摘要：為適應(yīng)當(dāng)前新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)、新模式下的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)，要以新工科為引導(dǎo)，培養(yǎng)具有崇高職業(yè)道德、扎實(shí)專業(yè)知識、良好工程實(shí)踐素養(yǎng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。“機(jī)器視覺”課程是交叉融合與工程性極強(qiáng)的一門新興課程，針對當(dāng)前教學(xué)中存在重理論輕實(shí)踐、教學(xué)模式固化、教學(xué)方法滯后和考核機(jī)制陳舊等問題，通過更新教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方法、整合教學(xué)模式和改革考核機(jī)制等改革措施，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，對“機(jī)器視覺”課程在教學(xué)實(shí)踐中具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；新工科；教學(xué)改革

ResearchonExperimentalTeachingReform

ofMachineVisionundertheBackgroundofNewEngineering

ZhuLijuan

XinjiangUniversityofTechnologyXinjiangAksu843000

Abstract：Inordertoadapttotheneweconomicformunderthecurrentnewindustry，newtechnologyandnewmodel，itisnecessarytotrainhighqualityappliedtalentswithhighprofessionalethics，solidprofessionalknowledgeandgoodengineeringpracticequalityundertheguidanceofnewengineering.MachineVisionisanemergingcoursewithstrongcrossintegrationandengineering.Inviewoftheexistingproblemsincurrentteaching，suchasemphasizingtheoryoverpractice，solidifyingteachingmode，laggingteachingmethodandoutdatedassessmentmechanism，thecoursehasimprovedstudents'learningefficiencybyupdatingteachingcontent，adjustingteachingmethods，integratingteachingmodeandreformingassessmentmechanism.Itstimulatesthestudents'abilityofpracticeandinnovation，andhascertainguidingsignificanceforthecourseofMachineVisioninteachingpractice.

Keywords：MachineVision；Newengineering；teachingreform

機(jī)器視覺是指通過給機(jī)器加裝上視覺裝置，將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，使機(jī)器具有類似于人類的視覺功能，從而提高機(jī)器的自動(dòng)化和智能化程度。

當(dāng)下，人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)得到飛速發(fā)展，給人民生活帶來了極大變革，同時(shí)社會中一些信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)也反作用于計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，引領(lǐng)和促進(jìn)高等院校計(jì)算機(jī)、信息化等專業(yè)的與時(shí)俱進(jìn)［1］。新工科建設(shè)是新時(shí)代高等教育改革的重要內(nèi)容，旨在培養(yǎng)更多新型高素質(zhì)工程科技人才，提升國家硬實(shí)力和國際競爭力。新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)、新模式是目前全球經(jīng)濟(jì)的特征，許多產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級，國家硬實(shí)力和國際競爭力的提升都迫切需要“新工科”理念和新型卓越工程人才的支持［2］。

“機(jī)器視覺”課程充分展示了多學(xué)科與前沿科學(xué)技術(shù)相互交叉融合，為學(xué)生在新技術(shù)、新行業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供堅(jiān)而有力的理論基礎(chǔ)。然而目前高校亟待思考與解決的問題是如何快速有效地激發(fā)學(xué)生對該課程的興趣以及如何高效提升學(xué)生在該課程的實(shí)踐能力與職業(yè)技術(shù)。

一、“機(jī)器視覺”課程教學(xué)中存在問題

機(jī)器視覺是一門蓬勃發(fā)展的交叉學(xué)科［3］，涉及計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域。

（一）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)比例失衡

“機(jī)器視覺”課程包括理論部分和實(shí)踐部分，但在“機(jī)器視覺”教學(xué)過程中，教師通常是從頭到尾地講解課程的原理內(nèi)容，僅僅安排小部分時(shí)間進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。從而使得上課過程中理論教學(xué)過重，實(shí)踐教學(xué)弱化?！皺C(jī)器視覺”授課既要把機(jī)器視覺的原理講解清楚，又要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和應(yīng)用機(jī)器視覺中包含的技術(shù)，學(xué)以致用，培養(yǎng)能力，這種情況下使得教師自身必須具備過硬的知識儲備素養(yǎng)。在教學(xué)過程中課時(shí)安排不合理使得教師對相關(guān)知識點(diǎn)的講解不夠深入細(xì)致，涉及的真實(shí)教學(xué)案例少，對最前沿的科研動(dòng)態(tài)信息和科研項(xiàng)目內(nèi)容的擴(kuò)展有限，這種培養(yǎng)模式往往與社會需求脫節(jié)，忽視課程學(xué)習(xí)中的動(dòng)手訓(xùn)練。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較低，他們常把考試成績看作學(xué)習(xí)的主要目的，沒有真正融入“機(jī)器視覺”課程的學(xué)習(xí)狀態(tài)中，最終使得學(xué)生眼高手低，很難學(xué)以致用，無法適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才的需要。

實(shí)踐教學(xué)是學(xué)生素質(zhì)教育中不可或缺的環(huán)節(jié)，它側(cè)重于培養(yǎng)動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力，通過組織開展實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能獨(dú)立自主地完成數(shù)據(jù)庫小項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。目前存在的問題有：①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與課堂理論教學(xué)銜接性不強(qiáng)；②上機(jī)實(shí)驗(yàn)的目的還是圍繞學(xué)習(xí)與理解理論服務(wù)，實(shí)踐觀念弱化，難以適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代對機(jī)器視覺學(xué)習(xí)的要求；③學(xué)生實(shí)驗(yàn)還是停留在傳統(tǒng)的一人一機(jī)模式，學(xué)生常單兵作戰(zhàn)，這種情形難以培育團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，團(tuán)隊(duì)合作能力培養(yǎng)不足；④學(xué)生的實(shí)踐興趣不足，重視性不夠，一些學(xué)生還沉浸在學(xué)習(xí)就是掌握理論知識的思想中。

（二）教學(xué)模式固化缺少靈活性

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)往往是教師一言堂，不斷地灌輸機(jī)器視覺的理論知識，唯恐學(xué)生不能很好地理解，這樣與學(xué)生的互動(dòng)性變差，養(yǎng)成了學(xué)生學(xué)習(xí)的依賴性，致使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性減弱。大學(xué)的課程量較多而且有些課程很艱澀，并且教師存在帶多個(gè)班級以及多門課程的現(xiàn)象，教師與學(xué)生各自忙著自己的事情，少有機(jī)會進(jìn)行有效的溝通與交流，教師可能不能及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及問題所在，無法及時(shí)為學(xué)生排憂解難以及實(shí)時(shí)適度地安排自己的授課進(jìn)程。

（三）教學(xué)方法單一不具有多樣化

目前的課堂教學(xué)依然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，以PPT+板書方式展示教學(xué)內(nèi)容，仍以教師為中心進(jìn)行課堂教學(xué)，學(xué)生的參與度低，教學(xué)效果不好。當(dāng)學(xué)生遇到計(jì)算復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，原理深?yuàn)W難懂與理解的知識點(diǎn)會使學(xué)生產(chǎn)生不良情緒?！疤铠喪健钡慕虒W(xué)過程使得師生得不到及時(shí)有效的交流溝通，體現(xiàn)不出以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，學(xué)生仍處于被動(dòng)接收的狀態(tài)。

（四）課程考核方式陳舊不新穎

當(dāng)下的課程考核主流模式通常以期末考試卷面成績作為主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這種情況對理論性較強(qiáng)的學(xué)科效果顯著，但“機(jī)器視覺”課程需要結(jié)合具體數(shù)據(jù)案例結(jié)合計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行一定的實(shí)操訓(xùn)練，若以單一的期末考試卷面成績?yōu)楹饬恳罁?jù)，學(xué)生可以通過臨近期末時(shí)期的突擊練習(xí)、記憶背誦得以過關(guān)，由于知識掌握得不牢固，考試過后又將其淡忘，則會誤導(dǎo)學(xué)生重理論而輕實(shí)踐。

二、“機(jī)器視覺”課程教學(xué)改革的相關(guān)措施

（一）修正教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容

通過修訂大綱，讓“機(jī)器視覺”課程前后的教學(xué)階段能夠很好地過渡與銜接。任課教師到當(dāng)?shù)鼗蚱渲苓叺牡胤狡髽I(yè)進(jìn)行走訪調(diào)研，通過企業(yè)人員或用人單位的建議與需求指導(dǎo)去及時(shí)修訂教學(xué)大綱。從先修基礎(chǔ)知識到專業(yè)精髓知識點(diǎn)和具體應(yīng)用來構(gòu)建完整的機(jī)器視覺知識結(jié)構(gòu)體系，確保學(xué)生能夠高效有序地進(jìn)行“機(jī)器視覺”課程的學(xué)習(xí)。

（二）調(diào)整教學(xué)方法

推廣實(shí)施項(xiàng)目制教學(xué)改革，將以傳授知識為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝瓿扇蝿?wù)、解決問題為主的互動(dòng)式的教學(xué)方式，要求學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，提出解決方案，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，培養(yǎng)多方面能力。并以項(xiàng)目為依托，以“挑戰(zhàn)杯”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐競賽為契機(jī)，引領(lǐng)學(xué)生大力開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力［4］。

（三）整合教學(xué)模式

教師在授課中，應(yīng)因地制宜地采用多種方法以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。例如，采用案例教學(xué)讓學(xué)生做中學(xué)；采用西蒙方法讓學(xué)生集中精力學(xué)；采用金字塔學(xué)習(xí)法讓學(xué)生進(jìn)行課堂討論，輸出促進(jìn)輸入學(xué)；采用費(fèi)曼學(xué)習(xí)法讓學(xué)生教中學(xué)；采用番茄生物鐘法讓學(xué)生限制時(shí)間學(xué)等。同時(shí)開展專題講座、網(wǎng)絡(luò)線上教學(xué)［5］、慕課與反轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方式帶動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性、創(chuàng)新與實(shí)踐能力。在教學(xué)過程中注重示例性講解，從項(xiàng)目分析、設(shè)計(jì)到開發(fā)實(shí)踐，使項(xiàng)目整體流程清晰化，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒，打開學(xué)生的思維方式。進(jìn)而打造理論實(shí)踐一體化設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，比如安排圖像采集［6］與預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會使用攝像頭或其他圖像采集設(shè)備獲取圖像，學(xué)習(xí)使用圖像處理軟件（如OpenCV）對圖像進(jìn)行預(yù)處理操作，如灰度化、二值化、濾波、直方圖均衡化等，達(dá)到了解圖像采集設(shè)備的工作原理，學(xué)習(xí)圖像預(yù)處理的基本方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹０才盘卣魈崛。?8］與匹配實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生選擇一種特征提取算法（如SIFT、SURF、ORB等）對圖像進(jìn)行特征提取，并學(xué)習(xí)使用特征匹配算法對提取到的特征進(jìn)行匹配，達(dá)到學(xué)習(xí)如何提取圖像中的特征，并理解特征匹配的原理的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹；跈C(jī)器視覺的圖像采集系統(tǒng)示意圖如圖1所示，圖像的灰度化、二值化示例如圖2所示，灰度共生矩陣示例如圖3所示，旋轉(zhuǎn)不變矩示例如圖4所示。

（四）制定合適的考核方式

“機(jī)器視覺”課程的考核應(yīng)該與機(jī)器視覺的教學(xué)相統(tǒng)一，機(jī)器視覺的理論和實(shí)踐要?jiǎng)澐忠欢ǖ谋壤?，兼顧二者的學(xué)習(xí)效用。針對當(dāng)前教學(xué)中學(xué)生的實(shí)踐操作意識淡薄、創(chuàng)新動(dòng)力較弱的現(xiàn)狀，在課程考核過程中加入實(shí)踐創(chuàng)新能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中化被動(dòng)為主動(dòng)，從而提升其多方面的能力。我們可以將平時(shí)成績（占20%）、期末理論考試成績（占40%）、實(shí)踐能力成績（占40%）劃分為三部分，平時(shí)成績主要參考平時(shí)課堂回答問題、作業(yè)及考勤情況，期末考試成績重在考查學(xué)生對理論知識的掌握程度，實(shí)踐能力成績分通過實(shí)驗(yàn)課及課程設(shè)計(jì)成績、學(xué)科競賽成績或是小論文的發(fā)表等方式來考核。

結(jié)語

本文首先分析了“機(jī)器視覺”教學(xué)中存在的問題，從更新教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方法、整合教學(xué)模式及改革考核方式上提出了若干教學(xué)改革措施，力求理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，既可以解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中的難題，又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考能力，也可以讓學(xué)生了解國內(nèi)外的前沿科學(xué)知識，開闊學(xué)生的思維方式，培養(yǎng)出更多適應(yīng)信息化社會的復(fù)合型、應(yīng)用型人才。

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［6］朱麗娟.基于機(jī)器視覺的紅棗大小分級方法研究［J］.科技風(fēng)，2022（25）：5961.

［7］朱麗娟.基于灰度共生矩陣的紅棗紋理特征提取［J］.科技風(fēng)，2022（25）：7880.

［8］朱麗娟.基于機(jī)器視覺的紅棗裂紋特征提?。跩］.科技風(fēng)，2024（10）：1719.

項(xiàng)目：新疆理工學(xué)院校級項(xiàng)目“基于機(jī)器視覺的紅棗外觀品質(zhì)分級方法研究”（項(xiàng)目編號：ZZ202104）

作者簡介：朱麗娟（1987—），女，漢族，山東菏澤人，研究生，副教授，研究方向：人工智能、機(jī)器視覺。