阮秋琦 安高云 趙宏偉 金一

[摘 要]文章圍繞研究生核心課程建設，提出了六個突出的建設思路：核心課程建設要突出知識體系的完備性;教學內(nèi)容要突出先進性，即要及時反映學科領域前沿和最新的科技成果;教學資源建設要突出多方位的立體化結(jié)構(gòu);教學要突出先進的教學方法和現(xiàn)代化教學手段的運用;要突出教學團隊建設的重要性;要突出思政內(nèi)容的自然融入。數(shù)字圖像處理學核心課程建設的實踐證明，六個突出理念在核心課程建設及人才培養(yǎng)中起到了很好的作用。

[關鍵詞]核心課程;研究生;數(shù)字圖像處理學核心課程;課程建設

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0175-04

我國恢復研究生培養(yǎng)制度以來，已走過了42個年頭。2018年是我國研究生教育恢復招生40周年，就當時的統(tǒng)計資料來看，40年來我國累計招收研究生近600萬人，其中，碩士研究生529萬人，博士研究生69萬人。目前，我國在校研究生近200萬人，僅次于美國，成為世界研究生教育第二大國。建設世界一流大學和一流學科是黨中央、國務院做出的重大戰(zhàn)略決策，這對提升我國教育發(fā)展水平、增強國家核心競爭力、奠定長遠發(fā)展基礎具有十分重要的意義。國家在實施“211工程”“985工程”的基礎上，創(chuàng)新實施方式，統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設，以一流為目標、以學科為基礎、以績效為杠桿、以改革為動力，著力推動一批高水平大學和學科進入世界一流行列或前列，到21世紀中葉，一流大學和一流學科的數(shù)量和實力進入世界前列，基本建成高等教育強國。這標志著我國研究生教育進入了新的階段。

研究生的畢業(yè)論文評價中有一段標志性語言，即：對碩士生是“在本門學科已掌握了堅實的基礎理論和系統(tǒng)的專門知識”;對博士生是 “在本門學科已掌握了堅實寬廣的基礎理論和系統(tǒng)深入的專門知識”，這是對不同層次的研究生知識水平的評價，也是我們培養(yǎng)研究生的基本目標。

要使研究生培養(yǎng)達到這樣的水準和目標，課程建設是其中至關重要的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。因此，要優(yōu)化研究生課程體系，提升課程教學在研究生培養(yǎng)中的基礎性作用，推動研究生課程教學整體上一個臺階，提高創(chuàng)新性人才的能力培養(yǎng)，開展研究生核心課程建設是十分必要的。

數(shù)字圖像處理學是一門起源于20世紀20年代的科學與技術，由于遙感、醫(yī)學等領域的應用，圖像處理技術逐步受到關注并得到相應的發(fā)展。1964年美國的“噴氣推進實驗室”處理了由太空船“徘徊者七號”發(fā)回的月球照片，這標志著第三代計算機問世后，數(shù)字圖像處理技術開始得到重視及普遍應用。CT的發(fā)明、應用及獲得備受科技界矚目的諾貝爾獎，讓圖像處理技術大放異彩。其后，數(shù)字圖像處理技術發(fā)展迅速，目前已成為工程學、計算機科學、信息科學、統(tǒng)計學、物理、化學、生物學、醫(yī)學甚至社會科學等領域中各學科之間學習和研究的對象[1]。

大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等科學技術的快速發(fā)展，以及5G的日益成熟及應用，為圖像信息的獲取、存儲、傳輸、處理及表現(xiàn)提供了越來越優(yōu)越的條件，同時，其應用領域也不斷擴展。如今，它已成為人類獲取信息的重要來源及利用信息的重要手段。圖像處理科學又是一門與國計民生緊密相連的應用科學，它給人類帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，它的發(fā)展及應用與我國的現(xiàn)代化建設聯(lián)系密切，對我國現(xiàn)代化建設影響深遠。在高等院校里，數(shù)字圖像處理這門課程一直是電子信息類學科及相關學科重要的專業(yè)基礎課和專業(yè)學位課，也是信息與通信工程學科中的重點研究方向。隨著教育教學改革的深入，生源的數(shù)量及素質(zhì)以及培養(yǎng)目標的變化，數(shù)字圖像處理學研究生課程的建設與改革也亟待向縱深推進，把該課程建成研究生優(yōu)質(zhì)核心課程也是一流學科建設的一個重要任務。

一、核心課程建設的主要框架與內(nèi)涵

核心課程建設的主要框架與建設內(nèi)容及聯(lián)系如圖1所示。

從圖1中可以看出，優(yōu)質(zhì)核心課程的建設涉及課程在各個學科中的定位、課程建設的標準、課程建設的內(nèi)容、教師隊伍的建設、教學模式及教學法研究、課程質(zhì)量的監(jiān)控、教學資源建設以及思政內(nèi)容的建設及融入等八個方面。在建設過程中，要始終在新模式與理念的創(chuàng)新、先進的頂層設計與規(guī)劃、科學管理與評估的指導之下進行，以便使課程建設平穩(wěn)有序地推進。

（一）核心課程定位

核心課程該如何定位與確定，是優(yōu)質(zhì)核心課程首先要解決的問題之一。在國務院學位委員會的學科目錄中大家會看到，每個學科都有本學科業(yè)務范圍的界定，它反映了該學科的研究生必須掌握的主要知識，反映了該學科的獨特性和不可替代性的知識內(nèi)涵。因此，能夠代表本學科主要業(yè)務的“看家的”課程就應該定位為本學科的核心課程。

（二）核心課程的建設標準、建設內(nèi)容、隊伍建設及教學方法

在核心課程的建設中，我們始終堅持六個突出的標準。下面以數(shù)字圖像處理學課程建設為例來說明。

1.核心課程的知識體系要突出完備性

核心課程的知識體系及教學內(nèi)容是核心課程建設的主旋律，是核心課程建設的基本出發(fā)點之一。因此，核心課程要與一流學科的建設要求相匹配，要與國際先進教學理念和經(jīng)驗相接軌。

數(shù)字圖像處理學是一門理論涉及范圍廣、技術發(fā)展速度快、實踐手段要求高、實際應用領域?qū)挼膶I(yè)課程（針對不同學科和專業(yè)，課程的性質(zhì)也不同）。因此，在研究生課程建設中要體現(xiàn)教學內(nèi)容的堅實性、寬廣性。例如，在微積分、概率統(tǒng)計與隨機過程、泛函分析、拓撲學、最優(yōu)化理論等數(shù)學工具在本課的教學上要體現(xiàn)出清晰的概念、嚴密的推理以及算法的合理演化，既要體現(xiàn)嚴密的邏輯思維方法，又要體現(xiàn)合理的工程簡化。又如，當涉及通信原理、電路分析、數(shù)字信號處理、信號與系統(tǒng)等專業(yè)基礎理論時，要重點啟發(fā)從一維到二維甚至是高維的合理的理論推廣，同時也要強調(diào)推廣中出現(xiàn)的新性質(zhì)，以便于學生理解，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維習慣，從而達到研究生培養(yǎng)的目標，即“具有堅實寬廣的基礎理論和系統(tǒng)深入的專門知識”的目的。

2.核心課程的教學內(nèi)容要突出與時俱進性

課堂教學既要保持課程內(nèi)容、體系的完整性，又要及時反映本學科的最新研究成果，同時，還要積極整合成熟的科研成果進課堂，使研究生不僅能通過課堂教學掌握堅實寬廣的基礎理論和系統(tǒng)的專門知識，而且能通過核心課程建設，促進本門課程理論體系的逐步完善和充實。

當今計算機與信息領域的發(fā)展十分迅速，諸如大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、5G移動通信等研究領域的發(fā)展如火如荼。在這些領域中，數(shù)字圖像處理理論與技術都起著重要的支撐作用。如圖像是數(shù)據(jù)量最大的信息源，與大數(shù)據(jù)技術密切相關;在人工智能中的人臉識別、車輛的自動駕駛、工業(yè)生產(chǎn)中的自動控制與質(zhì)量檢測等應用領域，圖像處理都扮演著重要角色[2];虛擬現(xiàn)實中的虛擬場景生成和人機自然交互關鍵技術等也都離不開圖像處理技術;5G的重要特點是帶寬寬、延時短、視頻表現(xiàn)流暢，這些特點都是視頻圖像傳輸與處理的基本要求。因此，數(shù)字圖像處理學課程的教學要與時俱進，適時地引入如深度學習、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡、偏微分方程在圖像處理中的應用等新概念、新成果，以實現(xiàn)科研成果進課堂，加深研究生對理論的理解，以便他們掌握本門學科的發(fā)展進程。

3.核心課程的教學資源建設要突出立體化

核心課程建設的重要內(nèi)容之一是教材及教學平臺的建設。核心課程教材應是系列化的優(yōu)秀教材，教材要充分體現(xiàn)系統(tǒng)性、科學性、完整性、先進性和實踐性，同時重視教學資源建設，充分利用現(xiàn)代教育技術及手段將涉及本課程的教學和資源（教材、教學大綱、教案、習題、實驗指導、參考文獻、課件、授課錄像、MOOCS和教學案例等）在網(wǎng)站上呈現(xiàn)，形成以現(xiàn)代教育技術為核心的學習平臺，為研究生提供豐富的立體化的自主學習資源，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享。

教材建設是高校人才培養(yǎng)中永恒的主題[3-4]。綜觀世界知名的一流大學，都有大量知名品牌的系列教材，其結(jié)構(gòu)之合理，內(nèi)容之完備，知識之系統(tǒng)，流傳之廣泛，都為一流的知名院校奠定了堅實的基礎。教材不同于科技專著，它是一種獨具特色的著作。一本好的教材是經(jīng)過專家教授多年的精心設計與組織，在教學及科研實踐中經(jīng)過多年的積淀與提升，集成熟的基礎知識與專業(yè)知識之精華編著而成?！稊?shù)字圖像處理學》教材的編著是本著如下指導思想進行的[4]。

（1）系統(tǒng)性。一本好的教材應該具有系統(tǒng)性，使學習者通過本門科學的學習對知識有系統(tǒng)的掌握，便于學習者在學習本門知識時，能做到舉一反三、融會貫通。

（2）科學性。任何一門科學都有其獨特的核心內(nèi)容、基本概念、基本方法和應用對象及范圍，如何從學習者的認知規(guī)律出發(fā)，從建立基本概念入手，引領學習者自然而順利地進入本科學的大門，進而牢記基本概念，掌握基本原理及方法，通過基本應用實例和實踐活動加深對本門科學的理解是教材的重要特點[4]。

（3）完整性。一本好的教材應該是內(nèi)容完整、概念清楚、通俗易懂、懸念極少的科學著作。它應該對本門科學的發(fā)生起因、發(fā)展歷史、核心內(nèi)容、基本概念及定義、重要理論的推導、具體的實現(xiàn)方法、本科學與相關科學的關系、本學科的發(fā)展趨勢及當前的熱點做完整的闡述。同時，對重要的基礎知識做提綱攜領地鋪墊也是十分必要的[4]。

（4）先進性。對于一本專業(yè)教材，先進性是其突出特點。因此，對教材進行適時的修訂是十分必要的，電子信息類的專業(yè)教材更是如此。隨著科學技術的發(fā)展，把成熟的先進知識適時地融入專業(yè)教材是保持教材先進性的必由之路[4]。

（5）實踐性。一本好的教材一定要配合一定數(shù)量的習題與實驗。以應用科學為主的理工科研究生的培養(yǎng)必須注重科學實驗。它對研究生掌握本門科學的基本概念、基本方法及培養(yǎng)研究生的動手能力、解決問題的能力至關重要。我們在近40年的教學、科研的基礎上編著的《數(shù)字圖像處理學》一書，取得了較好的效果[4]。

4.核心課程教學要突出先進教學方法和現(xiàn)代化教學手段的運用

根據(jù)數(shù)字圖像處理學的課程特色，結(jié)合教學內(nèi)容，以現(xiàn)代信息技術為手段，轉(zhuǎn)變教學理念，改革教學方法，豐富教學手段，形成案例式、反轉(zhuǎn)式、研討式、實踐式等多種途徑、多種媒體形式有機結(jié)合的“立體化”教學是核心課程建設的重點之一。

教學法研究是教學中永恒的主題，也是“教育學”中的科學命題。我國教育學的起源可追溯至公元前403年的“學記”。實際上，我國的孔子、后來捷克的教育家夸美紐斯、德國的教育家赫爾巴特、美國的教育家杜威等都為教育學的發(fā)展做出了重要貢獻，他們提出的教育理念與教學法至今仍然受到重視。在研究生教學中推行探究性教學是提高教學質(zhì)量的必由之路。探究性教學必須具備六個要素：（1） 知識體系具有完備性。（2） 教學進程符合認知規(guī)律。（3） 教學內(nèi)容極具啟發(fā)性。（4） 實驗與理論教學配合緊密，具有研究探索因素。（5） 教學環(huán)節(jié)張弛有度，能賦予學生較大的自我發(fā)揮空間。（6） 能夠最大限度地調(diào)動學生的積極性、想象力、創(chuàng)造性，同時注重以下教學環(huán)節(jié)的改革與提升：①理論教學。因為理論教學是掌握知識和培養(yǎng)研究性思維習慣的重要途徑。②實驗教學。實驗教學是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)研究生解決復雜問題和動手能力的重要手段。③科學的講授藝術。教學是一門藝術，豐富的知識面、生動的表達能力、引人入勝的渲染是激發(fā)學生學習興趣的關鍵。教學又是雙邊活動，因此，教學中的師生互動也是啟發(fā)學生主動思考、積極探索、認真研究的重要環(huán)節(jié)。④現(xiàn)代化教學手段的運用?，F(xiàn)代化教學工具的運用是提高課堂信息量和加深學生理解的重要形式，特別是數(shù)字圖像處理學課程教學應充分利用視覺信息的特點來提高教學效果，這是一種事半功倍的教學法。⑤科學研究進展的引領作用?？茖W在不斷地發(fā)展，新的理論及應用成果不斷涌現(xiàn)，適時地將這些理論及成果引入課堂教學中，可啟發(fā)研究生進行深入的探究，激發(fā)他們的學習興趣。科學研究成果的適時引入對研究性教學具有重要的引領作用。⑥教材建設。教材是知識的重要載體，也是教學活動的基礎性文獻和教學改革成果的結(jié)晶，它體現(xiàn)了人才培養(yǎng)計劃中知識結(jié)構(gòu)設計的精髓。一流的精品教材是研究生核心課程建設的標志性成果。

總之，任何一門科學或課程都有自己的科學體系及獨特的魅力，在課程教學中大力突出具有研究性思維訓練價值的內(nèi)容，把它們作為重要的知識點，強調(diào)創(chuàng)新性思想的意義及價值，并以此作為教學的主線，著力培養(yǎng)研究生的研究性思維習慣是評價核心課程的重要準則之一。

5.核心課程建設要突出教學團隊的建設

核心課程必須由學術造詣高、教學經(jīng)驗豐富的教授主講，通過核心課程的建設，形成一支結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定、教學水平高、教學效果好的教師團隊，這也是核心課程建設的重要任務。任課教師要加強與國際一流學科的交流與合作，通過“走出去”“引進來”，對標核心課程教學的國際先進水平。目前，數(shù)字圖像處理學課程的教學團隊經(jīng)長期的建設與培育，已形成了以國家級教學名師領銜的老、中、青相結(jié)合的教師隊伍。

6.核心課程建設要突出思政內(nèi)容的自然融入

傳道授業(yè)解惑，重在傳道，這是人才培養(yǎng)的要義。專業(yè)課里的思政內(nèi)容可塑造研究生的人生品格，激勵研究生立鴻鵠之志、做圓夢之人。數(shù)字圖像處理學是自然科學中的一個分支，它的發(fā)生、發(fā)展、成熟與應用是幾代科學家不懈努力的結(jié)果，它的發(fā)展歷程無不貫穿著自然辯證法的精髓。如傅里葉的科學精神、倫琴教授敏銳的觀察能力、山農(nóng)的創(chuàng)新性研究經(jīng)歷、加博爾的持之以恒、維納的成長歷程，以及我國的嫦娥一號發(fā)回的月球高清圖像的成果等，這些都是該課程極好的思政素材。思政內(nèi)容是運用德育中的學科思維，提煉專業(yè)課程中蘊含的文化基因和價值觀，并將其具體化、生動化，通過潤物細無聲的教學藝術融入理想、信念，從而不斷完善“三全育人”格局，努力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展和具有家國情懷、創(chuàng)新精神、國際視野可擔當民族復興大任的卓越科技英才。

（三）課程質(zhì)量的監(jiān)控

為保證核心課程的教學質(zhì)量，必須有一定的考核監(jiān)控機制，例如：定期考試、隨堂測驗、課堂交流、作業(yè)點評、多樣化實驗命題、綜合性實驗報告及研討等，以實現(xiàn)動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控，培養(yǎng)研究生科學研究和解決復雜工程問題的能力，從而讓研究生逐步養(yǎng)成創(chuàng)新性思維的習慣。

二、主要成果及效果

北京交通大學是我國最早開設數(shù)字圖像處理學課程的高校之一。它1979年便為首屆研究生開設了數(shù)字圖像處理學課程。我們結(jié)合科研成果開始自行編著適合本校研究生的參考用書，1985年由中國鐵道出版社出版的《數(shù)字圖像處理基礎》教材。在40多年的研究生教學實踐中，隨著數(shù)字圖像處理科學的不斷發(fā)展，我們不斷進行教學改革，逐步修訂教學大綱及教學內(nèi)容，先后出版了新的教材《數(shù)字圖像處理學》（一、二、三版）?！稊?shù)字圖像處理基礎》《數(shù)字圖像處理學》教材建設項目獲北京市教學成果獎，并于2005年被評為北京市精品教材。數(shù)字圖像處理學課程也被評為北京市精品課。其后，在國家質(zhì)量工程中陸續(xù)被評為國家級精品教材和國家級精品課程、資源共享課等?，F(xiàn)在，數(shù)字圖像處理學課程在北京交通大學不僅是信息與通信工程、生物醫(yī)學工程、控制科學與工程、計算機科學與技術等學科重要的專業(yè)基礎課，也是機械工程、土木工程、電氣工程及光學工程等其他學科的重要選修課。為與國際接軌，課程負責人引進并翻譯了美國著名圖像處理領域的專家岡薩雷斯的八部著作，有效促進了本門學科的發(fā)展。

在數(shù)字圖像處理學課程建設中，我們收集和編制了大量的標準圖像、典型算法及MATLAB實現(xiàn)程序、教學PPT、MOOCS等學習資料，這給研究生及科研工作者的學習及實踐帶來了極大的便利。此外，為配合案例教學，我們結(jié)合多年的科學研究成果，開發(fā)和整理了十二個教學案例，這不僅豐富了教學內(nèi)容，也為培養(yǎng)研究生解決實際問題的能力提供了完整的“立體化”素材。

結(jié)合研究生核心課程建設，我們遵循以下教學規(guī)律：1.以理論教學為引導，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維習慣;2.以實驗教學為基礎，培養(yǎng)學生的探究能力;3.以講授藝術為抓手，提高教師的教學水平;4.以可視技術為手段，提高學生的學習效率和學習興趣;5.以科研成果為素材，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識;6.以精品教材為載體，加強課程的基礎建設;7.以思政內(nèi)容的融入來培養(yǎng)學生的愛國情懷。實踐證明，這些都是核心課程建設行之有效的經(jīng)驗與規(guī)律。

三、結(jié)論

本文結(jié)合數(shù)字圖像處理學的知識體系和課程特點，基于核心課程的建設目標，提出了六個突出的建設思路：核心課程建設要突出知識體系的完備性，教學內(nèi)容要突出先進性，教學資源建設要突出多方位的立體化結(jié)構(gòu)，教學要突出先進的教學方法和現(xiàn)代化教學手段的運用，要突出教學團隊建設，要突出思政內(nèi)容的自然融入。同時，圍繞核心課程建設思路提出的教材建設的五個要點、研究性教學的六個要素及教學中的六個環(huán)節(jié)在核心課程建設及實踐中取得了良好的教學效果，對提高研究生培養(yǎng)的整體素質(zhì)具有積極的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 阮秋琦.數(shù)字圖像處理學[M].第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 尹輝，阮秋琦，于雙元，等.計算機與信息大類招生模式下的多學科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革與實踐[J].計算機教育，2014（13）：10-14.

[3] 顧秉林.創(chuàng)新是研究性大學的成功之道[N].中國教育報，2007-11-19（6）.

[4] 阮秋琦.以研究性教學培養(yǎng)創(chuàng)新性人才[J].中國大學教學，2008（12）：23-25.

[責任編輯：陳 明]