魏晗等

摘 要：針對《數(shù)字圖像處理》課程的特點，應用創(chuàng)新的設計理念，適當整合教學內(nèi)容，注重基礎理論和科技前沿的有機結(jié)合，在理論中滲透實踐，在實踐中穿插理論；并采用講授法、研究法、討論法、實驗法等靈活多樣的教學方法，通過板書、多媒體課件、輔助教學軟件以及教學網(wǎng)絡平臺等豐富的教學手段，提高了學生的學習興趣及實踐動手能力，獲得了良好的教學效果。

關鍵詞：數(shù)字圖像處理 教學改革 教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）08-0012-02

1 前言

數(shù)字圖像處理技術的應用非常廣泛，已經(jīng)滲透到計算機、通信、交通、物理、醫(yī)學、化學、生物學、軍事、經(jīng)濟等各個領域，與人們的生活密切相關。《數(shù)字圖像處理》是信息技術領域中發(fā)展較快的一個熱門領域，是模式識別、計算機視覺、多媒體技術、數(shù)據(jù)挖掘等學科的基礎，也是一門涉及多領域的交叉學科。

該課程的理論性和實踐性都很強，要求學生在掌握圖像處理的基本概念、基礎理論、典型算法的基礎上，掌握一定的編程實踐能力，能夠利用計算機編程實現(xiàn)數(shù)字圖像的各種處理，如圖像變換、圖像增強、圖像恢復、圖像重建、圖像分割、圖像編碼和圖像識別等，在學習圖像專業(yè)知識的過程中增強學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生獨立獲取知識和綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，提高學生的實際動手能力，為其今后深入地進行科學研究和獨立工作奠定良好的基礎。

2 創(chuàng)新教學理念

在《數(shù)字圖像處理》課程的教學中，努力貫徹素質(zhì)教育的先進理念，注重教與學的有機結(jié)合，堅持以學生為主體，教師為主導，最大限度地發(fā)揮學生的主觀能動性，將培養(yǎng)學生的主動思維，鼓勵學生的創(chuàng)新意識作為教學的重要目標之一。

對于教學內(nèi)容的設計，以圖像處理算法的理論作為授課的重點，以算法的產(chǎn)生、應用、改進為主線，突出知識的內(nèi)在聯(lián)系，揭示數(shù)字圖像處理發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律（要求學生重點理解）。

掌握數(shù)字圖像的基本概念和基本算法，關注圖像應用的前沿動態(tài)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，并根據(jù)課程需要，適當將數(shù)字圖像處理領域中最新的技術手段，研究進展以及發(fā)展趨勢納入教學，并鼓勵學生對新知識、新領域進行積極地探索。

在教學過程中，努力將復雜抽象的理論融入到形象直觀的應用實例當中，將算法實現(xiàn)過程中的重難點問題分解細化為可展現(xiàn)的圖像處理效果，在理論中滲透實踐，在實踐中穿插理論，注重理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生的工程實踐能力，真正使學生樂學、易學并會學。

3 改革教學內(nèi)容

數(shù)字圖像處理技術在科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事技術和醫(yī)療衛(wèi)生等許多領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。圖像技術的快速發(fā)展決定了《數(shù)字圖像處理》課程的教學內(nèi)容也需要不斷更新，教材原則上選用專業(yè)內(nèi)容全面新穎的教材，即圖像專業(yè)基礎知識相對穩(wěn)定，并能夠緊跟數(shù)字圖像處理技術發(fā)展趨勢。對于輔助性教材，可以根據(jù)圖像課程的系統(tǒng)性和實用性，并考慮到擴充學生的視野，可以選一些國際上經(jīng)典書籍如外文經(jīng)典專著。目前我們以2012年清華大學出版社出版的，章毓晉編寫的《圖像工程（上冊）——圖像處理（第三版）》教材為主線，以美國Rafael C.Gonzalez 等編著的Digital Image Processing，阮秋琦編著的《數(shù)字圖像處理學》等教材和中外科技期刊發(fā)表的最新圖像技術為參考資料，并適當補充本領域中的一些新技術、新方法及新成果。

對圖像處理教材內(nèi)容進行整合，課內(nèi)圖像處理基礎知識分為九大模塊：圖像與視覺基礎、圖像運算與變換、圖像增強、圖像恢復、圖像重建、圖像編碼、圖像分割、圖像目標表達與描述、圖像識別等內(nèi)容。

在授課過程中，一般知識點進行自學，系統(tǒng)講解重點難點內(nèi)容，如直方圖均衡等，而對于教材中未寫進或無系統(tǒng)介紹的前沿性、創(chuàng)新性或跨學科的內(nèi)容，則滲透到各個章節(jié)中。例如，將水果識別系統(tǒng)、車牌圖像的自動識別、基于內(nèi)容的圖像檢索等新技術滲透到圖像增強、圖像分割、圖像目標表達與描述和圖像識別等各個章節(jié)中，授課內(nèi)容完成，那么自動識別系統(tǒng)模型建立，學生就完成了水果、車牌等圖像的自動識別。通過這種方法強調(diào)基礎，跟蹤前沿，將基礎理論與實踐有機地結(jié)合起來，使學生不僅能夠?qū)W到課程的基礎知識，了解科學前沿的最新成果，加強學生的實踐動手能力，而且與時俱進，增強了學生的好奇心，促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 改進教學方法

在數(shù)字圖像處理教學中，綜合運用課堂講授法、研究法、討論法和實驗法等教學方法，發(fā)揮各種教學方法的優(yōu)勢，引導學生積極參與教學。

對于一般的重點難點內(nèi)容，例如，圖像增強中的直方圖增強等模塊，同時以課堂講授和實驗法為主，在講解圖像增強理論的同時進行圖像直方圖增強實驗，在圖像增強原理講完之后直接出現(xiàn)直方圖增強的前后對比圖，可以激發(fā)學生的興趣和動手能力。

對于圖像邊緣檢測等一些難度相對較小的內(nèi)容，首先以講授法系統(tǒng)地講解其中一種邊緣檢測算法，其他與之原理相似的算法則運用討論法，以學生討論、交流為主，教師引導、點評為輔進行。

對于課堂難度較大的內(nèi)容如圖像恢復與重建，則采取研究法為主，其他方法為輔。促使學生主動思維，成為真正的學習主體，教師根據(jù)學生反饋的信息及時把握學生思維過程，成為真正的主導。

另外，對于圖像某一知識模塊的引入，可以適當設置一些懸念或疑問，再引出講授的主要內(nèi)容，即將教學過程設計成一個“產(chǎn)生疑問—尋求解決方法—解決疑問—再產(chǎn)生疑問—再尋求解決方法一再解決疑問……”的過程。這樣不僅有利于增強授課內(nèi)容的邏輯性，還有利于啟發(fā)學生的思維，激發(fā)學生的興趣及創(chuàng)新能力。

5 豐富教學手段

鑒于數(shù)字圖像理論知識比較豐富，實踐性比較強，應用領域比較廣的特點，以及現(xiàn)有教學設備、教學網(wǎng)絡環(huán)境的改善，《數(shù)字圖像處理》課程采用板書、多媒體課件、輔助教學軟件以及教學網(wǎng)絡平臺等多元化的教學手段。充分活躍課堂氣氛，提高教學效果，促進教學改革，提高學生的學習興趣及實踐動手能力，增強學生的信息素養(yǎng)，獲得了良好的教學效果。

對于數(shù)字圖像處理中典型算法的原理與推導等難度較大的內(nèi)容，以板書為主，通過對公式的推理計算，體現(xiàn)出知識的邏輯性和嚴謹性。同時適當輔以多媒體課件對圖像處理的結(jié)果進行演示，以加速學生對授課內(nèi)容的理解，增強了學習的直觀性、生動性和趣味性。

針對本課程的特點，開發(fā)了輔助教學軟件，利用該軟件在課堂教學中將圖像處理算法的實際效果進行隨堂演示，從而將枯燥的理論推導轉(zhuǎn)化為立竿見影的實際操作。讓學生充分感受到數(shù)字圖像處理技術的巨大魅力，從而降低了理論知識學習的難度，增加了課堂的信息量、激發(fā)了學生的學習興趣，實現(xiàn)了化靜態(tài)為動態(tài)，化抽象為直觀，化復雜為簡潔，使課堂教學的效率大大提高。此外，又鍛煉了學生的研究性學習能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維。

根據(jù)課程教學標準，進一步改革教學實踐，安排了實驗教學，并將實驗內(nèi)容劃分為驗證性實驗和設計型實驗。驗證型實驗的設計，要求學生掌握數(shù)字圖像處理、基本操作處理和簡單的典型算法編程，從而實現(xiàn)對課堂上理論知識的學習鞏固，增強了學生的編程能力和基本的項目開發(fā)能力。設計型實驗需要學生對源代碼進行分析研究、修改或補充，動手設計一些綜合性或創(chuàng)新性的算法，分析實驗結(jié)果，寫出實驗報告或論文。既培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力，又提高了學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

利用大學提供的教學網(wǎng)絡平臺，把圖像處理課程的教學標準、授課教案、教學課件、習題、實驗指導以及相關參考資料都上傳到此教學網(wǎng)絡平臺。同時引導學生在網(wǎng)絡上積極討論關于圖像處理方面的一些最新研究等話題，激發(fā)學生討論及思考。另外，學生對于未消化的難點，也可以在網(wǎng)絡平臺上提出，教師及時通過教學平臺進行回復，實現(xiàn)課后數(shù)字圖像處理教學的互動，從而作為課堂學習的補充。教學網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)了教學資源的共享，課后教學的互動，豐富了教學手段，為開展多種形式的教學奠定基礎。

6 改革考核方法

課程考核對于加強學生對學習內(nèi)容的掌握、實驗技能的提高、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有很大的促進作用。然而，傳統(tǒng)的閉卷考試，主要考核學生對課堂教學內(nèi)容的理解和掌握，容易使得學生將注意力放在背記考點及研究考試技巧上?！稊?shù)字圖像處理》課程是一門實踐性很強的課程，僅采用這種評價方式將難以調(diào)動學生實踐學習的積極性，達不到良好的效果。

在考核方法的改革上，對《數(shù)字圖像處理》課程采用了綜合性的考核方法。期末考試采用筆試開卷方式，主要強調(diào)學生對數(shù)字圖像處理技術基礎理論的宏觀掌握。在考試題目設計上，重點強調(diào)學生知道如何去尋找解決問題的方案，考核學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力；同時增強實驗成績的比重，根據(jù)學生對實驗內(nèi)容的完成情況，以及創(chuàng)造性解決圖像處理問題的能力，對實驗成績進行評分。另外，還將平時的聽講，回答問題，作業(yè)的情況列入平時成績。因此《數(shù)字圖像處理》課程最終的考核成績包括三個部分：期末考試成績（占50%），實驗成績（占30%）和平時成績（占20%）。

通過課程考核方法的改革，不僅有效地檢驗了學生對《數(shù)字圖像處理》課程的綜合掌握程度，而且還能激發(fā)學生學習的積極主動性，提高了實踐創(chuàng)新能力。

7 結(jié)語

隨著信息技術不斷發(fā)展和完善，數(shù)字圖像處理技術也在不斷發(fā)展，并且越來越多地應用于各個領域，相應地，數(shù)字圖像處理課程的教學改革和實踐也應與時俱進，結(jié)合國內(nèi)外科研和教學成果，不斷吸收新知識，豐富教學內(nèi)容；根據(jù)教學內(nèi)容靈活運用各種教學方法，使學生在掌握數(shù)字圖像處理基本理論和方法的基礎上，培養(yǎng)學生的實踐動手能力，創(chuàng)新意識與綜合設計能力，使學生的信息綜合設計能力和科學研究能力有明顯地提高。激發(fā)學生主動學習的興趣，提高學生進行研究性學習的能力，同時進一步提高教學質(zhì)量和教學水平，真正培養(yǎng)出具有開拓精神和創(chuàng)新意識的現(xiàn)代化新人。

參考文獻：

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