王 宇 樸 燕 楊 絮

長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院 吉林長春 130022

數(shù)字圖像處理課程實踐教學(xué)改革

王 宇 樸 燕 楊 絮

長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院 吉林長春 130022

針對數(shù)字圖像處理課程特點和實踐教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實驗環(huán)節(jié)、課后實踐等幾方面對實踐教學(xué)進行了改革，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力。

教學(xué)改革；數(shù)字圖像處理；實踐能力

數(shù)字圖像處理課程是通信工程等電子信息類專業(yè)和計算機類專業(yè)的重要專業(yè)課程，同時也是計算機視覺、模式識別、高級信號處理等學(xué)科方向的重要基礎(chǔ)課程。由于該課程涉及基礎(chǔ)理論知識廣泛，理論與實踐結(jié)合緊密，所以學(xué)生感覺課程內(nèi)容難度大，實踐能力要求高。如何從課堂教學(xué)、實驗環(huán)節(jié)、課后實踐等幾方面入手，對課程實踐教學(xué)進行改革，是一個重要的課題。提高實踐教學(xué)質(zhì)量，一方面可以加深學(xué)生對理論知識的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)深層次圖像處理技術(shù)的興趣，另一方面，可以促使學(xué)生將所學(xué)基礎(chǔ)知識靈活地滲透到實驗之中，鍛煉學(xué)生解決實際圖像處理相關(guān)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

1 目前存在的問題

根據(jù)多年數(shù)字圖像處理課程理論與實踐的教學(xué)經(jīng)驗，目前該課程的實踐教學(xué)主要存在以下問題.

1.1 數(shù)字圖像處理實驗學(xué)時較少

主要是圍繞課程幾個重要知識點所設(shè)置的演示性、驗證性實驗。這種實驗雖然有利于學(xué)生對重要理論知識的理解和掌握，但是實驗內(nèi)容比較簡單，如果指導(dǎo)教師提供的實驗指導(dǎo)書又很詳細，學(xué)生只要完全按照實驗步驟進行操作就能順利完成實驗。這種按部就班的實驗?zāi)Ｊ皆诤艽蟪潭壬舷拗屏藢W(xué)生想象力和創(chuàng)造力的發(fā)揮，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和獨立工作能力非常不利。

1.2 非計算機專業(yè)學(xué)生的編程能力較弱

對于非計算機專業(yè)的學(xué)生，因為前期的課程學(xué)習(xí)中沒有受到相應(yīng)的編程訓(xùn)練，所以，在解決實際的圖像處理問題時，即使能夠設(shè)計出良好的方案，也無法順利地將圖像處理算法用編程語言實現(xiàn)，導(dǎo)致理論與實踐不能較好地結(jié)合在一起，大大降低了學(xué)生參與實踐的積極性。

1.3 實踐教學(xué)內(nèi)容千篇一律

沒有考慮每個學(xué)生實際情況的差異，缺乏靈活性。不同層次的學(xué)生實踐教學(xué)任務(wù)都一樣，這樣會出現(xiàn)有的學(xué)生不能按時完成任務(wù)，有些能力較強的學(xué)生又覺得任務(wù)簡單的現(xiàn)象，不能充分發(fā)掘每個學(xué)生的自身潛力。

2 改革的內(nèi)容

數(shù)字圖像處理課程的實踐教學(xué)中，應(yīng)該突出強調(diào)理論知識和實踐能力的結(jié)合，切實使實踐教學(xué)成為學(xué)習(xí)和應(yīng)用之間的橋梁。結(jié)合本校通信工程專業(yè)的實際教學(xué)情況，數(shù)字圖像處理課程的實踐教學(xué)以“一條主線、四個模塊”的思路進行改革，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力為主線，分“課堂演示模塊”“實驗?zāi)K”“課后實踐模塊”“課外實踐模塊”開展。如圖1所示，整個實踐教學(xué)的推進由淺入深、循序漸進，有助學(xué)生接受理解。

圖1 課程實踐教學(xué)體系框圖

2.1 課堂演示模塊

課堂教學(xué)增加MATLAB仿真實驗演示與核心程序講解環(huán)節(jié)。在“數(shù)字圖像處理”的實踐教學(xué)過程中，采用MATLAB作為編程工具。MATLAB是當(dāng)今國際上科學(xué)界最具影響力、也是最有活力的軟件，通過MATLAB提供的圖像處理工具箱, 學(xué)生可以利用很多現(xiàn)有的圖像處理函數(shù)，完成自己設(shè)計的圖像處理方案,提高效率。

學(xué)生通過自學(xué)完成MATLAB基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)會如何應(yīng)用圖像處理工具箱進行編程。課堂教學(xué)上，我們改變傳統(tǒng)的灌輸式理論教學(xué)方式，講解完一部分理論知識之后，結(jié)合仿真實驗的演示，既加深學(xué)生對理論知識的理解，又能調(diào)動學(xué)生的參與意識，使學(xué)生親身感受數(shù)字圖像處理算法的效果和性能，提高學(xué)習(xí)興趣，寓教于樂。同時，對于仿真實驗中的核心MATLAB代碼進行分析講解，使學(xué)生不僅對實驗案例有更加深刻的理解，而且有助于MATLAB 編程技巧的提高。

2.2 課程實驗?zāi)K

實驗環(huán)節(jié)采取必做內(nèi)容與發(fā)揮部分相結(jié)合的方式。如何在有限的實驗學(xué)時內(nèi)，充分發(fā)揮不同層次學(xué)生的主觀能動性，完成相應(yīng)的實驗內(nèi)容？通過多年的教學(xué)實踐，我們采用了“必做+發(fā)揮”的實驗內(nèi)容設(shè)置模式，即把數(shù)字圖像處理課程的重點內(nèi)容作為實驗項目，要求學(xué)生獨立完成簡單的算法設(shè)計和程序編寫。每個實驗項目又設(shè)計了若干個發(fā)揮內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和興趣，選擇完成相應(yīng)的發(fā)揮部分。這樣，在有限的實驗時間內(nèi)，實驗內(nèi)容可以滿足不同學(xué)生的能力需求，明顯提高了教學(xué)效率。

2.3 課后實踐模塊

設(shè)計了分組完成的案例式作業(yè)。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)，我們吸取國外大學(xué)的先進經(jīng)驗，在課程教學(xué)開始階段，布置完整的圖像處理任務(wù)作為案例式作業(yè)，要求學(xué)生分組在課后完成。每個小組的學(xué)生分工合作，有的搜集整理資料、有的進行圖像處理算法設(shè)計、有的進行編程調(diào)試，在學(xué)習(xí)圖像處理理論知識的同時，為了完成大作業(yè)而積極思考和努力，分析出現(xiàn)問題的原因, 運用所學(xué)的知識解決問題，激發(fā)探究問題的興趣。除了完成程序和作業(yè)內(nèi)容,學(xué)生還要提交正式的研究報告,并參加答辯,介紹自己的實驗,回答別人的問題。在整個課后實踐任務(wù)完成的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生查找文獻、篩選信息、整理資料的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團結(jié)協(xié)作的團隊精神，答辯環(huán)節(jié)鍛煉了學(xué)生的交流能力、語言表達能力。

2.4 增設(shè)課外實踐模塊

鼓勵學(xué)生根據(jù)個人興趣和學(xué)習(xí)能力參與到教師的圖像處理相關(guān)課題中，在實際科研項目中，全面鍛煉自己各方面的能力。同時鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生參加各類相關(guān)的大學(xué)生專業(yè)競賽，這不僅拓寬了學(xué)生的視野，加深對本課程的理解和認識，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手實踐能力。

3 結(jié)束語

針對數(shù)字圖像處理課程實踐教學(xué)中存在的問題，從課堂教學(xué)、實驗環(huán)節(jié)、課后實踐等幾方面進行了改革。實踐證明，教學(xué)改革的嘗試對于提高本課程的實踐教學(xué)質(zhì)量非常有利。

[1] 趙潔,張艷,武斌.實驗案例教學(xué)法在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報,2013(3):231-234.

[2] 王漢萍,于海生,王英等.“數(shù)字圖像處理”實驗體系模塊化的研究[J].實驗室研究與探索,2008(12):31-33.

[3] 劉獻君.抓住四個關(guān)鍵問題,加強大學(xué)本科課程建設(shè)[J].中國高等教育,2013(17):40-43.

[4] 劉慧,張銳.“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)與實驗改革探索[C].第一屆中國圖學(xué)大會,煙臺,2007:519-521.

Practice Teaching Reformation on Digital Image Processing

Wang Yu, Piao Yan, Yang Xu
Changchun University of Science and Technology, Changchun, 130022, China

According to the course characteristics of the digital image processing and the existing problems, practice teaching methods have been reformed from the aspects of classroom teaching, experiments, after-class practice and so on. By using the practice teaching methods, interest of students has been stimulated, and innovation ideation and practice ability have been cultivated.

teaching reformation; digital image processing; practice ability

2014-10-12

王宇，博士，副教授。

吉林省高等教育教學(xué)研究課題“以行業(yè)需求為導(dǎo)向，構(gòu)建通信工程實踐教學(xué)體系”；“通信工程專業(yè)創(chuàng)新實驗虛擬平臺研究與實踐”。