点。由此可见，在教学过程中，在理工科课程中，通过精心准备、充分挖掘，思想政治教育也可以做到与课程的无缝对接，从而达到立德树人的目的。

参考文献

[1]高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J].中国高等教育，2017（1）：43-46.

[2]贺山明，王晓明，廖春发，等.新时代工科专业课程思政引入元素探讨[J].高教学刊，2021（9）：16-19.

[3]温潘亚.思政课程与课程思政同向同行的前提、反思和路径[J].中国高等教育，2020（8）：12-14.

[4]王斯敏.从文本到心灵：“让思政理论课始终冒着热气”[N].光明日报，2016-12-15.

[5]陆玲.“数字图像处理”课程思政教学探讨[J].科教导刊，2019，33（11）：120-121.

[6]于力，陈忠道.“新工科”背景下课程思政的案例设计与实施——以“数字图像处理”课程为例[J].工业和信息化教育，2021（3）：33-36+41.