摘要：“數(shù)字圖像處理”是一門理論性和實踐性都很強的信息類專業(yè)課程。針對其知識面較廣、理論知識難度大、實驗內容深的特點，基于三年的課程教學經驗，文章提出一種新的研討型教學方式，采用“教師主題引導—學生專題講授—隨堂研討—教師質疑答疑”的施教方案。這種教學方式在實際教學中取得了良好的教學效果。
　　關鍵詞：數(shù)字圖像處理；研討式教學方法；創(chuàng)新
　　
　　數(shù)字圖像處理是一門新興的交叉學科，經過幾十年的發(fā)展，在軍事、工業(yè)、科研、醫(yī)學等領域得到了廣泛應用，成為一門重要的信息技術類專業(yè)課程。目前理工類或綜合類院校的相關專業(yè)幾乎都開設了該課程，在課程類型的設置上有專業(yè)必修和選修之分。講授該課程的教師普遍認為，“數(shù)字圖像處理”是一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)課程，具有知識面較廣、理論知識難度大、實驗內容深的特點，以課堂為中心、以教師為中心、以教材為中心的傳統(tǒng)教學模式不能適應圖像技術發(fā)展的需要，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。這一共識促進了該課程的教學改革實踐，同行們在教材建設、實驗設置、教學方法和手段上總結了大量有效的教學經驗并提出了很多有益的觀點[1-7]。
　　筆者于2007年在計算機學院開設了數(shù)字圖像處理選修課程，授課對象為該學院四年級本科生。借鑒前人的實踐經驗，針對課時有限和選修課開放性等特點，在教學內容取舍、課程活動規(guī)劃、作業(yè)設置、考核方式等環(huán)節(jié)上進行了改革實踐，取得了一些良好的成效[8]。但筆者發(fā)現(xiàn)教學過程中仍然存在以下問題：盡管課堂教學中穿插了大量的實例演示和輔助實驗，但由于受到學時有限、學生課下自習時間不可控等因素影響，有關圖像處理基礎理論知識部分的教學效果
　　
　　仍然不理想。反映出的現(xiàn)象是，學生在課堂上對豐富多彩的演示興趣盎然，但對繁復的數(shù)學公式及其背后蘊含的物理意義卻不愿深入探究，從而導致學習浮于表面，對數(shù)字圖像處理基本原理的理解不夠深刻，甚至出現(xiàn)有的學生可以完成課程實驗但對程序反映的算法機理卻一知半解的情況，不利于創(chuàng)新思維的訓練。由于學生沒有課前研習的激勵，教師常常在授課過程中遭遇研討冷場等尷尬局面。面對這樣的狀況，為了進一步激發(fā)學生的學習興趣和探究精神，我們有必要探索和嘗試更適合的教學模式，使學生不僅能從課程中感受到數(shù)字圖像處理技術的魅力，更能深入理解掌握一些基本理論和技術，培養(yǎng)靈活運用知識解決實際問題的能力。2010年春季學期我們在“數(shù)字圖像處理”課程的教學實踐中，大膽嘗試了全新的研討型教學方式，并在實驗、考核等環(huán)節(jié)上進行了相應的配套設計，獲得了一些經驗和啟發(fā)，在本文中與同行分享。
　　1研討型教學方式設計與實踐
　　研討型教學方式應屬于研究性教學模式的范疇。近年來，研究性教學以及研究性學習成為國內外廣為推崇的教學和學習方法，并進行了大量的實證研究[9]。在當前的本科生教學實踐中，研究性教學成果大多體現(xiàn)在教師的教學內容和實驗設計上，已經改變了數(shù)字圖像處理課程教學長期以來以教師課堂理論教學為主的狀況，“問題教學法”、“形象化教學法”、“類比法”等教學方式的采用也極大地提升了課堂教學效果。但我們在教學過程中發(fā)現(xiàn)，上述改革仍然無法根本改變教師有意無意主導整個教學活動的現(xiàn)狀，學生的課堂參與度有限，無法真正做到主動學習和研究性學習。基于三年的數(shù)字圖像處理課程教學經驗，在這門本科專業(yè)選修課程中，筆者提出并實踐了新的研討型教學方式，擺脫以往課堂上以教師講授為主的模式，采用“教師主題引導—學生專題講授—隨堂研討—教師質疑答疑”的形式安排課堂活動，并配合驗證型和設計型實驗拓展學生的學習和創(chuàng)新空間。我們重點在課堂活動安排上進行了新的嘗試，整體設計包括首堂互動、專題講授與研討、實驗設置與課程競賽、作業(yè)與考核等4個環(huán)節(jié)。
　　1.1課前宣傳與首堂互動
　　本課程在我校計算機專業(yè)系列課程中設置為專業(yè)任選課，安排在本科第八學期開課，與此同時開課的還有四門任選課，學生中因興趣差異而造成選課分流，從而自然形成小班教學，給本課程實施研討型教學創(chuàng)造了條件。但由于選修課的成績約束不強，且第八學期絕大多數(shù)學生的學分都已修滿，學生選課和棄課的自由度較大。按照以往經驗，如果授課過程缺乏持續(xù)的吸引力和學生自己的內驅力，選修課很容易遭遇虎頭蛇尾、學生大量流失的境況。針對這種情況，為了保證研討式教學活動的正常實施，我們采取了課前宣傳和首堂互動的方式來吸引學生選課和穩(wěn)定課程選修人數(shù)。
　　在學生選課之前，由主講老師在授課年級主辦1～2次課程宣傳活動，通過典型應用實例、前沿技術展示和豐富的媒體效果為學生展現(xiàn)一個奇幻的圖像世界，吸引學生的注意力、激發(fā)學生探求技術奧秘的好奇心。這種方式能很好地調動學生課前學習熱情，很大程度上排除學生以往單純“修課拿學分”的被動思想，取得良好的授課基礎。以筆者連續(xù)三年5個班次的教學實踐看，選修該門課程的學生，平均有50%是在學分修滿的情況下仍然全程參與了課堂教學和課程實踐，并全部通過考核，學生普遍反映課前宣傳使他們能更多地了解課程，消除了選課的盲目性。
　　正式開課的第一堂往往是學生最集中的一次課。為了保證后續(xù)研討課時的教學效果，在本年度我們精心設計了首堂互動活動，除了常規(guī)的全面介紹授課內容、教學目標、課時安排和考核方式等內容外，增加了“課程研討主題發(fā)布和質詢”的師生互動環(huán)節(jié)，首先由主講老師介紹課程研討的實施方式和預先擬定的研討主題，然后學生可以自由提問、提出需求或發(fā)表提案，經過討論、質疑甚至是辯論后，在主講老師的引導下確定最后的實施方案。在此過程中一定要充分發(fā)揮學生的主觀能動性，并在不違背課程大綱基本要求的前提下盡可能地尊重學生的學習意愿，這樣得到的方案對學生而言才具有說服力，有利于在學生心理上形成自然的內驅力和約束力。由于后續(xù)研討和實驗活動都將分組實施，課程成績與小組表現(xiàn)掛鉤，學生隨意棄課會對教學效果造成較大影響，因此在首堂下課前我們又特別安排了“選課再確認”和“自由組隊”的環(huán)節(jié)，雖然僅僅是向課代表的口頭承諾，但無形中增強了學生的團隊意識和責任心，進一步加強了參與課程學習的學生之間的凝聚力。
　　從實施效果看，課程基本杜絕了學生中途棄課的現(xiàn)象，并且“數(shù)字圖像處理”課程成為我院第八學期任選課到課率最高的課程之一。
　　1.2專題講授與研討
　　本輪教學改革的重點是授課方式的改變。擺脫以往課堂上以教師講授為主的本科生教學模式，大膽嘗試了“教師主題引導—學生專題講授—隨堂研討—教師質疑答疑”的課堂活動形式，得到了學生的積極反饋，取得了很好的教學效果。
　　在課時受限的情況下，我們設立了數(shù)字圖像處理基礎、圖像增強、圖像變換、圖像編碼、圖像分割、彩色圖像處理等6個知識專題。其中數(shù)字圖像處理基礎由任課老師主講，重點講授有關數(shù)字圖像處理技術的基本概念和基礎理論，引領學生從宏觀上把握這門學科的知識結構和應用方法。后續(xù)5個專題則采用學生主講、老師主持研討的方式展開，具體操作辦法是：老師首先將所有專題的知識點劃分為相對獨立的知識單元，比如圖像增強專題可分為時域增強和空間域增強兩個單元，圖像分割專題可分為基于邊緣的分割方法和基于區(qū)域的分割方法兩個單元等；再根據(jù)選課學生的分組情況，將劃分好的知識單元分配給各組學生自學，除教材外還向學生提供教師授課課件及與知識單元相關的參考資料；然后各組學生內部分工合作準備正式課件和應用演示，后續(xù)5個專題則由各小組委派代表走上講臺授課，授課形式可由學生自由設計，要求盡可能的深入淺出并能引發(fā)思考和討論，老師在學生授課過程中發(fā)現(xiàn)陳述不清楚或理解有誤的問題，會隨堂發(fā)起討論，學生也可隨時進行質疑或發(fā)起研討，專題結束時由老師總結和評述，并布置相應的課外作業(yè)和實驗，以加深學生對知識點的理解。授課和研討效果作為課程成績的重要考核指標。
　　
　　上述研討式教學方式使課堂教學以學生為主角，最大程度地發(fā)揮學生的主觀能動性，學生通過課前自學、課上討論和課后實驗能更系統(tǒng)、深刻地掌握所學內容，并會因為研討提出的交叉應用問題激發(fā)拓展學習的熱情。在這個過程中，老師扮演主持人和評論員的角色，發(fā)揮糾正誤區(qū)、揭示本質、解答疑惑和引導思考的作用。
　　從實施效果和學生反饋來看，本輪改革是具有示范意義的。主要表現(xiàn)在：
　　1) 課堂教學的學生參與度顯著提高。學生為了上好課在課下花了很多功夫學習和研究所要講授的內容，并補充和修改課件，從學生的角度設計了許多新穎的案例來吸引聽課學生的關注和思考，比如用“找茬”游戲外掛的設計引出圖像運算的知識點、用有關的“信息熵”的智力題來引發(fā)圖像編碼質量的討論、用快速傅立葉變換8人游戲演示算法原理，等等。學生課后普遍反映這種教學形式改變了過去被動學習的狀況，使他們有了“學深、學透”的成就感。
　　2) 課堂氣氛十分活躍。研討碰撞出的思想火花激發(fā)了極大的學習熱情，一些過去僅靠老師講授而顯得枯燥無味的理論知識，在研討課上也變成了激烈辯論的課題，比如有關傅立葉變換的本質及其在圖像處理中的應用的討論異常熱烈，學生雖然在早期信號系統(tǒng)課上已經接觸過，但都停留在“只會用公式卻不知其物理含義”的層面上，而在本次“圖像變換”的專題研討課上，為了透徹理解和揭示問題，先后有三個組的同學自發(fā)上臺講解，并引發(fā)了全體大討論，甚至申請課外課時邀請了理學院的數(shù)理課老師來做專題講座。學生課后紛紛表示這樣的研討課讓他們收獲很大。
　　3) 學生自己授課，打破了權威意識。學生一改過去聽課不敢提問和質疑的狀況，臺上臺下互動頻繁，且由于分組之間相互評分，促進了團隊意識的培養(yǎng)，幾乎每個學生都想為課堂有所貢獻。在這種輕松的氛圍中，由于學生的質疑，甚至發(fā)現(xiàn)了用了幾年的課件中存在的錯誤，引發(fā)了諸如“色彩與眼睛對光的吸收率的關系”、“邊緣提取算子近似方法原理”等問題的探討。
　　1.3實驗設置與課程競賽
　　實驗是課堂理論教學的補充，對于“數(shù)字圖像處理”這類交叉學科的課程尤為重要，學生可以通過形象生動的實驗加深對理論知識的理解。為了使學生盡快理解和體驗典型算法的處理效果而不受困于調試程序，我們以“學以致用”為目標，設計了與專題相配套的單元實驗項目。要求學生運用高級圖像工具包(如Matlab)或課程組提供的高級編程語言(如C/C++)程序框架來編寫數(shù)字圖像處理基本算法(包括直方圖均衡化、各類濾波器、快速傅立葉變換、邊緣提取算子、彩色空間轉換等)，體驗應用效果，使學生能深刻理解基礎理論，增強應用開發(fā)能力，同時還鼓勵學生參與老師承擔的學術課題研發(fā)工作，將課程實驗項目演變?yōu)楫厴I(yè)設計課題。圖1是學生完成的彩色通道直方圖顯示實驗。
　　此外，我們還設計了運用主流數(shù)字圖像處理應用軟件(如Photoshop)處理各類圖像的綜合實驗環(huán)節(jié)，使學生具備數(shù)字圖像處理軟件的應用技能。為了激發(fā)學生興趣，我們以課程競賽的形式組織這個實驗環(huán)節(jié)，學生可以組隊參賽也可獨立完成，最終的實驗作品和報告交由輔導老師和全體參賽選手評價，評出各類獎項以鼓勵優(yōu)秀。所有實驗均按比例記入課程成績，而學期末的頒獎儀式是課程實踐成果的最好展示，學生參與熱情很高，涌現(xiàn)了很多高水平的作品，充分發(fā)揮了理論與實驗相互融合補充的作用。圖3是Photoshop課程競賽的優(yōu)秀學生作品。
　　1.4作業(yè)與考核
　　除了實驗以外，我們根據(jù)教學進度不定期地布置課程作業(yè)，已鞏固和消化課堂教學內容。但作為一門選修課，為了充分尊重學生自由選課、自主學習的意愿，我們在教學實施過程中提出了“自由作業(yè)”的理念。采取“自愿上交作業(yè)、交者加分、不交者不扣分”的評價原則。最重要的是作業(yè)批改后進行認真的課堂講評，對學生上交作業(yè)率、作業(yè)完成情況、作業(yè)知識點、學生作業(yè)中的閃光點以及評分情況進行分析點評，使所有上交作業(yè)的學生有成就感。“自由作業(yè)”實施的目的是消除學生被迫完成作業(yè)的壓力、杜絕作業(yè)抄襲現(xiàn)象、通過鼓勵式的點評促進學生完成作業(yè)的主動性。在筆者連續(xù)三年5個班次的教學實踐中，授課過程中會布置4～5次作業(yè)，多數(shù)學生即使沒有作業(yè)必做的壓力，平均每人提交了2次作業(yè)。這種自由完成作業(yè)的氛圍，不僅沒有流失學生，相反使學生課下思考的自覺性提高，而且很多學生的作業(yè)質量很高，創(chuàng)新性思維體現(xiàn)得十分活躍。
　　在課程考核上，我們也摒棄了“一考定成績”的方式。結合研討教學，我們采用了“筆試(40分)＋專題授課研討(30分)＋實驗(30分)+作業(yè)附加分(不超過10分)”的考試評價方式。其中，筆試開卷，主要考核學生對數(shù)字圖像處理基礎理論的宏觀掌握，不要求死記硬背，重要的是考察學生運用知識解決問題的能力；專題授課研討的成績會結合老師和學生兩方面的評分綜合評定；而實驗成績則會考慮單元實驗和課程競賽作品兩部分的完成情況。通過這種考試方式，能夠檢查學生對數(shù)字圖像處理理論的掌握程度以及實踐能力，并且由于考核靈活度提高，將學生的考試壓力轉換為對學習過程的監(jiān)督，只要學生本著學習一門新技術、提升綜合素質的理念全程認真參與教學活動，通過課程考試就是水到渠成的事情。2010年春季學期的筆試內容靈活性和廣度較以往都有很大提升，但學生最終的綜合平均成績達到了86.1分，客觀反映了本輪研討式教學改革的成效明顯，并得到了選課學生的高度認可。
　　2經驗與建議
　　為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，提升本科教學水平，筆者在計算機專業(yè)選修課程“數(shù)字圖像處理”的教學實踐中，設計并實施了研討型教學方式，取得了良好的反饋和積極的成果?，F(xiàn)總結以下幾點經驗和實施建議，供相關課程改革實踐參考：
　　1) 研討式教學適用于50人以下的小班教學，否則無法有效地組織研討。
　　2) 專題和知識單元的設置和劃分十分重要，要注意知識單元之間的銜接和聯(lián)系，合理安排學時。
　　3) 教師備課要充分，教師要預先準備隨堂研討的問題，并能恰當?shù)乜刂蒲杏懢置妫朴谌∩?，重要的理論和技術要給予充分的時間討論，發(fā)散性的議論要及時收斂，以保證正常的教學進度。特別對未有結論的研討教師要給予及時的反饋和講評，消除學生疑惑或引導學生深入學習。
　　
　　4) 課程實驗要與專題研討配合，最好能根據(jù)研討的情況進行相應的調整，提升整個課程教學活動的整體性和互補性。
　　3結語
　　本科生課程研討式教學可以給學生更寬的視野、更深的思考、更多的收獲，但同時對授課教師提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求。數(shù)字圖像處理作為當前非常具有前景的學科方向之一，我們還將繼續(xù)探索實踐，不斷完善教學內容和方法，以滿足社會對該領域人才的需求。
　　
　　參考文獻
　　[1] 賈永紅. “數(shù)字圖像處理”課程的建設與教學改革[J]. 高等理