孟祥超　陸金泉　許高明　符冉迪　邵楓

摘? 要：數(shù)字圖像處理作為大多數(shù)理工類(lèi)和綜合類(lèi)院校的一門(mén)新興交叉課程，該課程具有發(fā)展速度快、內(nèi)容覆蓋面廣、理論難度大和實(shí)踐要求高的特點(diǎn)。然而，其教學(xué)過(guò)程往往存在課程教學(xué)氣氛單調(diào)、學(xué)生主動(dòng)性、積極性不高；課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)單，學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題能力培養(yǎng)不足，以及教學(xué)評(píng)價(jià)依賴(lài)期末考核，缺乏動(dòng)態(tài)、完善的評(píng)價(jià)機(jī)制等問(wèn)題。該文針對(duì)這些問(wèn)題，提出基于OBE理念的數(shù)字圖像處理教學(xué)方法，在“學(xué)導(dǎo)互促”教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的教學(xué)機(jī)制三個(gè)方面進(jìn)行探索與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，提高本科生教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；教學(xué)方法改革；OBE理念；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）18-0048-04

Abstract： Digital Image Processing is an important and basic course offered by many science and engineering universities or comprehensive universities. It has distinct characteristics in the fast development， wide coverage content， high theoretical difficulty and high practical requirements. However， the teaching process is commonly teacher-centered， and the students lack the ability to solve the complex engineering problems， also the dynamic evaluation is insufficiency in the teaching process. In this paper， we proposed the teaching method based on OBE concept in Digital Image Processing. We make the exploration and practice in three aspects： the teaching with mutual improvement in learning and teaching， the project-driven teaching， and the teaching with dynamic evaluation. The proposed teaching method in Digital Image Processing under OBE can cultivate the ability of innovation and the solution of the complex engineering problems for the students， and to improve the teaching quality of the Digital Image Processing course.

Keywords： Digital Image Processing; teaching method revolution; OBE teaching concept; project driven; dynamic evaluation

OBE（Outcome based Education，OBE）作為一種先進(jìn)的教育理念，是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為本的理念，該理念又稱(chēng)為成果導(dǎo)向教育或目標(biāo)導(dǎo)向教育[1-4]。OBE教育理念最早是1994年，由稱(chēng)為“OBE之父”的美國(guó)學(xué)者威廉·斯派蒂（Spady W D.）提出，是指“教育系統(tǒng)中的每一項(xiàng)活動(dòng)設(shè)計(jì)都應(yīng)基于最終的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成果”[5-9]，斯派蒂在其專(zhuān)著《基于成果的教育：關(guān)鍵問(wèn)題與答案》（Outcome-based Education： Critical Issues and Answers）[10]中指出OBE理念的兩個(gè)主要內(nèi)容：一方面學(xué)生畢業(yè)后具備步入社會(huì)所需要的知識(shí)、能力和素質(zhì)；另一方面，加強(qiáng)學(xué)校教學(xué)，使所有學(xué)生都能夠?qū)崿F(xiàn)具有所需要的知識(shí)、能力和素質(zhì)。OBE教育理念重視學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的學(xué)習(xí)興趣和積極性，尤其重視學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)，此外，OBE教育理念重視學(xué)習(xí)的持續(xù)改進(jìn)與創(chuàng)新。目前，OBE教育理念已在美國(guó)、加拿大等國(guó)家產(chǎn)生較大影響力。隨著2016年我國(guó)工程教育正式加入《華盛頓協(xié)議》，我國(guó)向工程人才培養(yǎng)的國(guó)際化邁出了重要一步[11-13]，而工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念即OBE理念。因此，近年來(lái)，我國(guó)對(duì)OBE理念下的教育模式也在不斷深入研究，并逐步得到認(rèn)可。

數(shù)字圖像處理作為通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)等工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)熱門(mén)課程，同時(shí)也是新時(shí)期大多數(shù)理工類(lèi)和綜合類(lèi)院校大數(shù)據(jù)、人工智能等新工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)新興交叉學(xué)科[14-17]，具有理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的特點(diǎn)，但其教學(xué)過(guò)程具有教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象、公式多而復(fù)雜、理論難度大和實(shí)踐要求高的特點(diǎn)[18-20]，傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師主動(dòng)進(jìn)行知識(shí)灌輸、學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)為主，尤其對(duì)于理論性較強(qiáng)的數(shù)字圖像處理課程[21-23]，表現(xiàn)為明顯的課堂教學(xué)氣氛單調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性較低，即使學(xué)生掌握了相關(guān)知識(shí)，但仍有較多學(xué)生對(duì)知識(shí)缺乏辯證性理解，過(guò)于相信書(shū)本權(quán)威。此外，數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐性較強(qiáng)，多數(shù)開(kāi)課院校存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但根據(jù)筆者廣泛調(diào)研[24-34]，大多數(shù)院校設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)于簡(jiǎn)單，難以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。因此，傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的目標(biāo)導(dǎo)向教育考慮不足，學(xué)生課程學(xué)完后，仍難以解決實(shí)際中的圖像處理任務(wù)，不能滿足該課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)需求，迫切需要改革其教學(xué)方法。改革并實(shí)踐以“學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)新模式。

本文以數(shù)字圖像處理課程為例，通過(guò)課程教學(xué)與廣泛調(diào)研，分析了數(shù)字圖像處理課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了OBE理念下的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)理論與方法。

一? 數(shù)字圖像處理傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）? 課程教學(xué)氣氛單調(diào)、學(xué)生主動(dòng)性、積極性不高

數(shù)字圖像處理課程數(shù)學(xué)公式多而復(fù)雜、晦澀難懂，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)原理內(nèi)涵的理解產(chǎn)生畏難心理。然而，傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理教學(xué)模式仍然以教師“主動(dòng)教”、學(xué)生“被動(dòng)學(xué)”為主，教師將課程知識(shí)點(diǎn)灌輸于學(xué)生，未充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性。學(xué)生在“被動(dòng)學(xué)”后，多數(shù)學(xué)生對(duì)所“學(xué)”知識(shí)點(diǎn)思考少，理解不深甚至不理解，更不能辯證地看待所學(xué)知識(shí)，導(dǎo)致過(guò)于相信所謂的課本權(quán)威。

（二）? 課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)單，學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題能力培養(yǎng)不足

傳統(tǒng)教學(xué)模式下的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)任務(wù)過(guò)于細(xì)化，如空間濾波、頻率域?yàn)V波、灰度變換分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)，編程實(shí)驗(yàn)要求較為簡(jiǎn)單，而三者均屬于圖像增強(qiáng)的范疇。此外，傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師往往把很小的知識(shí)點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)任務(wù)，如在圖像去噪中，基于模擬的圖像高斯噪聲、椒鹽噪聲布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，對(duì)實(shí)際圖像中存在的混合噪聲考慮不足。學(xué)生在編程實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)一堂課完成實(shí)驗(yàn)，甚至多數(shù)不能完成實(shí)驗(yàn)。因此，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題考慮不足，學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)不足。

（三）? 教學(xué)評(píng)價(jià)依賴(lài)期末考核，缺乏動(dòng)態(tài)完善的評(píng)價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)主要包括學(xué)生平時(shí)考勤、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末成績(jī)?nèi)矫妫诓糠忠勋@工程認(rèn)證專(zhuān)業(yè)中，會(huì)根據(jù)學(xué)生的期末考試成績(jī)進(jìn)行達(dá)成度分析。但該評(píng)價(jià)模式，仍然屬于“靜態(tài)評(píng)價(jià)”，難以及時(shí)充分掌握學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)達(dá)成度狀況，存在評(píng)價(jià)過(guò)程相對(duì)靜態(tài)、評(píng)價(jià)機(jī)制不完善的問(wèn)題，導(dǎo)致不能及時(shí)的對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)與針對(duì)性指導(dǎo)，長(zhǎng)此以往，學(xué)生很難較好地掌握所學(xué)知識(shí)。此外，現(xiàn)有評(píng)價(jià)對(duì)課程相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽、科研任務(wù)、工程任務(wù)等考慮不足，評(píng)價(jià)機(jī)制不夠靈活完善。

二? OBE理念下數(shù)字圖像處理教學(xué)

本文針對(duì)數(shù)字圖像處理傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的課程教學(xué)氣氛單調(diào)、學(xué)生主動(dòng)性、積極性不高，課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)單，學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題能力培養(yǎng)不足，以及教學(xué)評(píng)價(jià)依賴(lài)期末考核，缺乏動(dòng)態(tài)、完善的評(píng)價(jià)機(jī)制等問(wèn)題，提出OBE理念下的數(shù)字圖像處理教學(xué)方法，包括學(xué)導(dǎo)互促課堂教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)過(guò)程的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)（圖1）。

（一）? 學(xué)導(dǎo)互促課堂教學(xué)

針對(duì)以往教學(xué)以教材為中心、以老師為中心，學(xué)生“學(xué)”和教師“導(dǎo)”相互分離的問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中放棄單向知識(shí)灌溉的方式，在課程教授過(guò)程中采用雙向溝通的方式，首先學(xué)生在課堂上不僅聽(tīng)教師授課，而且還能提出自己的見(jiàn)解、觀點(diǎn)，與教師、同學(xué)共同探索知識(shí)，使課堂教學(xué)由原來(lái)的單純傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)探索知識(shí)的過(guò)程。通過(guò)這種教學(xué)方式充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生的創(chuàng)造性思維，發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神，讓學(xué)生由以前單純的受教育者轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂真正的主人。這里筆者選了“略講-自學(xué)-互動(dòng)-精講”深化教學(xué)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)“學(xué)-導(dǎo)互促”的教學(xué)模式。

如在數(shù)字圖像處理課程第一章知識(shí)講解的課程中，略講是介紹生活中天氣好與不良天氣下的拍照經(jīng)驗(yàn)，生活中醫(yī)院診療CT成像、核磁共振圖像存在的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)等，并簡(jiǎn)要地介紹圖片增強(qiáng)的算法，以提升學(xué)生們自學(xué)的興趣，消除學(xué)生對(duì)于下一堂課的畏難情緒，在下一節(jié)課上學(xué)生可以通過(guò)自學(xué)提出自己存疑與感興趣的地方，老師再進(jìn)行具體的疑難解答和詳細(xì)的細(xì)節(jié)講解，包括具體的圖像算法增強(qiáng)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的詳細(xì)原理與步驟，使學(xué)生可以生動(dòng)地掌握課本知識(shí)，深化是指在課堂精講后，教師設(shè)置的思考題與文獻(xiàn)查閱訓(xùn)練等方式，讓學(xué)生深化專(zhuān)業(yè)知識(shí)并進(jìn)一步延伸。例如，可以讓學(xué)生考慮不同圖像增強(qiáng)算法之間的優(yōu)惡性，鼓勵(lì)學(xué)生可以嘗試對(duì)于缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)的嘗試。此外，以分組形式，設(shè)立團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)和隊(duì)員，學(xué)生根據(jù)大綱內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)展主動(dòng)檢索文獻(xiàn)，調(diào)研國(guó)內(nèi)外前沿進(jìn)展，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)理論的大膽質(zhì)疑和創(chuàng)新突破，以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行部分課程知識(shí)的講解，通過(guò)學(xué)-導(dǎo)互促教學(xué)， 提升學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

（二）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)

對(duì)以往實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在任務(wù)簡(jiǎn)單，對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)不足的問(wèn)題，研究面向復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，改革并實(shí)踐基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)模式，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

基于國(guó)際工程教育改革的最新成果CDIO（Conceive（構(gòu)思）；Design（（設(shè)計(jì)）；Implement（實(shí)現(xiàn)）；Operate（運(yùn)作）），改革現(xiàn)有數(shù)字圖像處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。根據(jù)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)數(shù)字圖像處理課程的畢業(yè)要求和指標(biāo)點(diǎn)，整合課程章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，以項(xiàng)目形式重新設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目標(biāo)，如將現(xiàn)有大綱中“基于灰度變換的空間域圖像增強(qiáng)”“基于空間濾波的空間域圖像增強(qiáng)”“頻率域圖像增強(qiáng)”三個(gè)實(shí)驗(yàn)整合為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， 以圖像去云、去霧、水下圖像增強(qiáng)等來(lái)源于實(shí)際生活以及科研項(xiàng)目中的案例作為實(shí)驗(yàn)素材，讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式全程參與復(fù)雜工程問(wèn)題分析、文獻(xiàn)檢索、 提出解決方案、編程實(shí)驗(yàn)和結(jié)果反饋與優(yōu)化等，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。比如，以往實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)針對(duì)的單一知識(shí)點(diǎn)，整體知識(shí)體系離散，當(dāng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)難以將所學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用。因此筆者在數(shù)字圖像處理的實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行了改革，提出“知識(shí)-應(yīng)用”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方法。例如將頻率域?yàn)V波章節(jié)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，同現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)于圖像增強(qiáng)算法的結(jié)合，形成完整的知識(shí)“學(xué)習(xí)-應(yīng)用”體系，讓實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)單地將圖片轉(zhuǎn)化到頻率域，更加上圖像增強(qiáng)算法如何對(duì)于圖像頻率域的處理以達(dá)到圖像增強(qiáng)目的的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生參加國(guó)際國(guó)內(nèi)的學(xué)科競(jìng)賽，與相關(guān)知識(shí)結(jié)合的數(shù)學(xué)建模比賽，提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)手的能力與興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的能力。

（三）教學(xué)過(guò)程的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

針對(duì)以往教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定只是針對(duì)于學(xué)生的課程簽到、期末的筆試與上機(jī)測(cè)試進(jìn)行考量，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏及時(shí)的反應(yīng)與體現(xiàn)，難以及時(shí)充分掌握學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)達(dá)成度狀況，改革并實(shí)踐動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)模式，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題針對(duì)性反饋給每位學(xué)生，使學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改進(jìn)并優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

以數(shù)字圖像處理課程為例，如在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，并以線上、線下等多種方式鼓勵(lì)學(xué)生積極反饋學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。此外，在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中，針對(duì)以往教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)定對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力考慮不足的問(wèn)題， 鼓勵(lì)并組織學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽實(shí)踐活動(dòng)，并提高學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽、項(xiàng)目實(shí)踐和創(chuàng)新能力在成績(jī)綜合評(píng)定中的比重，如根據(jù)學(xué)科競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、獨(dú)立完成一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐，并取得導(dǎo)師認(rèn)可，以及對(duì)圖像處理技術(shù)的創(chuàng)新性改進(jìn)等作為專(zhuān)業(yè)活動(dòng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合學(xué)生的考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)以及平時(shí)成績(jī)等對(duì)學(xué)生綜合評(píng)定。此外，將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)、動(dòng)態(tài)地反饋給每位學(xué)生，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改進(jìn)并優(yōu)化學(xué)習(xí)目標(biāo)與方式，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

三結(jié)束語(yǔ)

本文基于筆者在數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中的實(shí)踐與調(diào)查，分析了數(shù)字圖像處理傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題，包括課程教學(xué)氣氛單調(diào)，學(xué)生主動(dòng)性、積極性不高；課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡(jiǎn)單，學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題能力培養(yǎng)不足；教學(xué)評(píng)價(jià)依賴(lài)期末考核，缺乏動(dòng)態(tài)、完善的評(píng)價(jià)機(jī)制等，并有針對(duì)性地提出OBE理念下的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)方法，包括學(xué)導(dǎo)互促課堂教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)過(guò)程的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。此外，筆者將在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)一步改進(jìn)與實(shí)踐，提升數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量。

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基金項(xiàng)目：寧波大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“OBE理念下《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（JYXMXYB2021068）；寧波大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“2022版本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案的優(yōu)化研究——以通信工程專(zhuān)業(yè)為例”（JYXMXZD2021022）；國(guó)家自然科學(xué)基金“云覆蓋光學(xué)遙感影像的時(shí)-空-譜融合方法研究”（41801252）

第一作者簡(jiǎn)介：孟祥超（1989-），男，漢族，山東菏澤人，博士，副教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)閳D像處理。

*通信作者：許高明（1985-），男，漢族，山東臨沂人，博士，副教授。研究方向?yàn)橹悄苌漕l技術(shù)。