研究性教學(xué)模式在光電圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用

郭焱　駱文

摘 要 本文深入探討了研究性教學(xué)模式的內(nèi)涵和特性，介紹了研究性教學(xué)在光電圖像處理教學(xué)改革中的應(yīng)用。實(shí)踐表明，開放研究性實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生對(duì)課程的基本概念有了深刻理解，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維及獨(dú)立分析解決實(shí)踐問題的能力。

關(guān)鍵詞 研究性教學(xué) 教學(xué)改革 光電圖像處理 創(chuàng)新能力

0 引言

《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》指出：高等教育要加快課程改革和教學(xué)改革，加強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性，重視實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力。高等教育要重視培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神，普遍提高大學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)。①②

光電圖像處理是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)課程，其課程安排一般分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。光電圖像處理技術(shù)作為信息技術(shù)類的新興學(xué)科，已廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，③④相對(duì)的廣泛的應(yīng)用也推動(dòng)著技術(shù)的高速發(fā)展，故這門課具有涉及內(nèi)容多，理論抽象難理解，運(yùn)算公式繁雜，側(cè)重實(shí)踐應(yīng)用等教學(xué)難點(diǎn)，這也使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式在這門課程中遇到越發(fā)明顯的局限性，教學(xué)改革越發(fā)迫切。其中特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革更需要使原本抽象、枯燥的物理概念變得直觀、生動(dòng)，使學(xué)生更易于接受和理解，從而有效提高課堂教學(xué)的質(zhì)量和效果。

本課題結(jié)合教學(xué)實(shí)際，將研究性教學(xué)模式應(yīng)用于光電圖像處理教學(xué)中，根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合重點(diǎn)內(nèi)容，合理設(shè)置開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)和學(xué)習(xí)。

1 研究性教學(xué)理念與特征

研究性教學(xué)理論最早起源于19世紀(jì)德國(guó)柏林大學(xué)，后由布魯納、施瓦布、皮亞杰等多位教育學(xué)家研究完善，越來(lái)越多的大學(xué)把其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。而近20年來(lái)我國(guó)許多高校也開始了此類教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用研究。⑤

不同于傳統(tǒng)的知識(shí)傳授型教學(xué)模式，研究性教學(xué)是研究性教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)相結(jié)合的一種新型教學(xué)模式，其強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主導(dǎo)作用，將科學(xué)研究的思維方法引入教學(xué)過(guò)程。⑥以問題為出發(fā)點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)研究的手段自主發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題，學(xué)生在自主探索學(xué)習(xí)實(shí)踐的過(guò)程中，吸收知識(shí)，解決問題，獲取經(jīng)驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、實(shí)踐力和創(chuàng)新精神。

雖然目前研究性教學(xué)還沒有在學(xué)術(shù)界一致認(rèn)可的定義，但各方表述的研究性教學(xué)都具備以下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：⑦

（1）問題性。區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)，研究性教學(xué)模式是以問題為起點(diǎn)，在解決問題的過(guò)程中再發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，故問題又是生長(zhǎng)點(diǎn)，這也是教學(xué)由以教師教授知識(shí)為主的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯啃越虒W(xué)的關(guān)鍵。故在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師首先要有意識(shí)地合理設(shè)計(jì)相關(guān)問題引發(fā)學(xué)生的關(guān)注討論，并在解決這一問題過(guò)程中還可滋生出下一個(gè)相關(guān)問題，起到引發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的作用。

（2）探究性。探究性主要體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中以科學(xué)研究的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的接收掌握，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的過(guò)程中同時(shí)達(dá)到掌握這一過(guò)程中所需的知識(shí)點(diǎn)。這種探索研究性學(xué)習(xí)必然很大程度上鍛煉了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力。而這種模式學(xué)習(xí)過(guò)程有一個(gè)明顯的特點(diǎn)就是開放性學(xué)習(xí)環(huán)境，這在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常容易達(dá)到，而開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)也是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向。

（3）教師與學(xué)生地位的變化。在傳統(tǒng)教學(xué)中教師是傳授者的角色，學(xué)生是被動(dòng)接受知識(shí)，而研究性教學(xué)中教師更多的是以引導(dǎo)者身份出現(xiàn)，學(xué)生才是主體在自主解決問題?？梢赃@么說(shuō)在研究性教學(xué)中把學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程等同于科學(xué)家研究課題的過(guò)程，其是以學(xué)生發(fā)展為中心，主張師生交流互動(dòng)的教學(xué)。這與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向非常契合，改變傳統(tǒng)的教師制定實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生只是操作實(shí)現(xiàn)的模式，以學(xué)生為主體自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以解決問題，教師通過(guò)啟發(fā)引導(dǎo)等方法引導(dǎo)學(xué)生積極思考，查找資料，探究問題。這樣建立一種師生之間的良性互動(dòng)反饋交流式關(guān)系。

（4）實(shí)踐性。研究性教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維，其中動(dòng)力就是學(xué)生對(duì)探究的興趣，故在問題的設(shè)計(jì)上不可避免地需要從實(shí)際出發(fā)，和生活密切相關(guān)，能引起大部分學(xué)生的共鳴，引發(fā)討論，共同解決問題。這樣在提高學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成在生活中發(fā)現(xiàn)問題，并利用所學(xué)知識(shí)解決問題的思維方式，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)有很大幫助。故實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入研究性教學(xué)模式可以很好解決教育與實(shí)際相脫離的問題，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不再是對(duì)書本原理結(jié)論的驗(yàn)證。

2 研究性教學(xué)的應(yīng)用

本文以光電圖像處理課程為例說(shuō)明研究性教學(xué)模式在偏實(shí)踐應(yīng)用課程的可開展性和應(yīng)用價(jià)值。

（1）根據(jù)專業(yè)方向整合教學(xué)內(nèi)容。光電圖像處理屬于多門學(xué)科交叉，應(yīng)用范圍較廣并且技術(shù)發(fā)展快速的一門學(xué)科。其涉及前期基礎(chǔ)課程非常多，而它的前沿課題方向也比較廣，再加上課時(shí)有限的前提，這就給學(xué)生學(xué)習(xí)和老師教授都提出了要求。合理結(jié)合本專業(yè)學(xué)生就業(yè)和后期深入研究選擇合適的教學(xué)章節(jié)是非常必要的，對(duì)于工科專業(yè)學(xué)生，講授內(nèi)容包括數(shù)字圖像基礎(chǔ)、圖像增強(qiáng)技術(shù)、圖像恢復(fù)、圖像分割、前沿研究等內(nèi)容，利用matlab等軟件編程，弱化數(shù)學(xué)運(yùn)算推導(dǎo)，減少或舍棄掉與本專業(yè)較遠(yuǎn)的章節(jié)，比如圖像水印等。

（2）光電圖像處理課程不能是純理論教學(xué)必須側(cè)重實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。而以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多是刻板簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生編寫算法后驗(yàn)證處理效果，這樣的教學(xué)使得學(xué)生產(chǎn)生惰性，往往在實(shí)驗(yàn)課敷衍了事。針對(duì)這種現(xiàn)象提出以下改革方案，得到很好效果。其可將學(xué)生分組后從實(shí)際生活出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)備階段查閱相關(guān)資料，運(yùn)用已學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并在教師引導(dǎo)下制定實(shí)驗(yàn)步驟，在實(shí)驗(yàn)中針對(duì)遇到的問題交流討論，并對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正以達(dá)到解決問題的目的，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行分析。這一過(guò)程激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的獨(dú)立思考分析能力，幫助學(xué)生把書本理論和實(shí)際生活有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。比如在圖像增強(qiáng)技術(shù)類實(shí)驗(yàn)中學(xué)生針對(duì)自己的實(shí)際生活提出過(guò)“美顏人物圖像處理”這一實(shí)驗(yàn)課題，在利用課堂中學(xué)習(xí)的平滑和銳化知識(shí)點(diǎn)后，結(jié)合matlab編程軟件分析并解決了問題。而同時(shí)就進(jìn)一步產(chǎn)生完善處理效果的想法，提出針對(duì)圖像做前期面部識(shí)別，這正好引出屬于前沿研究的面部識(shí)別這一知識(shí)點(diǎn)，而教師再做講解的時(shí)候，學(xué)生的興趣和主觀能力性都明顯有了提高。

（3）教學(xué)方法改革的同時(shí)教學(xué)考核方法也需要同步進(jìn)行改革。傳統(tǒng)教學(xué)卷面考核方法更多的是針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的熟練掌握程度的考查，而不是對(duì)實(shí)踐綜合能力的考查，所以已經(jīng)不能滿足于改革后的教學(xué)要求。針對(duì)這一點(diǎn)，我們提出在傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)的基礎(chǔ)上加入實(shí)踐課題成績(jī)，三者比例為2：4：4，其中實(shí)踐課題成績(jī)以課題匯報(bào)答辯方式得出。這一考核方法得到了學(xué)生的熱烈響應(yīng)，也從另一側(cè)面?zhèn)鬟f了重實(shí)踐能力輕應(yīng)試教育的改革思想。

3 總結(jié)

本文通過(guò)研究性教學(xué)模式的深入探討，討論了研究性教學(xué)在圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用。其結(jié)合Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多功能可擴(kuò)展性，變抽象為具體，實(shí)現(xiàn)了宏觀和微觀間的相互轉(zhuǎn)換，改善了教學(xué)手段，優(yōu)化了教學(xué)方法，同時(shí)大力促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、獨(dú)立地分析解決工程實(shí)踐問題的能力得到培養(yǎng)與提高。這種對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革利于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，重視學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，更有利于提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。

注釋

① 何云峰.大學(xué)“研究性教學(xué)”的發(fā)展路向及模式建構(gòu)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2009（10）：81-83.

② 汪勁松等.實(shí)施研究性教學(xué)，推進(jìn)創(chuàng)新性教育[J].中國(guó)高等教育，2003（6）.

③ 楊帆.數(shù)字圖像處理與分析[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

④ 彭真明.光電圖像處理及應(yīng)用[M].電子科技大學(xué)出版社，2013.

⑤ 李衍達(dá).對(duì)推行研究性教學(xué)的實(shí)踐與思考[J].中國(guó)高等教育，2008（10）.

⑥ 劉智運(yùn).論高校研究性教學(xué)與研究性學(xué)習(xí)的關(guān)系[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2006（2）.

⑦ 韋寶平.創(chuàng)新教育視角下的研究型教學(xué)[J].江蘇高教，2003（4）：85.