應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的機(jī)器視覺研究型課程建設(shè)

相入喜　吳峰　蔣小燕　趙泓揚(yáng)　湯毅

【摘 要】隨著工業(yè)4.0時(shí)代的來臨，傳統(tǒng)的制造業(yè)逐漸向智能化發(fā)展，智能化是傳統(tǒng)制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。機(jī)器視覺課程與制造業(yè)的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系，其課程建設(shè)與課程研究密不可分。本文基于教學(xué)、生產(chǎn)和科研三者的緊密聯(lián)系，提出建設(shè)和調(diào)整機(jī)器視覺課程新的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核機(jī)制等方面研究，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺研究型課程的建設(shè)，達(dá)到培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代應(yīng)用創(chuàng)新型本科優(yōu)秀人才的目的。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺；研究型教學(xué)；課程建設(shè)；應(yīng)用創(chuàng)新型

0 背景

2013年德國(guó)提出的工業(yè)4.0，用于提升本國(guó)制造業(yè)的智能化水平，為德國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力持續(xù)領(lǐng)先奠定理論基礎(chǔ)；隨著我國(guó)向生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，政府于2014年提出中國(guó)版的工業(yè)4.0-中國(guó)制造2025，為我國(guó)制造業(yè)的智能化發(fā)展指明理論方向。智能化是傳統(tǒng)制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，機(jī)器視覺是制造業(yè)智能化的關(guān)鍵。為了適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展和機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用人才的需求不斷增加。為此，根據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新型本科人才培養(yǎng)模式的特點(diǎn)，改革現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和方法，結(jié)合最新教學(xué)手段和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)代化，提高學(xué)生整體素質(zhì)，全面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)[1]。

1 機(jī)器視覺課程建設(shè)

當(dāng)今機(jī)器視覺課程開設(shè)的高校較少，本科階段開設(shè)的更少。主要在于該課程是一門交叉課程，需要學(xué)生掌握多門相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，如圖像處理、模式識(shí)別、圖像處理、傳感器、光學(xué)成像、計(jì)算機(jī)等。根據(jù)光電信息工程專業(yè)的培養(yǎng)方案和適應(yīng)長(zhǎng)三角地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我系開設(shè)了這門與制造企業(yè)密切相關(guān)的課程—機(jī)器視覺。

當(dāng)前機(jī)器視覺教學(xué)過程中主要存在以下幾個(gè)突出的教學(xué)問題：1）注重教材知識(shí)點(diǎn)的講解，忽略與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合；2）注重教師為中心，忽略學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的發(fā)展；3）注重傳統(tǒng)教學(xué)建設(shè)，忽略網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下的教學(xué)建設(shè)。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，適應(yīng)地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我院在應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下進(jìn)行機(jī)器視覺研究型課程教學(xué)改革[2]。

研究型教學(xué)課程建設(shè)以全面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力為目標(biāo)，以教師為輔，學(xué)生為主，自主研究性學(xué)習(xí)為手段，全面提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。為了實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)課程建設(shè)的目標(biāo)，需要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行有效的改革[3]。

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

機(jī)器視覺是人工智能快速發(fā)展的一個(gè)重要分支，也是產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵。為了適應(yīng)長(zhǎng)三角地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)器視覺課程內(nèi)容進(jìn)行有效的改革，增加與地方產(chǎn)業(yè)相適應(yīng)的內(nèi)容，為此需從不同產(chǎn)業(yè)獲取經(jīng)典的實(shí)際案例講解，將所講內(nèi)容蘊(yùn)含在實(shí)際案例中。實(shí)際教學(xué)過程中，其內(nèi)容主要涉及5個(gè)部分：

1）機(jī)器視覺的基本概念

包括機(jī)器視覺的背景、應(yīng)用、發(fā)展歷史、主要組成和機(jī)器視覺分類方法以及發(fā)展趨勢(shì)，使學(xué)生了解機(jī)器視覺研究的內(nèi)容和未來發(fā)展的趨勢(shì)，掌握機(jī)器視覺的基本方法和基本原理。

2）機(jī)器視覺的硬件技術(shù)

涉及機(jī)器視覺的硬件：鏡頭技術(shù)、攝像機(jī)技術(shù)、光源技術(shù)、采集技術(shù)以及相機(jī)的標(biāo)定技術(shù)，使學(xué)生了解機(jī)器視覺的基本硬件的原理，從而為機(jī)器視覺的進(jìn)一步應(yīng)用提供必須的基礎(chǔ)。

3）圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)是機(jī)器視覺中的關(guān)鍵，為進(jìn)一步處理提供有利的保證。主要涉及到圖像增強(qiáng)、圖像分割和圖像的配準(zhǔn)等內(nèi)容，使學(xué)生掌握機(jī)器視覺中所用到的圖像處理的基本知識(shí)和基本原理。

4）模式識(shí)別技術(shù)

模式識(shí)別是機(jī)器視覺中一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是機(jī)器視覺中能面向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵，這部分內(nèi)容主要涉及到分類的一些知識(shí)：如最近鄰分類、Fisher分類、貝葉斯分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等分類法，使學(xué)生掌握分類中一些基本方法和一些基本理論，同時(shí)了解一些當(dāng)前比較熱模式識(shí)別技術(shù)如深度學(xué)習(xí)等內(nèi)容。

5）基于機(jī)器視覺的實(shí)際案例

面向?qū)嶋H應(yīng)用，設(shè)計(jì)相關(guān)所學(xué)內(nèi)容的演示和課后完成的實(shí)際實(shí)踐內(nèi)容，使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)到的機(jī)器視覺的一些基本知識(shí)和基本原理實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的來源生產(chǎn)中的一些應(yīng)用，為將來就業(yè)提供一些有效的經(jīng)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)是機(jī)器視覺研究型課程的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)讓學(xué)生感興趣并且貼近企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)有利于研究型課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所學(xué)內(nèi)容的需要，設(shè)計(jì)幾個(gè)有代表性的且切近生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，如傘齒輪上缺陷的檢測(cè)和分類，潤(rùn)滑油品質(zhì)檢測(cè)和彩虹工件尺寸測(cè)試等實(shí)驗(yàn)。

1.3 教學(xué)手段設(shè)計(jì)

對(duì)于研究型課程來說，課程所涉及到的實(shí)驗(yàn)或者課后作業(yè)一般很難在有限的課堂時(shí)間內(nèi)完成，因此學(xué)生需要學(xué)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料、了解實(shí)驗(yàn)或課后作業(yè)的目的，不斷通過發(fā)現(xiàn)問題，提出問題和解決問題，全面提高自身創(chuàng)新能力。所設(shè)實(shí)驗(yàn)或課后作業(yè)都是來源生產(chǎn)實(shí)際，因此是若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)的融合所形成。在實(shí)踐過程中規(guī)定了教學(xué)目標(biāo)、方法和實(shí)踐步驟以及評(píng)價(jià)方法。一般是要求學(xué)生分組完成，并且分階段討論匯報(bào)，在反思中不斷改進(jìn)所用的方法，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，同時(shí)也在不算提高自己的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力[4]。

對(duì)于課堂教學(xué)，實(shí)施以學(xué)生為中心，教師為輔的教學(xué)模式。教師只講解與實(shí)際案例相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，以任務(wù)的形式引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊做，通過分組合作的形式完成。教師主要引導(dǎo)學(xué)生，以提問題開始，以解決問題結(jié)束，隨著任務(wù)不斷完成，學(xué)生也逐漸學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法。通過這種任務(wù)式的教學(xué)，學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)，師生互動(dòng)，學(xué)生從被動(dòng)到主動(dòng)，從機(jī)械思維到創(chuàng)新思維的有效轉(zhuǎn)變。

為了適應(yīng)當(dāng)代大學(xué)生的上課注意力時(shí)間短的特點(diǎn)，開發(fā)和完善網(wǎng)絡(luò)課程和移動(dòng)平臺(tái)課程建設(shè)。通過這些平臺(tái)，把上課內(nèi)容和參考的內(nèi)容等教學(xué)資源上網(wǎng)免費(fèi)開放，使得學(xué)生可以在空閑時(shí)間自主選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容，完善了正常上課教學(xué)的不足，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

1.4 考核設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的考核機(jī)制就是考試加上平時(shí)成績(jī)，大大制約了課程教學(xué)的發(fā)展。為了進(jìn)步提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和分析問題、解決問題的能力，需要對(duì)現(xiàn)有的考核機(jī)制進(jìn)行改革，除了保留現(xiàn)有的考核方式，但大大降低了他們所占的比例，增加項(xiàng)目小組口頭報(bào)告和小組之間互評(píng)成績(jī)，這兩部分各占總分的10%?？陬^報(bào)告根據(jù)學(xué)生討論內(nèi)容和討論深度給予成績(jī)，小組之間互評(píng)根據(jù)各個(gè)小組的互評(píng)成績(jī)的平均成績(jī)作為小組的成績(jī)。這樣的考核可以有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力[5]。

2 結(jié)語

本文根據(jù)中國(guó)制造2025和應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的培養(yǎng)目標(biāo)，研究了機(jī)器視覺研究性課程的教學(xué)改革，提出了新的研究性課程改革方案，增加與地方產(chǎn)業(yè)密切聯(lián)系的課程研究?jī)?nèi)容，改善了教學(xué)方式，改革傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增加了學(xué)生分析問題，解決問題的能力。最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺研究型課程建設(shè)，達(dá)到培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代應(yīng)用創(chuàng)新型本科優(yōu)秀人才的目的。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]