［摘 要］ 在新工科背景下，理工科專業(yè)課引進課程思政教學，對實現(xiàn)“三全育人”具有重要意義。數(shù)字圖像處理在許多領域得到廣泛應用，因其理論性與技術性較強，與人工智能關系密切而備受學生青睞。通過梳理了“數(shù)字圖像處理”課程從專題導言、理論算法及實踐等方面進行課程思政設計的思路，展示了課程思政的典型案例，并對專業(yè)課開展課程思政教學的路徑和舉措進行了探索和實踐，為新工科背景下的專業(yè)課程提升課程思政育人效果提供了參考。

［關鍵詞］ 課程思政；教學設計；數(shù)字圖像處理；新工科

［基金項目］ 2014年度國家自然科學基金“基于靜電感應的航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)全流量在線監(jiān)測及壽命預測方法研究”（51465047）

［作者簡介］ 周 虹（1973—），女，江西吉安人，博士，上海工程技術大學飛行學院高級工程師，主要從事飛行器智能檢測研究；徐海榮（1975—），女，山東煙臺人，碩士，上海工程技術大學飛行學院講師，主要從事飛行器智能維修研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）09-0000-04 ［收稿日期］ 2022-07-06

課程思政是近年來高校思想政治工作和專業(yè)課程融合建設的新理念，是國家對高校課程建設的新要求［1-2］。高校教師將思政元素融入專業(yè)課程教學，完成立德樹人的根本任務，已成為一項緊迫的時代課題［3］。數(shù)字圖像處理作為一門綜合性交叉邊緣學科，理論性和實踐性都很強，是我校交通運輸工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。課程包括理論講解和實驗指導，在思想政治育人方面具有很大的優(yōu)勢。首先，數(shù)字圖像處理技術與人工智能關系密切，新形勢下在許多領域得到廣泛應用，也與國家“高精尖”技術的戰(zhàn)略發(fā)展高度契合［4-5］。在理論知識點中挖掘思政元素，并從頭到尾貫穿于課堂教學內(nèi)容中，能引導學生增強民族自信與國家情懷；在實驗指導中融入思政元素，不僅培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，還有利于培養(yǎng)創(chuàng)新精神、團隊合作精神、社會責任感及工匠精神［6-7］。因此，本文從德融教學設計和教學實施兩個關鍵環(huán)節(jié)探討“數(shù)字圖像處理”課程思政的實踐。

一、德融教學設計

（一）德融教學總體設計

德融教學充分發(fā)揮課堂主渠道作用。教師可以在PPT中，將數(shù)字圖像處理理論或算法的PPT圖片替換為涉及思想政治育人的圖片，將思政元素融入課程的細微處，起到潤物細無聲的效果。如在講解圖像降噪時選用全民戰(zhàn)“疫”的圖片替換習慣上的Lena頭像，在《位平面分解》章節(jié)中將常用的美元圖片替換為中國名勝古跡或古代文物照片，而在《圖像增強》章節(jié)，選用中國載人航天神州飛船相關照片等。

德融教學設計的總體思想是：以專業(yè)課程教學為基本載體，從科學本源、求真出發(fā)，避免喧賓奪主，將德育和智育結合自然，通過案例式、啟發(fā)式教學，激發(fā)學生對所學專業(yè)的自豪感和對中國交通工程的使命感，增強對行業(yè)領域的發(fā)展信心，從而形成自主學習的學習動力。具體落腳點與對應的切入方法主要有三類，主要包括以下三個層次教學設計。

1.在《緒論》章節(jié)，總體概括專業(yè)發(fā)展和課程地位，介紹算法提出時的不凡經(jīng)歷等，引導學生樹立合適的專業(yè)目標，提升專業(yè)素養(yǎng)，增強科技自信。

2.在理論教學環(huán)節(jié)中，從科學本源出發(fā)，將算法原理本身所隱含的哲學道理，由科學上升到哲學，有理有據(jù)，自然結合融入德育，完成專業(yè)課程傳授知識培養(yǎng)能力與思想政治教育的雙重功能。

3.在實驗教學環(huán)節(jié)中，不僅要鍛煉學生的實驗動手能力，而且要堅持實事求是和嚴謹認真的態(tài)度，引導學生樂于觀察，善于思考，在不斷分析問題解決問題中培養(yǎng)嚴謹專注和精益求精的大國工匠精神。

根據(jù)以上設計思想，德融教學的具體內(nèi)容如表1所示。

（二）德融教學設計案例

1.《緒論》章節(jié)課程思政設計。本章知識點包括數(shù)字圖像處理發(fā)展史、發(fā)展現(xiàn)狀及相關技術領域的前沿動態(tài)，舉例說明數(shù)字圖像處理的技術需求在本領域的體現(xiàn)。

德融教學過程在講述數(shù)字圖像處理發(fā)展現(xiàn)狀與應用實例時，把應用實例分成正反兩方面：（1）正面應用實例著重介紹數(shù)字圖像處理在智能交通運輸工程的重要的地位，尤其在航空航天、軌道等領域；圖像處理技術結合計算機視覺、模式識別等人工智技術，舉例說明數(shù)字圖像處理技術實現(xiàn)對車輛、航空器的檢測，以及裂紋的檢測與識別、自動跟蹤的應用現(xiàn)狀。（2）反面應用實例介紹數(shù)字圖像技術對影像真實性產(chǎn)生的重大影響及隨之出現(xiàn)的法律倫理問題。如《洛杉磯時報》的著名攝影記者布萊恩·沃爾斯基對伊拉克前線新聞照片進行篡改，成為數(shù)字時代拷問新聞攝影德底線的一個符號。又如方便快捷的人臉識別系統(tǒng)同時也帶來諸多新的安全風險，有不法分子利用該技術，現(xiàn)場“換臉”破解“刷臉登錄”認證系統(tǒng)，從事不法活動。

通過上述正反兩方面的實例，讓學生明白科學技術本身并沒有好壞屬性，科技創(chuàng)新是一把雙刃劍，學生不僅要專注于學習專業(yè)知識和技能，還要掌握正確的科技創(chuàng)新方向，從而樹立正確的專業(yè)學習目標。

2.數(shù)字圖像的頻域變換教學思政設計。該知識點主要講授圖像的傅里葉變換原理和性質，以及圖像的頻譜分析和頻域濾波方法。德融教學主要包括兩點：（1）簡要介紹頻域變換中傅里葉變換方法的來龍去脈，傅里葉最初提出其理論時，遭到很多權威專家包括拉格朗日、拉普拉斯等數(shù)學大咖的反對，直到百年后傅里葉論著才被重視起來。以此事例引導學生在科研探索的過程中不要迷信權威， 同時要不懼怕犯錯，科學的本質就是在不斷地自我否定中前進。（2）在學習傅里葉變換原理的過程中，通過微課演示讓學生理解圖像頻譜的物理意義。提出問題并討論：同一幅圖像，分別從空域角度、頻域角度觀察，其圖像各蘊含什么不同信息？一頻域圖像保留其近中心的點，去除高頻點，對比該頻域圖像保留遠離中心的點，去除中心的幅度，其內(nèi)容會發(fā)生什么變化？究竟是什么在影響人的視覺判斷？通過如上階梯式的分析，可以使學生掌握圖像空域和頻域的分析方法，融入多角度全面看待問題的哲學原理，引導學生領悟只有全面甚至是動態(tài)地分析問題或看待事物，才能看清問題或事物的本質。

3.圖像復原教學思政設計。該知識點包括圖像復原的基本概念、原理及建立圖像退化模型。具體方法是學習基于暗通道先驗的圖像去霧算法。

圖像去霧在多個領域有很大的需求。在教學過程中教師可以從無人駕駛、智能交通工程實際應用的需求出發(fā)啟發(fā)學生思考：用已經(jīng)學過的算法用于解決圖像去霧在實時性及有效性上有什么問題？然后引出何愷明提出的基于暗通道先驗的圖像去霧處理算法的動機、過程及算法原理。德融教學包括兩點：（1）介紹何愷明是中國CV領域年輕翹楚，其提出的暗通道先驗的圖像去霧算法是該領域的經(jīng)典算法，現(xiàn)已成為圖像處理類App的標配，同時何愷明提出了簡單強大的自監(jiān)督學習方案MAE。正是由于算法作者具有穩(wěn)定而刻苦的品格，不斷挑戰(zhàn)困難，為學術界帶來一個又一個重磅的研究成果，從而引導學生勇于挑戰(zhàn)、趕超學術前沿。（2）講述算法原理時讓學生體會到該算法模型相較于其他算法的優(yōu)勢：雖形式上很簡潔，但對于很困難的實際問題能給出很好的結果。借此講明大道至簡的哲學思想，最有價值的道理其實是最樸素的道理。鼓勵學生學會把復雜變簡單，用智慧創(chuàng)造簡單，在變遷中不斷地升華。

4.數(shù)字圖像處理實訓教學思政設計。本教學以互動式課題研討模式為主，引導學生分組完成一個完整的圖像處理實例，包括提出問題、算法設計和編程實現(xiàn)。在此過程中，培養(yǎng)學生實事求是的精神、團隊意識和創(chuàng)新精神。

德融教學過程圍繞“智能交通工程”主題。首先，介紹該主題響應“交通強國戰(zhàn)略”號召的背景。目前國內(nèi)外積極加強交通運輸工程與安全、信息、人工智能等學科交叉融合，并探索“智能+交通運輸”。圖像處理技術是智能交通工程的重要前沿研究領域，具有十分重要的理論意義和應用價值。例如在智能交通管理領域，交通場景圖像分割結果的好壞直接影響了道路、車輛、車牌及交通標志等目標的檢測和識別。又如對軌道交通或飛行器結構的紅外、超聲探傷等無損檢測圖像進行處理，能夠分割出缺陷，自動實現(xiàn)損傷判斷、故障診斷。其次，介紹該課題相關研究現(xiàn)狀、關鍵技術、制約瓶頸。最后，要求學生集思廣益，參閱相關文獻資料，提出可行性見解并逐步明確思路，最終找到能夠實現(xiàn)體現(xiàn)“智能交通工程”的主題，并自發(fā)分組建立團隊，合作完成“定題—設計算法方案—編程實現(xiàn)—整理報告和PPT講解”的整個過程。如此以學生為主體、以教師為輔助的課題驅動和合作研究的方式，通過具體的、實踐性較強的工程項目設計課程思政案例，不僅使學生在自學、互學或研討中發(fā)揮積極能動性與團隊合作性，鍛煉學生的科學研究能力，同時也在潛移默化中，樹立科技強國和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生勇于挑戰(zhàn)行業(yè)難點、勇攀科技高峰的精神。

二、德融教學實施

（一）多源驅動教學方法建設

根據(jù)“數(shù)字圖像處理”課程特點和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，德融教學的實施確定“學生主動學習為主，教師指導為輔”的創(chuàng)新型研究生人才培養(yǎng)模式，構建將專題講座驅動、案例驅動、項目驅動相結合的多源驅動教學方法和考核方法。

1.專題講座驅動。針對重要知識點建立“實景案例切入—算法提煉—復雜算法分解—系統(tǒng)設計和實現(xiàn)”教學模式，由課本實例向融入實景和思政元素進行改革，引導教學知識模塊有機整合，實現(xiàn)案例和模塊化教學結合。利用案例式、以問題為導向的啟發(fā)式、項目設計等教學方式，啟發(fā)學生主動思考。

2.案例驅動。將“強國有我”等思政元素融入課程，以“智能交通運輸工程”為內(nèi)在動力、“翻轉課堂和評價驅動”為外在動力，在“數(shù)字圖像處理”教學中融合翻轉課堂和實際應用案例驅動，鼓勵學生自主選題、自主設計項目，激勵學生自主學習。

3.項目驅動。從國家“新一代人工智能”領域對數(shù)字圖像處理的高要求出發(fā)，設計課內(nèi)實驗，通過分析圖像增強、圖像修復、圖像識別等工程項目的實例教學，讓學生通過實驗操作、案例設計、分工協(xié)作、案例匯報、實際操作等過程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，以及不畏艱難、刻苦鉆研的精神，并培養(yǎng)團隊的協(xié)作能力，塑造大國工匠素養(yǎng)。

4.建立與課程思政相適應的考核體系。增加課程思政表現(xiàn)考核分，重點考核學生在掌握專業(yè)知識技能的過程中，是否樹立正確的價值觀、世界觀和人生觀（例如，以課堂案例討論、心得體會討論等形式體現(xiàn)），并計入學科成績。

（二）線上線下混合式教學模式建設

課程立足于立德樹人的學習目標，采用“任務驅動+問題討論及熱點思政+技術提煉及項目合作+實際操練及多角度互評+持續(xù)改進”相結合的線上線下混合式教學方法，既充分發(fā)揮線下教學即傳統(tǒng)課堂教學中理論講授法、案例法、討論法等教學方式的優(yōu)勢，也積極運用線上教學中在線答疑、課堂實時互動等教學方式的優(yōu)勢，綜合、靈活使用各種教學方式，以提升學生的學習獲得感，同時契合“停課不停教、停課不停學”的新要求。線上線下混合式教學模式如圖3所示。

圖3 線上線下混合式教學模式示意圖

線上線下混合式教學平臺擬選用：（1）超星系統(tǒng)：教師建設并發(fā)布自錄授課視頻、電子圖書、PPT課件、授課計劃、教學案例、閱讀材料教學大綱等教學資源，用于線上討論、發(fā)布任務，方便教師了解學生自主學習的情況；學生通過觀看授課視頻，預習知識點和進行項目設計等。（2）騰訊課堂：用于直播答疑、熱點討論、翻轉課堂等。

三、教學效果

通過學生反饋，“數(shù)字圖像處理”課程思政教育取得了較好的教學效果。

第一，新工科素養(yǎng)見長。在專業(yè)課學習上，相比于以往學生主要關注知識本身，現(xiàn)在學生能找到學以致用的方向，開拓跨專業(yè)交叉融合的視野，目標更加明確，學習也更有動力。

第二，學生的使命感、責任感增強。翻轉課堂及課程實踐過程均能看出學生關注社會需要、服務人民福祉、呵護生活環(huán)境的人文情懷，多數(shù)學生表示，將以自己所學承擔社會責任從而實現(xiàn)自我價值。

第三，學生學習過程中進行了更多的思考，并懂得從事物的本質出發(fā)，發(fā)現(xiàn)科學原理中的哲學意義。

參考文獻

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Design and Practice of Ideological and Political Teaching of Engineering Course： A Case Study of Digital Image Processing

ZHOU Hong， XU Hai-rong

（School of Flight， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract：Under the background of \"new engineering\"， it is of great significance to introduce curriculum ideological and political teaching in science and engineering specialized courses to realize three-wide education. Digital image processing has been widely used in many fields and is favored by students because of its strong theoretical and technical nature and close relationship with artificial intelligence. This paper summarizes the thoughts of ideological and political design of the course from the aspects of special topic introduction， theoretical algorithm and practice， shows the typical cases of ideological and political design of the course， and explores and practices the path and measures of ideological and political teaching of specialized courses. It provides a reference for improving the educational effect of \"curriculum ideology and politics\" under

Key words： curriculum thinking and politics; teaching design; digital image processing; new engineering