基于C-CDIO模式的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革與探討

摘? 要：C-CDIO模式是一種專為工程專業(yè)課程設(shè)計的教育模式。在“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革中應(yīng)用C-CDIO模式，對培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才有重要作用。本文簡單闡述了C-CDIO模式的內(nèi)涵及對教學(xué)改革的意義，通過分析“數(shù)字圖像處理”課程的特點以及相關(guān)教學(xué)中存在的問題，重點討論了基于C-CDIO模式的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革實踐措施，以供諸位參考。

關(guān)鍵詞：C-CDIO模式;數(shù)字圖像處理;教育信息化

中圖分類號：G642;TP317.4-4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0099-03

Abstract：C-CDIO mode is an educational mode designed for engineering courses. The application of C-CDIO mode in the teaching reform of “Digital Image Processing” course plays an important role in cultivating innovative and applied talents of relevant majors. This paper briefly expounds the connotation of C-CDIO mode and its significance to teaching reform. By analyzing the characteristics of the course of “Digital Image Processing” and the problems existing in the relevant teaching，it focuses on discussing the practical measures of teaching reform of “Digital Image Processing” course based on C-CDIO mode for your reference.

Keywords：C-CDIO mode;digital image processing;educational informatization

0? 引? 言

在大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下，數(shù)字圖像處理技術(shù)逐漸被應(yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中，如RS技術(shù)中的遙感衛(wèi)星圖像處理、智能交通系統(tǒng)中的交通信息圖像處理、GPS技術(shù)中的實時圖像處理、虛擬仿真技術(shù)中的仿真圖像處理、人臉識別技術(shù)中的三維圖像處理等。這就使得社會對數(shù)字圖像處理方面專業(yè)人才的需求量逐漸增多，與此同時，數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展也給相應(yīng)的課程教學(xué)帶來了新的挑戰(zhàn)。為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，發(fā)展學(xué)生的思維創(chuàng)造力，數(shù)字圖像處理課程教學(xué)亟待做出改革，不斷優(yōu)化教學(xué)方法，以順應(yīng)當(dāng)前數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展。

1? C-CDIO模式的內(nèi)涵及其對教學(xué)改革的意義

所謂C-CDIO模式，就是一種基于CDIO教育理念，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期或者工程項目為載體、以培養(yǎng)高級工程專業(yè)人才為目標(biāo)的跨界融合工程教育模式。其中，第一個C表示教育資源、理念、方法以及課程體系等的跨界融合;而CDIO指的是產(chǎn)品或者項目開發(fā)的四個階段，即Conceive（概念、構(gòu)思或創(chuàng)意）、Design（設(shè)計或計劃）、Implement（實施、實現(xiàn)或執(zhí)行）、Operate（運(yùn)轉(zhuǎn)）。C-CDIO模式將工程環(huán)境特征引入學(xué)校，以此作為學(xué)校工程教育的環(huán)境特征;它提出讓學(xué)生廣泛參與產(chǎn)品或項目一體化開發(fā)，著重強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力，倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)與團(tuán)隊合作。

實施基于C-CDIO模式的教學(xué)改革，學(xué)生以完成項目為主要學(xué)習(xí)目標(biāo)，在完成項目的過程中圍繞項目主動探索、發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題，而不是進(jìn)行機(jī)械式的訓(xùn)練與操作。此外，學(xué)生也會更加側(cè)重于構(gòu)思與設(shè)計，通過實踐夯實理論基礎(chǔ)，并提高知識應(yīng)用能力，而非單純地背誦、記憶知識。而且，學(xué)生也能夠在與他人的合作中獲取新的知識，從而彌補(bǔ)自身獨立學(xué)習(xí)的不足。因此，基于C-CDIO模式進(jìn)行教學(xué)改革具有其必要性與可行性。

2? “數(shù)字圖像處理”課程的特點及教學(xué)問題分析

2.1? “數(shù)字圖像處理”課程的特點

數(shù)字圖像處理是一門集圖像技術(shù)、模式識別與人工智能、計算機(jī)視覺、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、自動控制等多種技術(shù)于一體的學(xué)科，也是眾多工科專業(yè)的主要課程;其具有綜合性、復(fù)雜性、理論性、實踐性、應(yīng)用性的特點。對于學(xué)生而言，如果只學(xué)習(xí)理論知識而不進(jìn)行實踐，那么就很難掌握其基本原理與技術(shù)，這不利于相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)。因此，在教學(xué)的過程中，教師要將理論與實踐緊密結(jié)合，不僅要重視理論知識，同時也要加強(qiáng)實踐訓(xùn)練。

2.2? “數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)問題分析

筆者認(rèn)為，當(dāng)前“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)中主要存在以下問題：其一，教學(xué)方法單一，多數(shù)教師還是沿用以往講授式的教學(xué)方法，忽視了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維;其二，重理論而輕實踐，相當(dāng)一部分教師在課堂教學(xué)時并未向?qū)W生提供相應(yīng)的實踐機(jī)會，而學(xué)校也沒有為學(xué)生構(gòu)建相應(yīng)的實踐學(xué)習(xí)平臺;其三，教學(xué)資源不足，高校大多應(yīng)用自主研發(fā)的教材開展數(shù)字圖像處理教學(xué)，而教材中的內(nèi)容與方法又過于固定，再加上數(shù)字圖像處理發(fā)展過快，所以難以滿足實際教學(xué)需求;其四，師資力量薄弱，缺乏數(shù)字圖像處理方面的專業(yè)教師。

3? 基于C-CDIO模式的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革實踐措施討論

3.1? 應(yīng)用項目導(dǎo)向教學(xué)法

C-CDIO模式下，學(xué)生是以項目為中心進(jìn)行學(xué)習(xí)的，這恰好與項目導(dǎo)向教學(xué)法相一致。因此，高校應(yīng)當(dāng)在“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革中應(yīng)用項目導(dǎo)向教學(xué)法。首先，根據(jù)課程特點、課程內(nèi)容以及相關(guān)的最新技術(shù)發(fā)展動態(tài)，確定項目題目與項目教學(xué)目標(biāo)，如“基于形態(tài)學(xué)運(yùn)算的星空圖像分割”，確定其教學(xué)目標(biāo)為使學(xué)生掌握原始星空圖像的濾波去噪處理技術(shù)、去噪后圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算處理方法以及形態(tài)學(xué)處理后的圖像的二值化方法;如“車牌識別預(yù)處理技術(shù)”，確定其教學(xué)目標(biāo)為使學(xué)生掌握原始圖像增強(qiáng)處理方法、增強(qiáng)后圖像灰度變換方法、灰度圖像直方圖均衡處理方法以及二值化處理方法。其次，定期向?qū)W生發(fā)布題目，讓學(xué)生針對題目通過查閱文獻(xiàn)資料、實際調(diào)查、收集新聞等各種渠道進(jìn)行專題調(diào)研，并制作專題調(diào)研報告。再次，開展報告討論活動，讓學(xué)生與教師、其他學(xué)生圍繞項目進(jìn)行交流。最后，要求學(xué)生根據(jù)專題調(diào)研報告及討論結(jié)果制作項目方案，方案中包含項目實現(xiàn)方式及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，并進(jìn)行實際操作，得出結(jié)果;在學(xué)生操作過程中，教師應(yīng)及時給予學(xué)生指導(dǎo)與幫助。另外，為了給學(xué)生提供創(chuàng)新性學(xué)習(xí)空間，達(dá)到在項目全周期下的真實工程教育環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力的要求，高校還要以真實項目為核心，構(gòu)建學(xué)校、企業(yè)與社會三個層次的C-CDIO工程教育平臺，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的虛擬環(huán)境實踐中走出來，全面參與到平臺提供的實際項目運(yùn)作中。教師、企業(yè)和社會組織可通過平臺向?qū)W生發(fā)布項目題目，掌握學(xué)生完成項目的整個過程;學(xué)生申請教師發(fā)布的項目時，必須像玩游戲一樣進(jìn)行“闖關(guān)”，獲得項目設(shè)計、實踐訓(xùn)練等過程的積分，在積分達(dá)到一定程度時，學(xué)生有權(quán)參與到校企合作項目、學(xué)校雙創(chuàng)項目、社會眾籌項目中，從而不斷在實踐中提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、設(shè)計實踐能力。

3.2? 理論與實踐教學(xué)相結(jié)合

在C-CDIO模式下，學(xué)生是要參與到實踐中的。但是對于教師本身而言，課堂教學(xué)時間有限，再加上“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)內(nèi)容較多，所以，要在有限的時間里讓學(xué)生參與到課堂實踐中，并充分吸收教學(xué)內(nèi)容，教師應(yīng)當(dāng)基于實際情況將理論與實踐教學(xué)相結(jié)合。教師可遵循“需求分析——理論推導(dǎo)與驗證——技術(shù)實現(xiàn)——實際案例——最優(yōu)方案總結(jié)——發(fā)展趨勢展望”的授課主線，同時進(jìn)行理論與實踐教學(xué)。例如，在Photoshop的教學(xué)中，教師可利用多媒體設(shè)備出示使用Photoshop處理過的圖像的前后對比圖，向?qū)W生講解Photoshop對圖像處理的作用，使學(xué)生了解當(dāng)前Photoshop圖像處理的實際需求;再向?qū)W生演示部分Photoshop圖像處理過程，使學(xué)生熟悉其桌面環(huán)境、理解數(shù)字圖像處理基本概念、學(xué)習(xí)矢量式圖像與位圖式圖像的特點，并讓學(xué)生看到實際處理效果，加強(qiáng)學(xué)生對Photoshop基本功能的認(rèn)知，便于學(xué)生掌握Photoshop軟件操作技術(shù);然后隨機(jī)選擇學(xué)生使用Photoshop對某一圖像進(jìn)行處理，進(jìn)一步加深學(xué)生的認(rèn)識;接著給出部分Photoshop圖像處理的成功案例，與學(xué)生共同分析案例中所用的圖像處理方法，并讓學(xué)生使用所學(xué)方法對案例中的原始圖片進(jìn)行處理;最后基于Photoshop在各個領(lǐng)域中的實際應(yīng)用，向?qū)W生介紹最新版本的Photoshop的功能，激發(fā)學(xué)生使用Photoshop進(jìn)行圖像處理的興趣。

3.3? 豐富教學(xué)資源

在C-CDIO模式下，學(xué)生是要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的。但由于學(xué)生普遍缺乏自主學(xué)習(xí)能力，也沒有扎實的知識基礎(chǔ)，因此，為了促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握課堂所學(xué)的數(shù)字圖像處理知識，同時拓展學(xué)生的知識面，高校應(yīng)當(dāng)緊跟數(shù)字圖像處理的發(fā)展，不斷豐富教學(xué)資源。其一，充分發(fā)揮校圖書館、教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫的功能與作用，將文獻(xiàn)、書籍中有關(guān)數(shù)字圖像處理的內(nèi)容與教材進(jìn)行有效融合，并要求教師為學(xué)生布置查閱相關(guān)文獻(xiàn)、書籍的學(xué)習(xí)任務(wù);其二，基于實際教學(xué)條件在教學(xué)管理系統(tǒng)中增加MATLAB、Photoshop、Open CV、VLIB、C語言、KEIL等軟件學(xué)習(xí)模塊，或者在教學(xué)管理系統(tǒng)中增加數(shù)字圖像處理相關(guān)軟件安裝包下載模塊，促進(jìn)學(xué)生掌握相關(guān)軟件操作技術(shù);其三，在條件允許的情況下，擴(kuò)充第二課堂教學(xué)資源庫，引入其他高校與數(shù)字圖像處理相關(guān)的精品課程，并將其納入學(xué)校第二課堂學(xué)分考核范圍，以吸引學(xué)生主動觀看，同時，使用錄播設(shè)備對學(xué)校數(shù)字圖像處理方面的優(yōu)秀教師的教學(xué)過程進(jìn)行錄制，并將處理后的視頻放到學(xué)校網(wǎng)站上，以供學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.4? 加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)

教師是C-CDIO模式的實施者，也是教學(xué)改革的推動者。因此，高校要基于C-CDIO模式進(jìn)行“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革，也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)。一方面，利用開學(xué)初期對數(shù)字圖像處理相關(guān)專業(yè)教師師德師風(fēng)考核進(jìn)行調(diào)研和督查，全面了解教師師德師風(fēng)情況;加強(qiáng)對優(yōu)秀教師的培養(yǎng)，貫徹落實骨干教師考核工作;組織教師進(jìn)行專職培訓(xùn)、遠(yuǎn)程研修，并開展以促進(jìn)“數(shù)字圖像處理”教學(xué)改革為主題的教研活動以及相關(guān)專題報告會，提升教師的整體素質(zhì)。另一方面，引入具有專業(yè)素質(zhì)與技能且有良好師德的師資，嚴(yán)把學(xué)習(xí)、教育教學(xué)基本素質(zhì)與能力、普通話水平等質(zhì)量關(guān)，提高準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，以壯大學(xué)校師資隊伍。此外，高校也要根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整數(shù)字圖像處理方面的教師職稱評聘標(biāo)準(zhǔn)，提高相關(guān)福利待遇，以激發(fā)教師開展教學(xué)工作、推動教學(xué)改革的積極性。

4? 結(jié)? 論

隨著科技飛速發(fā)展，以及社會經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提升，數(shù)字圖像處理技術(shù)會更加具有針對性、靈活性以及多樣性，相關(guān)理論知識也會逐漸趨向于完善。與此同時，其應(yīng)用范圍也會逐漸擴(kuò)大。高校要順應(yīng)數(shù)字圖像處理的發(fā)展趨勢，基于實際情況對數(shù)字圖像處理課程教育教學(xué)模式進(jìn)行改革，通過應(yīng)用項目導(dǎo)向法、理論與實踐教學(xué)相結(jié)合優(yōu)化教學(xué)方法，并借助互聯(lián)網(wǎng)豐富教學(xué)資源，同時，加強(qiáng)師資隊伍的建設(shè)，從而使課程教學(xué)滿足學(xué)生全面發(fā)展的需求以及社會對人才的需求。值得注意的是，教學(xué)改革是一個漫長且循序漸進(jìn)的過程，在此過程中，會不斷產(chǎn)生新的問題，高校要充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢與教師的職能與作用，及時解決這些問題，逐漸完善人才培養(yǎng)模式，進(jìn)一步推動教學(xué)改革的發(fā)展。

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作者簡介：王云峰（1968.11-），男，漢族，甘肅蘭州人，教授，博士研究生，研究方向：公安技術(shù)、模式識別。