葉 青 張永梅

1.北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院 北京 100144 2.北方工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 北京 100144

在2017年5月14日“一帶一路”國(guó)際合作高峰論壇開幕式中，習(xí)近平主席指出，我們要堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，加強(qiáng)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、人工智能、納米技術(shù)、量子計(jì)算機(jī)等前沿領(lǐng)域的合作，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智慧城市建設(shè)，連接成21世紀(jì)的數(shù)字絲綢之路。隨著“一帶一路”倡議的深入實(shí)施，智慧城市將發(fā)揮越來越關(guān)鍵的作用。帶動(dòng)“一帶一路”沿線國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是我國(guó)的必行之路，為推進(jìn)“一帶一路”沿線國(guó)家智慧城市建設(shè)，智能監(jiān)控識(shí)別及智能交通占有重要地位。在智能城市建設(shè)中，圖像信息處理技術(shù)是一門重要的理論基礎(chǔ)課程，該技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)智慧城市建設(shè)具有重要意義[1]。北方工業(yè)大學(xué)長(zhǎng)期以來開設(shè)圖像處理課程，具有優(yōu)秀的師資力量和完備的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，并長(zhǎng)期與大唐等多家相關(guān)企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系，為培養(yǎng)卓越工程師奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為培養(yǎng)服務(wù)“一帶一路”國(guó)家卓越工程師國(guó)際人才，我校開展了圖像處理課程教學(xué)研究與改革，為“一帶一路”下的智慧城市建設(shè)培養(yǎng)卓越人才。

1 基于“一帶一路”建設(shè)人才需求的圖像處理課程教學(xué)改革思路

圖像處理技術(shù)是一門涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子、通訊與物理等眾多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科技、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域，并逐漸覆蓋到人們生活和工作的方方面面。在“一帶一路”提出的沿線國(guó)家智慧城市建設(shè)中，圖像處理技術(shù)占有重要地位。由于圖像處理的內(nèi)容涉及的理論與技術(shù)非常廣泛，實(shí)踐性又很強(qiáng)，當(dāng)前形勢(shì)下則更需要在圖像處理的教學(xué)中將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生對(duì)圖像處理學(xué)習(xí)的濃厚興趣，以積極認(rèn)真的態(tài)度學(xué)習(xí)掌握?qǐng)D像處理的理論知識(shí)，并能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，培養(yǎng)卓越的國(guó)際人才。

在傳統(tǒng)的圖像處理教學(xué)中，由于該課程所需先修知識(shí)較多且教學(xué)內(nèi)容較多，授課中通常采用以理論知識(shí)和基本原理為主的講解方式，一定程度上降低了課程的趣味性。同時(shí)在教學(xué)模式上缺乏創(chuàng)新性，未能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性?；诋?dāng)前教學(xué)中存在的上述問題，對(duì)圖像處理教學(xué)進(jìn)行改革，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式和師資隊(duì)伍建設(shè)等方面進(jìn)行改革[2,3]。優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，分成理論和實(shí)踐兩個(gè)模塊進(jìn)行教學(xué)，打好理論基本功，改變實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)效果；推出多模式的教學(xué)方法，提高課程的趣味性，通過多種教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，提高學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果；改變教學(xué)模式，將教師的教與研和學(xué)生的學(xué)與思結(jié)合起來，開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)。加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，鼓勵(lì)教師出國(guó)進(jìn)修，與企業(yè)合作開展研究，提高教師素質(zhì)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，將教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)從知識(shí)型、技能型向創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)出具有駕馭運(yùn)用知識(shí)的能力、具有現(xiàn)代思想意識(shí)的創(chuàng)新實(shí)踐人才[4]。

2 基于“一帶一路”建設(shè)人才需求的圖像處理課程教學(xué)改革措施與實(shí)施

2.1 依據(jù)“一帶一路”建設(shè)實(shí)踐特點(diǎn)改革教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)“一帶一路”建設(shè)對(duì)實(shí)踐能力的迫切要求，對(duì)圖像處理課程原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。

在課程課堂教學(xué)中，將教學(xué)內(nèi)容分為理論基礎(chǔ)與案例分析2個(gè)模塊。在全面系統(tǒng)地介紹圖像處理技術(shù)的基本思想和基本方法后，利用豐富的案例將理論技術(shù)與開發(fā)實(shí)戰(zhàn)結(jié)合起來。其中理論基礎(chǔ)分為5章，分別為概述、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像編碼、圖像分割。案例分析分為5章，分別為圖像信息處理基礎(chǔ)系統(tǒng)、智能交通中車輛分類識(shí)別系統(tǒng)、人臉及表情識(shí)別系統(tǒng)及視頻監(jiān)控中的人體識(shí)別典型案例，最后根據(jù)上述典型案例適當(dāng)擴(kuò)展，總結(jié)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)前發(fā)展、系統(tǒng)編程的具體思路以及對(duì)性能指標(biāo)的要求。在案例分析中以4個(gè)典型應(yīng)用作為案例分析對(duì)象，闡述不同應(yīng)用背景下圖像信息處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)與解決方案，帶給學(xué)生貼近實(shí)際和實(shí)戰(zhàn)的感覺。通過現(xiàn)場(chǎng)提出問題、解決問題的方法，使學(xué)生快速建立其對(duì)系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，從而更好地學(xué)習(xí)和掌握?qǐng)D像信息處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將過去常常采用的以MATLAB作為實(shí)驗(yàn)課編程工具的方式改為以C++為編程工具。 由于MATLAB更適用于科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究的算法仿真，而C++更適用于項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，在未來的研發(fā)項(xiàng)目中使用的概率則要遠(yuǎn)大于MATLAB。而且在MATLAB中提供的圖像處理算法工具包可以很容易地實(shí)現(xiàn)很多重要的圖像處理算法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中缺失了對(duì)圖像處理算法深層次上的理解和掌握，缺失了對(duì)算法的編程實(shí)現(xiàn)能力的練習(xí)，在學(xué)生的編程思想和思維培養(yǎng)上未能起到很好的效果。因此，在實(shí)驗(yàn)中以C++為編程工具，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)圖像處理中的圖像讀取、圖像增強(qiáng)、圖像分割等基本算法并靈活運(yùn)用，要求學(xué)生代碼規(guī)范并進(jìn)一步使算法優(yōu)化，逐步提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.2 根據(jù)“一帶一路”建設(shè)人才需求改革教學(xué)方法

根據(jù)“一帶一路”人才需求，改革教學(xué)方法。教學(xué)方法改革中引入了雙語教學(xué)授課方法，選派有國(guó)外留學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師授課，采用英文課件，雙語授課的方法開展教學(xué)，使學(xué)生能直觀地掌握?qǐng)D像處理課程中的專業(yè)術(shù)語和名詞，可以更好地理解當(dāng)前研究中新的發(fā)展方向，有利于國(guó)際人才的培養(yǎng)。為了鼓勵(lì)學(xué)生課下自學(xué)，讓學(xué)生課下結(jié)合慕課“MOOC”和互聯(lián)網(wǎng)開展自學(xué)，自己查找當(dāng)前圖像處理算法中最新的改進(jìn)算法，并結(jié)合新算法的出現(xiàn)談?wù)勛约旱捏w會(huì)，讓學(xué)生更多地接觸新思想、新理論。此外，在期末前布置大作業(yè)，大作業(yè)有3個(gè)題目可供學(xué)生選擇，要求學(xué)生自己獨(dú)立完成，大作業(yè)包括基本功能和拓展功能，需要學(xué)生將整個(gè)學(xué)期的內(nèi)容綜合運(yùn)用，是對(duì)學(xué)生對(duì)圖像處理方法的理解、編程的能力及創(chuàng)新思維的一種有效檢測(cè)，同時(shí)提高學(xué)生分析問題、解決問題的實(shí)踐能力。為了進(jìn)一步地拓寬學(xué)生的知識(shí)面，我校聘請(qǐng)相關(guān)研究領(lǐng)域的專家給學(xué)生做圖像處理領(lǐng)域的專業(yè)報(bào)告，開拓學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，教師帶學(xué)生到大唐等合作企事業(yè)單位參觀、實(shí)習(xí)、鍛煉，提高學(xué)生實(shí)踐能力。通過以上教學(xué)方法的相互融合，使學(xué)生從枯燥的單一教學(xué)方法中脫離出來，以多模式、多角度的教學(xué)方法使學(xué)生獲得知識(shí)，讓學(xué)生因“趣”而學(xué)，因“用”而學(xué)，提高整體教學(xué)效果。

2.3 以“一帶一路”建設(shè)人才需求為導(dǎo)向改革教學(xué)模式

以“一帶一路”人才需求為導(dǎo)向[5]，改革教學(xué)模式。將教師的教與研和學(xué)生的學(xué)與思結(jié)合起來。結(jié)合我校的實(shí)際教學(xué)情況，構(gòu)建課程的全過程教學(xué)模式。以培養(yǎng)國(guó)家卓越工程師為目標(biāo)，對(duì)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和充實(shí)。除去課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我校開放實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，教師給題目，學(xué)生自選，以學(xué)生為主、教師為輔的方式開展課題研究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。在自主實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以通過自己編寫的圖像處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)外圍如智能小車和機(jī)器人的控制，培養(yǎng)學(xué)生盡快成為一名卓越的工程師。

2.4 提高“一帶一路”人才培養(yǎng)質(zhì)量 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

為了提高“一帶一路”人才培養(yǎng)質(zhì)量，需要加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。我校選派具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師赴美國(guó)、英國(guó)等地開展短期學(xué)習(xí)交流，學(xué)習(xí)先進(jìn)國(guó)家的教學(xué)方法，提高教師的整體素質(zhì)和英語水平，使教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與國(guó)際接軌，將新思想、新見解融入圖像處理教學(xué)中來。任課教師具有扎實(shí)的圖像處理理論基礎(chǔ)，并通過橫縱向科研課題的長(zhǎng)期鍛煉，能夠?qū)π滤枷搿⑿路椒ㄓ泻芎玫陌盐?。我校長(zhǎng)期與大唐等多家相關(guān)企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系，教師定期到合作單位實(shí)習(xí)鍛煉，提高教師自身素質(zhì)，將理論知識(shí)有效融入實(shí)踐，了解各企業(yè)對(duì)人才需求方向的要求，有利于教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃和培養(yǎng)目標(biāo)的制定，提高“一帶一路”人才培養(yǎng)質(zhì)量。

3 結(jié)語

為服務(wù)“一帶一路”國(guó)家卓越工程師國(guó)際人才培養(yǎng)，本文對(duì)圖像處理課程進(jìn)行了教學(xué)改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式和師資隊(duì)伍建設(shè)四方面開展改革，突出了該課程理論上的基礎(chǔ)性、實(shí)踐上的研究性與具體應(yīng)用需求上的前沿性，與現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展方向接軌，契合“一帶一路”國(guó)際人才培養(yǎng)的需求。通過嘗試，培養(yǎng)的學(xué)生對(duì)圖像處理課程的算法有了深刻的理解，實(shí)踐和編程能力大幅度提升，取得了較好的效果，為“一帶一路”國(guó)家卓越工程師國(guó)際人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。