課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐

摘 要：國(guó)內(nèi)外高校越來(lái)越重視學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，提高課堂教學(xué)效率是一個(gè)重要途徑。對(duì)此，教師在數(shù)字圖像處理課程中可引入工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，合理安排課后延伸內(nèi)容，以達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的目的，從而使學(xué)生獲得更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；教學(xué)改革；數(shù)字圖像處理

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2017）10-0025-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.10.013

一、引言

大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是高等教育教學(xué)改革的重點(diǎn)，是大學(xué)實(shí)行素質(zhì)教育的邏輯起點(diǎn)和價(jià)值歸宿[1]，如何提高學(xué)生創(chuàng)新能力成為各高校亟待解決的問(wèn)題。目前，主要解決辦法是：在第一課堂教學(xué)中要改進(jìn)教學(xué)方法，探索啟發(fā)式教學(xué)、討論教學(xué)、案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐等多種教學(xué)方法在專業(yè)教學(xué)中的適用情況，提高教學(xué)質(zhì)量；根據(jù)專業(yè)技術(shù)前沿更新教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)以學(xué)促教。另一方面，有效建設(shè)第二課堂，作為第一課堂的擴(kuò)展和延伸，對(duì)第一課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有益的補(bǔ)充，為學(xué)生的個(gè)性培養(yǎng)和能力發(fā)展提供一系列的渠道和平臺(tái)[2]。

可見(jiàn)，在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中，第一課堂是關(guān)鍵因素，第二課堂是第一課堂的擴(kuò)展和延伸。然而，目前多數(shù)高校都在改革學(xué)分制度，即減少學(xué)分，增加學(xué)生課程實(shí)踐、課外實(shí)習(xí)等比重。因此，如何在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率和增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力是我們高校教師教研的一個(gè)重要方向。接下來(lái)，將以我講授的數(shù)字圖像處理課程為例，淺談我在教學(xué)中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一些經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。

二、數(shù)字圖像處理課程現(xiàn)狀

目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，例如航空航天技術(shù)、通信工程、生物醫(yī)學(xué)、軍事公安、文化藝術(shù)等，幾乎涉及生活和工作的各個(gè)方面，可以說(shuō)它是目前信息科學(xué)中發(fā)展最快的研究熱點(diǎn)方向，也已經(jīng)成為高校信息類專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的一門課程。

然而，一方面，數(shù)字圖像處理課程從本質(zhì)上說(shuō)是一門研究數(shù)學(xué)算法的課程，學(xué)生面對(duì)抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題有畏難情緒；另一方面，數(shù)字圖像處理卻是研究生復(fù)試的重要課程和研究生將要研究的重要方向之一，而且，目前很多學(xué)科競(jìng)賽經(jīng)常要用到數(shù)字圖像處理的知識(shí)。

那么如何使抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題變得有趣；如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使得學(xué)生既能學(xué)會(huì)授課計(jì)劃中要求的數(shù)字圖像處理的概念、圖像空域和頻域處理、圖像復(fù)原、彩色圖像處理、圖像壓縮、圖像分割等算法的特點(diǎn)和原理，又能夠在面對(duì)新問(wèn)題的時(shí)候能夠自主進(jìn)行分析并解決問(wèn)題，這就要求我們合理設(shè)計(jì)我們的教學(xué)內(nèi)容，充實(shí)教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)既授之以魚(yú)，又授之以漁。

三、合理安排課程內(nèi)容

下面，將以圖像處理中“圖像增強(qiáng)-直方圖均衡化方法”為例，淺談我是如何實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)的。

（一）課程引入階段——激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

首先，在課程導(dǎo)入階段，我不是直接講述直方圖均衡化的概念，而是通過(guò)給出生活中實(shí)例引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

給出圖1和圖2所示兩幅圖，圖1是一幅霧霾中的拍攝的圖像，我們無(wú)法辨識(shí)其中的車牌號(hào)碼，這種天氣中應(yīng)如何進(jìn)行車牌識(shí)別呢？第2幅圖是一幅不清晰的CT圖，這樣的圖會(huì)影響醫(yī)生對(duì)病人病情的判斷。通過(guò)這些實(shí)例，讓學(xué)生感受到所學(xué)知識(shí)離我們的生活很近，而且作為工科專業(yè)，很重要的一點(diǎn)就是解決工程或生活中出現(xiàn)的問(wèn)題。

根據(jù)圖1和圖2，說(shuō)明圖像增強(qiáng)的目的，即將視覺(jué)上不清楚的圖片進(jìn)行處理，得到比較清楚的圖片。然后給出圖2根據(jù)所學(xué)知識(shí)，直方圖均衡化處理得到的新圖像（圖3），讓學(xué)生對(duì)課程將要講解的直方圖均衡化有一個(gè)較為形象的了解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）課程展開(kāi) ——引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法和專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題

在課程展開(kāi)部分，所要完成的不僅是教會(huì)學(xué)生直方圖均衡化的概念和原理，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生如何將待解決的圖像問(wèn)題，轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問(wèn)題，然后啟發(fā)學(xué)生從何入手構(gòu)造數(shù)學(xué)模型。

1.給出直方圖均衡化的概念，即通過(guò)對(duì)原圖像進(jìn)行某種變換，使原圖像的灰度直方圖修正為均勻分布的直方圖。

2.引導(dǎo)學(xué)生，從直方圖入手，即如何是原圖像的直方圖變換成均勻分布的直方圖，如圖4所示，這樣就將圖像的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成了數(shù)學(xué)問(wèn)題，使學(xué)生們真正覺(jué)得學(xué)可以致用，數(shù)學(xué)可以解決實(shí)際工程或生活中的問(wèn)題。

3.學(xué)生通過(guò)討論，分析，并在老師的指引下，得到原圖像灰度和新圖像灰度之間的變換函數(shù)之后，通過(guò)一個(gè)實(shí)例，例如僅包含8個(gè)灰度級(jí)的灰度圖像為例，將一幅灰度圖像利用均衡化處理得到一幅新圖像，此處的目的是讓學(xué)生利用得到的變換函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，可以加強(qiáng)對(duì)變換函數(shù)的理解，并且能夠盡快地進(jìn)行應(yīng)用。

4.通過(guò)實(shí)例，分析直方圖均衡化對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)的原因。這里我們主要目的是教會(huì)學(xué)生如何分析問(wèn)題，首先會(huì)提示學(xué)生從增強(qiáng)的概念入手，增強(qiáng)，即增加對(duì)比度。然后引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合變換函數(shù)分析，原圖像中哪些像素對(duì)比度變大，哪些像素對(duì)比度變小。

（三）課后作業(yè) —— 提高編程能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

首先要求學(xué)生根據(jù)上述實(shí)例，繪制程序流程圖，并編程實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化變換，流程圖在編程中是一個(gè)很重要但是目前很容易被學(xué)生忽視的步驟，然而繪制流程圖一方面可以更深刻理解算法含義，另一方面可以將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，編程實(shí)現(xiàn)時(shí)比較容易上手。

用編寫的直方圖均衡化程序，對(duì)圖1和圖2進(jìn)行處理，并分析處理結(jié)果。如果不能得到較好的結(jié)果，請(qǐng)分析原因，并鼓勵(lì)查閱文獻(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

四、結(jié)語(yǔ)

如何在課堂教學(xué)中提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，是我們高校教師教研的一個(gè)重要方向。在教師的授課中，精心安排每個(gè)教學(xué)內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新精神。當(dāng)學(xué)生遇到新的問(wèn)題時(shí)，知道從何入手進(jìn)行分析，如何用數(shù)學(xué)去解決圖像，以至其他工程領(lǐng)域的問(wèn)題。我們還要培養(yǎng)學(xué)生科研的嚴(yán)謹(jǐn)精神，要自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)算法，自己用程序?qū)崿F(xiàn)結(jié)果，當(dāng)結(jié)果和預(yù)想不一致時(shí)要認(rèn)真分析問(wèn)題所在，或當(dāng)結(jié)果并不理想時(shí)，要尋找問(wèn)題原因，嘗試創(chuàng)新。

圖像課程進(jìn)行改革之后，我們得到了很好的教學(xué)效果，一方面，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生更深刻體會(huì)到本專業(yè)的優(yōu)勢(shì)，更熱愛(ài)自己的專業(yè)。另一方面，學(xué)生所學(xué)知識(shí)能夠真正學(xué)以致用，提高了學(xué)習(xí)興趣，越來(lái)越多的學(xué)生在圖像方面的專業(yè)比賽中獲得優(yōu)異成績(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張曉萍.談?dòng)绊懘髮W(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教師因素[J].中國(guó)成人教育，2016（14）：84.

[2] 郭永芳，黃凱，張茜茜.第二課堂建設(shè)與學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2016（7）：5.