“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革實(shí)踐

劉忠艷?周波?車(chē)向前

摘要：數(shù)字圖像處理技術(shù)是一種發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛的新興技術(shù)，就“數(shù)字圖像處理”課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法、教學(xué)理論和實(shí)踐等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，提高了教學(xué)質(zhì)量，收到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；教學(xué)手段；實(shí)踐

作者簡(jiǎn)介：劉忠艷（1975-），女，黑龍江依安人，黑龍江科技學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，副教授；周波（1963-），男，黑龍江綏化人，黑龍江科技學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，教授。（黑龍江?哈爾濱?150027）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）20-0059-02

一、“數(shù)字圖像處理”概述

數(shù)字圖像處理技術(shù)是集微電子學(xué)、光學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的一門(mén)綜合性邊緣技術(shù)。[1，2]是當(dāng)今信息社會(huì)中發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛的新興科學(xué)技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)廣泛應(yīng)用到通信、計(jì)算機(jī)、交通運(yùn)輸、軍事、醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像處理的技術(shù)和理論不斷完善和豐富，新的理論、技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，并逐漸進(jìn)行應(yīng)用。面對(duì)這樣一門(mén)理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生常常會(huì)遇到很多問(wèn)題，既為數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用的廣泛前景所吸引，也時(shí)常對(duì)課程的抽象理論感到苦惱，漸漸失去學(xué)習(xí)興趣。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，勢(shì)在必行。經(jīng)過(guò)兩年半的教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了一定的教學(xué)效果。

二、教學(xué)改革措施

為了提高“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，對(duì)本門(mén)課程進(jìn)行改革，采取以下措施：

1.整合教學(xué)內(nèi)容

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)也得到快速發(fā)展。近幾年來(lái)，有很多新的應(yīng)用點(diǎn)和研究涌現(xiàn)出來(lái)，在“數(shù)字圖像處理”課程中加入新技術(shù)的介紹，對(duì)于學(xué)生了解國(guó)際的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)，盡快地投入相應(yīng)的研究與應(yīng)用中去大有益處。許多新的技術(shù)和算法層出不窮，如小波變換技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維測(cè)量和重建等新技術(shù)，而且這些新技術(shù)應(yīng)用非常廣泛。所以，在教學(xué)中既要向?qū)W生講述基本原理和方法，也要把這些新技術(shù)和新算法傳授給學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟科學(xué)發(fā)展的腳步。由于圖像處理已在生物醫(yī)學(xué)工程、航空和航天、通信工程和軍事安全等方面獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此爭(zhēng)取在課程結(jié)束時(shí)，大家對(duì)遙感圖像壓縮、生物特征識(shí)別等應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行課外深入，并撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告一篇，鍛煉學(xué)生書(shū)寫(xiě)總結(jié)報(bào)告的能力。

2.改革教學(xué)手段和方法，提高教學(xué)質(zhì)量

“數(shù)字圖像處理”是一門(mén)利用計(jì)算機(jī)解決圖像處理的學(xué)科。然而，現(xiàn)代多媒體計(jì)算機(jī)中又廣泛采用了數(shù)字圖像處理技術(shù)。并且，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展和教學(xué)條件的提高，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，借助計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)勢(shì)在必行。在課堂教學(xué)中使用多媒體課件，為形象生動(dòng)的實(shí)例演示提供了必要的保證，因此開(kāi)發(fā)了CAI課件，同時(shí)也可以借助一些圖像處理軟件在課堂演示，使學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理的基本理論和方法更好地理解，學(xué)習(xí)興趣更高。通過(guò)課件直觀、生動(dòng)的演示，把復(fù)雜問(wèn)題變簡(jiǎn)單、抽象問(wèn)題變具體，大大地提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

同時(shí)，為了使學(xué)生更好地理解理論知識(shí)和擴(kuò)展思路，在每次課的教學(xué)中留出15分鐘左右的時(shí)間讓學(xué)生針對(duì)所講的圖像處理技術(shù)自由分組討論，發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，增強(qiáng)對(duì)每一次講課內(nèi)容的理解。還可以針對(duì)某一個(gè)主題，學(xué)生提前預(yù)習(xí)該主題所涉及的內(nèi)容，然后進(jìn)行課堂討論。如針對(duì)“圖像增強(qiáng)”這一主題，學(xué)生提前預(yù)習(xí)，在課堂上對(duì)常用的增強(qiáng)的方法進(jìn)行討論，并由老師及時(shí)總結(jié)，使學(xué)生深入理解圖像增強(qiáng)的實(shí)質(zhì)。

3.將科研成果引入教學(xué)中，拓寬視野

在“數(shù)字圖像處理”教學(xué)中，除了圍繞基本理論和概念講解外，更注重將科研成果及圖像處理技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)滲透到教學(xué)中，使學(xué)生拓寬視野，激起興趣，并能主動(dòng)學(xué)習(xí)。

教師將自己的科研成果和相關(guān)的新技術(shù)引入課堂向?qū)W生講授，這不僅豐富了課程內(nèi)容，還有利于提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。[3]同時(shí)，也有助于拓展本門(mén)課程學(xué)習(xí)的深度與廣度，提高教學(xué)質(zhì)量。例如在講授“圖像復(fù)原”這一章時(shí)，將科研項(xiàng)目“基于多視幾何的三維數(shù)字掃描關(guān)鍵技術(shù)研究”、“基于多視幾何的三維重建系統(tǒng)研究”等結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室觀看“三維測(cè)量機(jī)”實(shí)驗(yàn)儀器以及演示三維重建系統(tǒng)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，拓展理論知識(shí)和視野。

4.理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高創(chuàng)新能力

在教學(xué)過(guò)程中，不但把“數(shù)字圖像處理”課程的基本理論、基本概念講清楚外，更注重理論的應(yīng)用，可以結(jié)合該學(xué)科領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)問(wèn)題和應(yīng)用問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力，同時(shí)也拓寬知識(shí)面。在課堂上采用啟發(fā)式教學(xué)，對(duì)新理論、新算法產(chǎn)生的原因、過(guò)程重點(diǎn)講述，也就是將科學(xué)家的思維過(guò)程傳輸給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。[4-7]對(duì)一些典型算法，先介紹這些算法的原理，掌握這個(gè)算法的原理后，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的編程能力和創(chuàng)新能力，可以利用Matlab和VC++開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法，并應(yīng)用來(lái)處理圖像，重視理論和實(shí)踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力。如：可以用該算法來(lái)提取圖像的邊緣，利用小波變換重建物體等，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)際問(wèn)題的解決中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。同時(shí)，除了理論教學(xué)外，更注重實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，除了圍繞課程理論而設(shè)計(jì)的、以驗(yàn)證理論為主要目的的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)外，還開(kāi)設(shè)了綜合性的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。綜合性的實(shí)驗(yàn)可以訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，符合學(xué)校的“實(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、高能力”的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。

5.開(kāi)發(fā)課程網(wǎng)站，方便學(xué)生

當(dāng)今時(shí)代是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，而且為了方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，學(xué)校建設(shè)了“數(shù)字圖像處理”網(wǎng)站。該課程網(wǎng)站的內(nèi)容十分豐富，有教學(xué)課件、教材與參考書(shū)、習(xí)題及答案、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、教學(xué)錄像、教學(xué)改革報(bào)告、師資隊(duì)伍介紹、聊天等，并根據(jù)需要適時(shí)更新網(wǎng)站內(nèi)容。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)站進(jìn)行學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，通過(guò)聊天可以與老師、同學(xué)交流問(wèn)題等。網(wǎng)站的建設(shè)有助于加強(qiáng)師生之間的信息交流。響應(yīng)了學(xué)校大學(xué)建設(shè)中，教師由“教學(xué)型”向“教學(xué)服務(wù)型”轉(zhuǎn)型的要求。同時(shí)，該網(wǎng)站也對(duì)外開(kāi)放，其他高校的師生也可以瀏覽該網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)了高校之間的資源共享。

6.強(qiáng)化師資隊(duì)伍，提高能力

當(dāng)今社會(huì)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)提倡應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授和實(shí)踐能力相結(jié)合。因此，要求教師應(yīng)該具有深厚的專業(yè)知識(shí)和高深的職業(yè)技能。學(xué)校加強(qiáng)現(xiàn)有教師的培訓(xùn)，讓他們積極參加工程實(shí)踐方面的培訓(xùn)，參加技術(shù)創(chuàng)新方面的研究以及到企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)等。如定期派教師到企業(yè)里進(jìn)行3～6個(gè)月的培訓(xùn)、派教師去參加一些學(xué)術(shù)交流和研討會(huì)等，來(lái)擴(kuò)充知識(shí)面和提高實(shí)戰(zhàn)能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

“數(shù)字圖像處理”課程在教學(xué)中起著承上啟下的作用，與其他專業(yè)課程之間存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系。因此針對(duì)本門(mén)課程的重要作用，在教學(xué)過(guò)程中，提出了改進(jìn)的方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新能力，這在信息與計(jì)算科學(xué)的專業(yè)“重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)模式中顯得尤為重要。本文根據(jù)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，集合“數(shù)字圖像處理”課程的具體特點(diǎn)，提出了一系列教學(xué)改革的內(nèi)容和方法。經(jīng)過(guò)兩年半教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，取得了階段性的教學(xué)效果。以后會(huì)繼續(xù)隨著技術(shù)的發(fā)展，改革各項(xiàng)內(nèi)容。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）