申琪琪，馬苗，武杰，田卓鈺

（陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安）

一 引言

2020年5月，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出：“理學(xué)、工學(xué)類專業(yè)課程要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場觀點(diǎn)方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力”[1]。結(jié)合新工科建設(shè)要求，各高校工學(xué)類專業(yè)教師在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中，應(yīng)關(guān)注學(xué)生的工程倫理教育，培養(yǎng)其精益求精的大國工匠精神，激發(fā)工科類學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)精神，加強(qiáng)研究生對社會主義建設(shè)者和接班人的使命感，使得思想教育與知識傳授同向同行。

二 《數(shù)字圖像處理》課程簡述

課程思政指在各種非思政課中巧妙地融入思政元素，力爭做到潤物細(xì)無聲地逐步影響學(xué)生的道德品行，從理論知識、價(jià)值理念以及精神追求等方面逐一提升。課堂是人才培養(yǎng)的主陣地，因此教師在教學(xué)過程中將思政教育元素融入教學(xué)當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生了解國情、黨情和民情，增強(qiáng)對黨的理論創(chuàng)新的政治認(rèn)同、思想認(rèn)同、情感認(rèn)同，堅(jiān)定四個(gè)自信意義重大。

為建設(shè)高水平人才培養(yǎng)體系，重點(diǎn)抓好高校課程思政建設(shè)，陜西師范大學(xué)出臺了一系列鼓勵政策和措施，在本科生和研究生課程中均涌現(xiàn)出一批示范思政課和優(yōu)秀案例，努力實(shí)現(xiàn)思政課程與課程思政相輔相成，培養(yǎng)高質(zhì)量優(yōu)秀人才[2]。

《數(shù)字圖像處理》是我校計(jì)算機(jī)類研究生的專業(yè)選修課程，也是計(jì)算機(jī)視覺方向中十分重要的基礎(chǔ)課程，對很多研究生后續(xù)的科學(xué)研究工作起到承上啟下的重要作用。課程要求學(xué)生掌握圖像的數(shù)字化以及基本的圖像處理原理和方式，引導(dǎo)研究生將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到各自的研究領(lǐng)域?？紤]到課程特點(diǎn)，我們選用了國內(nèi)外有較好聲譽(yù)的經(jīng)典教材——《數(shù)字圖像處理》（岡薩雷斯著）第三版。

此教材不僅講述數(shù)字圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本原理和基本方法，而且提供了醫(yī)學(xué)、天文、交通等各個(gè)領(lǐng)域的豐富實(shí)例。通過這些基礎(chǔ)專業(yè)知識和各類應(yīng)用實(shí)例分析可以精心設(shè)計(jì)和提煉很多思政元素，自然地融入第一課堂，培養(yǎng)研究生勇于探索的科學(xué)家精神、精益求精的工匠精神，激發(fā)他們的專業(yè)自信與責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，牢固樹立科技報(bào)國的理想信念。尤其在新工科建設(shè)背景下，人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，與之密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)對工科學(xué)生來說意義重大。通過本課程的學(xué)習(xí)，研究生不僅應(yīng)掌握相關(guān)的專業(yè)技術(shù)知識，而且能夠?qū)W以致用，善于發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜工程問題，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，不斷提高綜合素質(zhì)，為將來走向工作崗位積累經(jīng)驗(yàn)、鍛煉本領(lǐng)，成為一名合格的社會主義建設(shè)者和接班人。

三 教學(xué)內(nèi)容與思政元素分析

本文以教材第3章“灰度變換與空間濾波”為例，探討“教書”與“育人”同頻共振的新模式。該章特點(diǎn)是在空間域?qū)D像進(jìn)行處理，其中：灰度變換對圖像進(jìn)行點(diǎn)處理，即操作對象是單個(gè)像素；空間濾波則進(jìn)行鄰域處理。

該章主要內(nèi)容是通過一系列灰度變換與空間濾波技術(shù)來完成圖像增強(qiáng)，從而改善圖像的視覺效果，便于人們觀察分析，或者便于進(jìn)一步的對圖像進(jìn)行處理。重點(diǎn)講授6部分的內(nèi)容（含實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)），包括：背景知識、灰度變換函數(shù)、直方圖處理、空間濾波基礎(chǔ)以及空間濾波器的原理及使用等[4]。教學(xué)內(nèi)容的樹圖框架如圖1所示。

圖1 第3章 灰度變換與空間濾波的知識樹

通過課堂講授，在知識層面要求學(xué)生熟練掌握相關(guān)知識點(diǎn)；在價(jià)值引領(lǐng)方面，著力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，例如科學(xué)的邏輯思維和計(jì)算思維方法，唯物主義世界觀的方法，大國工匠精神、家國情懷及四個(gè)自信等。

各知識點(diǎn)與提煉的思政元素間的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 思政元素與對應(yīng)知識點(diǎn)關(guān)系

四 知識點(diǎn)對應(yīng)融入的育人元素

(一） 知識點(diǎn)“背景知識”

本節(jié)講授本章基礎(chǔ)知識，通過例子讓學(xué)生對這部分的知識有更加深刻的理解。如：對遠(yuǎn)紅外波段拍攝的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)操作，使圖像更加具有辨識度。在本章討論的內(nèi)容都是在空間域上進(jìn)行的，空間域技術(shù)不同于頻率域，空間域是直接在圖像像素上進(jìn)行操作。

思政部分融入的育人元素為：（1）以空間域與頻率域的差異為切入點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生遇到問題時(shí)，要多角度分析，嘗試用不同方法探索解決方案，善用矛盾分析法，用辯證的方法去思考和解決問題。（2）從課堂所舉的這些例子中，啟發(fā)學(xué)生頭腦風(fēng)暴圖像處理在其他行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用，比如在災(zāi)害監(jiān)測、病蟲害檢測、環(huán)境污染監(jiān)測等，以此鼓勵學(xué)生發(fā)散思維，獨(dú)立思考又相互討論，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和思辨能力。

（二） 知識點(diǎn)“灰度變換函數(shù)”

講授基本的圖像灰度變換函數(shù)，包括圖像反轉(zhuǎn)、對數(shù)變換、冪律（伽馬）變換和分段線性變換函數(shù)。重點(diǎn)是以貨幣圖像處理為例，展示分段線性變換函數(shù)的應(yīng)用；此外，結(jié)合本領(lǐng)域的最新進(jìn)展，引出深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新知識、新內(nèi)容。

思政部分融入的育人元素為：（1）依托貨幣圖像增強(qiáng)處理的應(yīng)用實(shí)例，引申到今天我國的移動支付。Worldplay發(fā)布的《2021全球支付報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，目前中國電子支付在所有支付方式中超過50%，我國移動支付處于世界領(lǐng)先地位，以此增強(qiáng)學(xué)生的道路自信。（2）從灰度變換函數(shù)擴(kuò)展至深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等最新技術(shù)，引申到天貓等各類大型購物網(wǎng)站的智能推薦系統(tǒng)，體現(xiàn)我國在科技發(fā)展中服務(wù)至上的態(tài)度和速度，增加學(xué)生的專業(yè)自信和民族自豪感。

（三） 知識點(diǎn)“直方圖處理”

講授直方圖處理方法，包括直方圖均衡化、直方圖匹配、局部直方圖處理及在圖像增強(qiáng)中使用直方圖統(tǒng)計(jì)。列舉醫(yī)學(xué)應(yīng)用實(shí)例，通過直方圖均衡化的方式處理紅細(xì)胞的醫(yī)學(xué)圖像，使得細(xì)胞的圖像更清晰，提高醫(yī)學(xué)臨床治療效果。

思政部分融入的育人元素為：（1）通過教材中的天文實(shí)例火星衛(wèi)星圖像分析，引導(dǎo)學(xué)生勇于創(chuàng)新思考，學(xué)會實(shí)例分析的方法，準(zhǔn)確分析目標(biāo)圖像，不斷探索最合適的方法，力爭起到最好的圖像增強(qiáng)效果，鍛煉學(xué)生精益求精的大國工匠精神。（2）醫(yī)學(xué)實(shí)例中的病灶信息不明顯會使醫(yī)生錯過重要信息，導(dǎo)致漏診誤診，以此激發(fā)學(xué)生對生命的敬畏，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識。（3）通過醫(yī)學(xué)中的實(shí)例，引申到近來的疫情，對于這樣的重大突發(fā)公共事件，黨的快速響應(yīng)與民眾的積極配合，堅(jiān)持“全國一盤棋”的方法論，使中國成為世界上疫情防控最好的國家，證明了中國特色社會主義制度的顯著優(yōu)勢，以此增強(qiáng)學(xué)生的制度自信。

（四） 知識點(diǎn)“空間濾波基礎(chǔ)”

講述空間濾波圖像的一些基本概念，包括空間濾波機(jī)理、空間相關(guān)與卷積、線性濾波的向量表示以及空間濾波器模板的產(chǎn)生[4]。學(xué)好本節(jié)是更好使用空間濾波進(jìn)行圖像處理的基礎(chǔ)。

思政部分融入的育人元素為：（1）以空間濾波器的大小為切入點(diǎn)，演示從1×1模板到7×7模板對圖像處理效果的影響，強(qiáng)調(diào)量變的積累引發(fā)質(zhì)變，引申到唯物辯證法的質(zhì)量互變規(guī)律。（2）引導(dǎo)學(xué)生避免實(shí)踐與理論脫節(jié)，眼高手低，以編程實(shí)踐的形式，把基礎(chǔ)打牢，體會和理解實(shí)踐與認(rèn)識之間的關(guān)系，通過實(shí)踐驗(yàn)證掌握本部分的核心知識。

（五） 知識點(diǎn)“空間濾波器”

講述各種空間濾波器的原理及使用。通過案例法講解和演示不同濾波器的特點(diǎn)，如觀測到的月球北極的圖片，在未經(jīng)處理的情況下，是比較模糊的，很難看清楚表面的一些細(xì)節(jié)，經(jīng)過銳化處理后，圖片的細(xì)節(jié)更清晰的顯現(xiàn)出來。

思政部分融入的育人元素為：（1）以濾波器的選擇為切入點(diǎn)，演示濾波器的圖像處理效果，均值濾波可以將圖像模糊化，但無法去除椒鹽噪聲，而中值濾波在處理椒鹽噪聲時(shí)有良好的表現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生具體問題具體分析。（2）以月球表面圖像處理實(shí)例為切入點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)太空探測的發(fā)展中，圖像處理技術(shù)起到的不可或缺的作用。在此基礎(chǔ)上，舉例我國航天事業(yè)的發(fā)展，簡介中國航天發(fā)展的四大里程碑，尤其是近年來取得的突破性進(jìn)展，增加學(xué)生對中國特色社會主義的道路自信。（3）通過鏡片的缺陷檢測和工業(yè)檢測飲料容量是否達(dá)標(biāo)的實(shí)例，展示邊緣檢測為代表的各種數(shù)字圖像處理技術(shù)潛在應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，鼓勵學(xué)生勤于思考、勇于創(chuàng)新、學(xué)以致用。

（六） 實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)

將來自于現(xiàn)實(shí)中的工業(yè)需求以項(xiàng)目的形式，分發(fā)小組完成，最后對項(xiàng)目作業(yè)進(jìn)行匯報(bào)展示，目的是檢測學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用能力，尤其對工科學(xué)生，鍛煉和檢驗(yàn)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

思政部分融入的育人元素為：（1）通過學(xué)生按小組進(jìn)行工程項(xiàng)目實(shí)踐，編程實(shí)現(xiàn)對工業(yè)制造中零部件毛刺定位或原材料計(jì)數(shù)的應(yīng)用，以此培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力。（2）在問題建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及編程實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生大局觀，盡可能優(yōu)化處理結(jié)果，精益求精，不斷提升項(xiàng)目呈現(xiàn)效果，使學(xué)生深刻體會大國工匠精神。

五 完善思政教育評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

課程思政的融入不是紙上談兵，其效果如何取決于育人成效，因此對于思政教育的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)給予充分的重視，課程思政效果的評價(jià)不同于專業(yè)課程的評價(jià)，其目的是讓受教育者內(nèi)化于心、外化于行。

我們在2021級計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院《數(shù)字圖像處理》課程進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐是：一方面，在第一課堂中把育人元素穿插在知識點(diǎn)講解過程中；另一方面，加強(qiáng)過程性評價(jià)，讓每位學(xué)生結(jié)合課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，實(shí)時(shí)總結(jié)自己的成長感受。結(jié)果表明，該年級研究生對課程的滿意度普遍提高，認(rèn)為通過課程學(xué)習(xí)樹牢了“四個(gè)意識”，堅(jiān)定了“四個(gè)自信”，增強(qiáng)了社會主義建設(shè)者和接班人的使命感，自身在創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和愛國主義精神方面有長足進(jìn)步[5]。

六 結(jié)語

專業(yè)課程的思政教育不能生搬硬套，而應(yīng)從講堂講授的知識點(diǎn)入手，深入挖掘育人元素，像鹽一樣，潤物無聲地助力學(xué)生成長成才[6]。本文以研究生《數(shù)字圖像處理》課程中第3章為例，探討了有關(guān)計(jì)算機(jī)類專業(yè)課的知識點(diǎn)與育人元素提煉等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對《數(shù)字圖像處理技術(shù)》類的研究生課程育人新模式有重要的參考意義和指導(dǎo)意義。