楊奮林

摘 要： 《數(shù)字圖像處理》是信息與計算科學(xué)專業(yè)一門專業(yè)核心課。本文根據(jù)信計專業(yè)本身的特性、課程體系設(shè)置和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合近四年來的教學(xué)實踐，從教材和教學(xué)內(nèi)容、方法和實踐教學(xué)及考核方式等方面對信息與計算科學(xué)專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)進行了探討。

關(guān)鍵詞： 《數(shù)字圖像處理》 信息與計算科學(xué) 實踐教學(xué) 考核方式

信息與計算科學(xué)專業(yè)是原計算數(shù)學(xué)與應(yīng)用軟件、運籌與控制科學(xué)、信息科學(xué)三個專業(yè)整合而成的多學(xué)科交叉的應(yīng)用型專業(yè)?！稊?shù)字圖像處理》是該專業(yè)一門專業(yè)核心課，內(nèi)容涉及光學(xué)系統(tǒng)、微電子技術(shù)、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域。隨著計算機的迅猛發(fā)展，圖像處理技術(shù)已在通信工程、工業(yè)控制、醫(yī)療診斷、機器視覺、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字圖書館等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生很好地理解信息的內(nèi)涵，知道信息與計算科學(xué)專業(yè)到底有什么用和怎么去用，以及該專業(yè)的前景。

本文通過分析信息與計算科學(xué)專業(yè)本身的特性，結(jié)合近五年來的教學(xué)實踐，從教材和教學(xué)內(nèi)容選取，課堂的組織和實踐教學(xué)，以及考核方式等環(huán)節(jié)進行探討，取得較好的成效。

一、信息與計算科學(xué)專業(yè)特性

信息與計算科學(xué)專業(yè)是數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信息工程等廣泛學(xué)科的交叉，遠超越出數(shù)學(xué)學(xué)科的范疇；以信息科學(xué)與科學(xué)計算為核心方向；主要研究“信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)與運用現(xiàn)代計算工具高效求解科學(xué)與工程問題的數(shù)學(xué)理論與方法” 。該專業(yè)本科生主要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、信息與計算科學(xué)的基本理論、方法和技能。因此，該專業(yè)學(xué)生具有較強的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和具備一定的計算機方面的功底[1，2，3]。

我校信息與計算科學(xué)專業(yè)是從2002年開始招生。數(shù)字圖像處理一直是該專業(yè)一門專業(yè)核心課。該課程一般安排在四年級上半學(xué)期。在學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了矩陣計算、微分方程數(shù)值方法、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)類的專業(yè)基礎(chǔ)課，并且運用Matlab編寫簡單的程序[4，5]。

二、教材和教學(xué)內(nèi)容選取

基于信息與計算科學(xué)專業(yè)的特性，教材選用岡薩雷斯版的《數(shù)字圖像處理》，該教材側(cè)重于對數(shù)字圖像處理基本概念和方法的介紹，是數(shù)字圖像信息處理領(lǐng)域的一本經(jīng)典著作。主要內(nèi)容包括數(shù)字圖像基礎(chǔ)、空間域和頻域的圖像增強、圖像復(fù)原、小波變換及多分辨率處理、1圖像壓縮、彩色圖像處理、形態(tài)學(xué)圖像處理、圖像分割、表示與描述和目標(biāo)識別[6]。

教學(xué)中我們以灰度圖像為基礎(chǔ)，著重講述空間域和頻域的圖像增強、圖像復(fù)原、小波變換及多分辨率處理、圖像壓縮和圖像分割的基本理論、典型方法和使用技術(shù)。簡單介紹彩色圖像處理、形態(tài)學(xué)圖像處理、表示與描述和目標(biāo)識別。

三、課堂的組織和實踐教學(xué)

實驗教學(xué)和實踐是學(xué)習(xí)掌握各種數(shù)字圖像處理技術(shù)的重要方法，也是鞏固所學(xué)知識、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)。由于數(shù)字圖像處理是綜合性很強的邊緣學(xué)科，對實驗和實踐教學(xué)的總體過程系統(tǒng)性、整體性的設(shè)計和安排要求高。雖然信息與計算科學(xué)專業(yè)學(xué)生具有較強的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和具備一定的計算機方面的功底，但受原有教學(xué)模式的影響，實驗和實踐內(nèi)容沒有科學(xué)的論證和合理的規(guī)范，甚至一些至關(guān)重要的實踐環(huán)節(jié)也被省略，這在某種程度上導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)理論的理解和應(yīng)用能力的降低[6-12]。

實驗教學(xué)主要強調(diào)理論知識和實踐能力的結(jié)合。為了很好地理解和掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)，我們選擇圖像灰度增強、圖像壓縮、圖像域值分割中幾個最典型的算法，如圖像的讀取和顯示、直方圖均衡化、平滑和銳化濾波、膨脹和腐蝕等作為實驗教學(xué)的主要內(nèi)容。這些內(nèi)容形象、直觀、具有代表性，有助于學(xué)生通過實踐掌握理論知識，提高學(xué)生的編程能力。

在實驗教學(xué)期間，開展第二課堂。將學(xué)生分組，每組給出一個實際的學(xué)期項目，讓學(xué)生在實踐中錘煉，有助于較快地提高學(xué)生的理論認知水平和解決實際問題的能力，有效地培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，提高學(xué)習(xí)積極性，促進對知識的綜合掌握和靈活應(yīng)用。

四、 考核方式的探索

數(shù)字圖像處理是信息與計算科學(xué)專業(yè)的核心課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、實現(xiàn)方法和使用技術(shù)，了解數(shù)字圖像處理國內(nèi)外的發(fā)展方向。培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。課程考核主要是衡量學(xué)生對課堂所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度。就數(shù)字圖像處理這門課程而言，如果考核結(jié)果只由期終考試的分?jǐn)?shù)來定，就很難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，達到本課程的學(xué)習(xí)目的，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。為此，我們將期末考試成績、實驗成績、學(xué)期項目成績和平時成績納入考核，課程最終的考核成績綜合這四個部分。

經(jīng)過對信息與計算科學(xué)專業(yè)多年的教學(xué)實踐和探索，我們通過對數(shù)字圖像處理的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系、實驗體系的改進，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力和動手解決實際問題能力。

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資助項目：吉首大學(xué)實驗教學(xué)改革研究項目（項目編號：2014SYJG025），吉首大學(xué)獨立設(shè)置實驗（實訓(xùn)）課程建設(shè)項目（項目編號：JDDL2016007）。