數(shù)字圖像處理課程的CDIO教學(xué)改革

萬(wàn)程

摘要：本文闡述了CDIO工程教育模式在數(shù)字圖像處理本科教學(xué)過(guò)程中的實(shí)施內(nèi)容與教學(xué)效果。對(duì)數(shù)字圖像處理面臨的問(wèn)題進(jìn)行分析；根據(jù)CDIO工程教育模式，對(duì)數(shù)字圖像處理課程教學(xué)提出改革方案；最后對(duì)教學(xué)改革的效果進(jìn)行了分析和評(píng)估。結(jié)果顯示，課程改革提高了教學(xué)質(zhì)量，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；CDIO工程教育；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）33-0113-02

數(shù)字圖像處理課程系統(tǒng)地教授數(shù)字圖像處理的基本理論和方法。通過(guò)本課程教學(xué)，不僅使學(xué)生在數(shù)字圖像處理的理論和方法方面掌握正確的概念，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)抽象、邏輯思維能力，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)觀。

CDIO工程教育是指將構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，是國(guó)際工程教育界的最新研究成果。CDIO工程教育是以工業(yè)界中的從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)作為周期的模式理念，使學(xué)生從傳統(tǒng)的被動(dòng)接受的模式，到主動(dòng)性的、實(shí)踐性強(qiáng)的方式來(lái)學(xué)習(xí)工程。CDIO探索了特定工科專(zhuān)業(yè)課程的CDIO教學(xué)模式，避免了專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中的所謂孤島效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字圖像處理課程以工程為背景，在做中學(xué)、在學(xué)中做的教學(xué)模式改革。

數(shù)字圖像處理課程具有如下特點(diǎn)：課程體系的學(xué)科交叉性強(qiáng)；課程的實(shí)踐性、推理性強(qiáng)；內(nèi)容更新速度快?；贑DIO模式的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)主動(dòng)性和動(dòng)手實(shí)踐能力。該課程的改革將使學(xué)生能夠真正掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)，從而適應(yīng)電子信息工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展需要。

一、數(shù)字圖像處理本科課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

數(shù)字圖像處理技術(shù)一直是全球研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，相關(guān)人才始終存在短缺的問(wèn)題。為了使所培養(yǎng)的電子信息工程高層次復(fù)合型人才能夠掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)，南京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院面向本科生開(kāi)設(shè)了32學(xué)時(shí)的數(shù)字圖像處理課程以及20學(xué)時(shí)的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)課程。但在教學(xué)過(guò)程中存在著教學(xué)內(nèi)容陳舊、課堂教學(xué)方式單一、教學(xué)實(shí)踐過(guò)程欠缺、課程考核方式不夠合理等問(wèn)題。

首先，教學(xué)內(nèi)容陳舊。數(shù)字圖像處理是一門(mén)應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)選修課，其教學(xué)內(nèi)容需要緊跟數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，及時(shí)更新，課程中需要介紹最新的研究成果，與時(shí)俱進(jìn)，不能一份課件使用好幾年不更新，任課教師需要每年將新出現(xiàn)的技術(shù)適當(dāng)?shù)丶尤虢虒W(xué)內(nèi)容。但任課教師往往對(duì)數(shù)字圖像處理的基本概念、圖像增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)非常強(qiáng)調(diào)，卻很少涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)的前沿問(wèn)題，使得學(xué)生所學(xué)到的數(shù)字圖像處理理論和技術(shù)較為陳舊，與時(shí)代脫節(jié)。

其次，教學(xué)方式單一，學(xué)生參與度低。目前數(shù)字圖像處理本科生課程教學(xué)仍然以教師講授為主，教學(xué)方式非常單一。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在課堂上始終被動(dòng)地接受知識(shí)，而不參與到教學(xué)過(guò)程中，會(huì)大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，從而影響了教學(xué)效果。教師也越來(lái)越難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使得非常偏向應(yīng)用的有趣的課程，課堂氣氛非常沉悶，學(xué)生理解到什么程度也很難把握，學(xué)生之間的差異性更是無(wú)從兼顧。

再次，教學(xué)實(shí)踐過(guò)程薄弱。數(shù)字圖像處理是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，但以前課程教學(xué)過(guò)程中不夠重視學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的提高，雖然安排了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要以編程實(shí)驗(yàn)為主，缺少需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)和研究的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使得學(xué)生自主性和參與性不足，被動(dòng)地完成編程題目，沒(méi)有融入自己的理解和思考，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想。

最后，考核方式單一。目前，數(shù)字圖像處理課程仍采用筆試的考核方式，期末考試成績(jī)占7成，平時(shí)出席情況占3成?？荚噧?nèi)容都是教師講授的書(shū)本知識(shí)，而沒(méi)有對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力的考核。這樣的課程考核方式會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只注重理論知識(shí)，對(duì)創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)很欠缺，學(xué)生沒(méi)有被充分地培養(yǎng)，也缺乏工程化的概念。

二、數(shù)字圖像處理的CDIO工程教學(xué)改革方案的提出

南京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院針對(duì)數(shù)字圖像處理課程教學(xué)所面臨的問(wèn)題，以CDIO工程教育的理念為指導(dǎo)，以課程教學(xué)改革和課程質(zhì)量提升為目標(biāo)，提出了四個(gè)方面的課程教學(xué)改革方案：

首先是教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整。按照數(shù)字圖像處理的三個(gè)組成部分對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，搭建了多層次的課程知識(shí)體系架構(gòu)，包括：圖像處理技術(shù)背景知識(shí)和視覺(jué)基本概念、圖像處理基本技術(shù)綜述、圖像分析。在原有的基本概念的基礎(chǔ)上，特別增加了前沿知識(shí)部分，主要包括兩大模塊，涉及有關(guān)“互聯(lián)網(wǎng)與智能圖像處理”的實(shí)際案例和醫(yī)學(xué)圖像處理發(fā)展前沿的內(nèi)容。

其次是教學(xué)方式的改變?，F(xiàn)今，新的教育方式層出不窮出，從傳統(tǒng)的教學(xué)方式過(guò)渡到MOOC課程、微課程、翻轉(zhuǎn)課堂等一系列新的模式，使學(xué)生從不同的角度和媒介獲得教育資源。數(shù)字圖像處理課程也引進(jìn)了微課和翻轉(zhuǎn)課堂，在教師的引導(dǎo)下不僅學(xué)習(xí)了書(shū)本知識(shí)，還充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，自己找答案、團(tuán)隊(duì)合作完成小課題、制作PPT進(jìn)行講解、接受老師和同學(xué)的提問(wèn)，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)的不足，從而不斷完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和熱情。

再次是教學(xué)實(shí)踐的改進(jìn)。為了提升實(shí)踐教學(xué)效果，數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)結(jié)合了CDIO工程教育的理念，對(duì)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了完善和改進(jìn)，縮減了指標(biāo)性的編程題，增加了設(shè)計(jì)性、研究性的實(shí)驗(yàn)題。學(xué)生需要對(duì)已學(xué)知識(shí)有比較深入的理解才能較好地完成。在此過(guò)程中，有的問(wèn)題僅僅是閱讀教科書(shū)是不夠的，學(xué)生需要查閱相關(guān)的資料，加深和拓寬對(duì)問(wèn)題的理解，以團(tuán)隊(duì)的形式，各自分工、匯總、討論，最終形成團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

最后是多元化的課程考核。為了對(duì)學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，數(shù)字圖像處理課程改變了課程考核方式。通過(guò)課堂用PPT講解知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例、團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)研究成果、課程大論文等方式進(jìn)行多元化的課程考核，能夠較全面地了解學(xué)生掌握知識(shí)、理解知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、展現(xiàn)能力和寫(xiě)作能力，給出客觀公正的課程得分。

三、數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革成效

通過(guò)將CDIO工程教育理念與南京航空航天大學(xué)電子信息學(xué)科的行業(yè)背景和特色相結(jié)合而提出的改革方案，使得數(shù)字圖像處理本科課程在教學(xué)內(nèi)容上緊跟時(shí)代的步伐，教學(xué)方式上更加靈活多樣，教學(xué)實(shí)踐上更是提升了學(xué)生探究的熱情，課程考核體系上得到了完善。從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)理解得更加透徹，并且有了自己的思考和實(shí)踐，比原來(lái)的數(shù)字圖像處理課程學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容更豐富更深入，而這主要是由學(xué)生自主完成的。通過(guò)這種方式學(xué)習(xí)到的知識(shí)記得更牢固更持久。教學(xué)改革后，學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)更高，選課人數(shù)也逐年上升，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明艷，韓超，周鵬，程凡永.圖像處理課程教學(xué)改革探究[J].科教文匯，2018，（07）：80-81.

[2]劉瓔瑛，屈鵬程，騰秀梅，呂成緒.基于學(xué)習(xí)通的《數(shù)字圖像處理》混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)教育信息化，2018，（13）：34-37.

[3]吳爽，王春艷.基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程群建設(shè)[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，37（08）：143-146.

[4]唐超，檀明.數(shù)字圖像處理課程CDIO模式教學(xué)法實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（06）：154-155.