数字图像处理课程实践教学的探索与应用

来源:用户上传      作者: 吴欣慧 杨军平 李 静

　　摘要：阐述了数字图像处理课程在应用型人才培养中存在的问题，针对常见的问题提出了相应的解决方案与实现途径，对高等学校数字图像处理课程的应用与实践教学有一定启发作用。
　　关键词：应用型人才；数字图像处理；实践教学
　　
　　随着以图像与视频信息为主要内容的多媒体技术在各个行业和领域的深入发展和广泛应用，《数字图像处理》成为高校通信、电子、信息类专业一门越来越重要的专业必修课程。作为一门典型的交叉性学科，《数字图像处理》涉及到的基础理论知识和学科领域相当广泛。为了克服传统教学方法存在的局限性，更好地适应复合型应用型人才培养目标，文章结合安阳工学院实际教学实践条件、以及学生的现有知识能力和专业水平，对《数字图像处理》教学中如何进行应用型人才的培养进行了研究、探索和实践。
　　
　　一、《数字图像处理》实践型教学存在的问题
　　
　　(一)传统教学方法与传统教学观念的问题
　　在传统的数字图像处理课程教学中，多注重经典理论，轻实验实践，容易使学生在学习中产生畏难情绪，影响教学质量。为使学生切实掌握和理解本课程内容，除了注重理论教学外，有效地应用教学实践环节就成了理解掌握课程内容的关键。如，通过实际的教学我们发现：大量的图例和丰富的生产生活实例使学生对这门课表现出极大的兴趣；但是，传统教学过多地停留在经典理论和公式推导层面上，让学生一味地面对抽象的理论和烦琐的数学公式，这样学生很难深入理解概念和算法的物理意义，无法达到理想的教学效果。
　　
　　(二)校内实训基地没有或者被削弱，校外实践教学效果不佳
　　电子信息专业和通信专业关于《数字图像处理》课程只建立了机房，采用计算机软件进行相应的仿真训练，但没有校内实训基地，使学生没有办法进行实际操作和专业技能训练，认为《数字图像处理》就是针对一些图像信号进行变化和传输、存储的处理，与实际问题脱节。另外，受市场经济的影响，企业、公司和厂家害怕生产秩序受到干扰、经济效益受到影响，不愿意甚至拒绝接待学生实习，致使校外实习困难，或者只能走马观花，学生得不到更好的实践锻炼。
　　
　　(三)实验教学和课程设计环节存在的问题
　　为了保证课程教学的应用性和实践性，《数字图像处理》在课堂教学之外应安排相应的实践教学和课程设计，而传统的实验教学主要是开设验证性、重复性、演示性的实验，表现对已有的理论成果或现象的重复，实验教学还一直存在着学生被动参与的弊端，学生按照提供的实验指导书规定的详细实验步骤和细节进行操作，这在某种程度上影响了学生的创新思维和想象能力的发挥，其实验课效果不佳。课程设计一般都随堂进行、纸上谈兵、力度不够、效果不好，有的课程设计简直是“大实验”，与实验课程区别不大，意义不够。
　　
　　(四)实践教学师资薄弱
　　在高校教师队伍中承担实验课等实践教学的师资一直不被重视，特别是扩招之后高校发展迅速，高校教师大多是年轻教师，从一个高校毕业到另一高校，缺乏一定的实践经验，使整个实践教学的师资水平不高。
　　
　　二、解决《数字图像处理》实践型教学存在问题的途径
　　
　　针对上述问题，笔者在实际实践教学过程中，努力研究，得到一些现实可用的解决方法，并经过近三年的尝试和检验，取得了良好的效果。
　　
　　(一)改革教学理念
　　实施新课改，首先要改革教学理念，调动学生的积极性和参与性，因为学生不是被动的接受者，而是实践教学活动的参与者和检验者；教师是学生学习工程的导引者，而不是实践教学过程的独裁者。其次，重视学生在实践教学过程中的反馈作用，因为他们的反馈直接决定了实践教学的进程和实践教学效果的好坏。当然也不能只重视学生，片面夸大学生的自主性，而忽视了教师的传统作用，使教师丧失了对教学的引导权。
　　
　　(二)校内实训与校外实践相结合的培养模式
　　为使学生可以走出校园、参加教学实践、锻炼工作技能、积累一定的工作经验，在知识、能力和素质三方面均得到提高，建设校内和校外实训基地是不可或缺的环节。
　　1.校内实训基地建设
　　笔者在系部数字信号处理的校内实训基地的建设中，根据现有教学条件和学生的知识结构和专业水平，以最优化利用有限的建设资金、最大限度地巩固、发展学生的专业技能和创新能力为根本，参加了实训室的计划和招标验收工作。为了让学生清楚地了解数字图像处理实训室的功能、设备情况，在实训室内挂上了简介牌，以流程图的形式将实训室可以开展的实训项目罗列出来。学生在实训室内，接受硬件集成模块的搭建和基于matlab＼simulink图像编程能力的培训，逐步符合图像、视频、机器视觉等公司对相应专业人才的需求。在每年的实训过程中，实训室提供实际工业硬件搭建和可视化编程的环境：首先认识光源、工业相机、图像采集卡和图像处理软件，使学生能够了解常见视觉系统的模块化搭建过程；在图像处理可视化编程的实训中，提供给学生基本的图像读、写和显示的功能，而图像处理的核心代码学生自己编写；利用Matlab进行工具完成实训时，也尽量要求学生除了图像读、写或显示外，核心处理代码应自己编写，同时教学中补充必要的、与实际生活密切相关的编程项目。
　　2.校外实训基地建设
　　包括以系部和教研室名义合作的实训基地、以及个人名义联系的合作单位。
　　以系部和教研室为单位的校外实训基地合作稳定，签订了相应的协议书，安排学生每年一次定期去实训基地参观、听报告，并研究和设计一些由实训基地提供的、与社会实际相结合的应用性项目。目前已有三家研究所和通信教研室建立了长期稳定的合作，为《数字图像处理》课程校外实训提供了条件。
　　以个人名义联系的校外实训单位，有很大的灵活性。如，笔者联系到市公安刑侦队一位数字信息及图像处理方面的专家，不定期请专家到学校做专题学术讲座，使学生以更直观、更感性地及时了解学科前沿动态。这种以讲座的形式来介绍图像处理应用的最新进展，不但使学生充分认识到了学习本课程的意义，也增强了学生热爱专业、致力于专业课程学习的积极性。另外，还请该专家现场报导一些非涉密的图像处理技术，如指纹采集、车牌号识别、人脸特性提取及识别等基础技术，极大地调动了学生学习的积极性和主动性。
　　
　　(三)改革实验教学的方法和手段
　　实验教学是实践性教学中最基本的教学形式，是整个教学过程中理论联系实际的重要环节，它对培养学生的创新思维和能力起着十分重要的作用。对于《数字图像处理》课程，已经建立基于MATLAB的图像处理基本算法的仿真实验，拟招标建设基于DM6437图像处理实验室。通过通信教研室的资助，采取以下手段进行改进：即加强实验教学，减少或删除陈旧的纯验证性实验，增加综合性、设计性、创新性的实验内容，提高学生的实验技能。对于陈旧

单一的实验内容，将其合并到目标相同或相近的实验中去，减少或删除以保持实验内容的先进性。对于纯验证性的实验内容，将其合并到目标相同或相近的实验中去，减少验证性实验在课程中所占的比例，加大综合性、设计性、创新性实验的比例，提高了实验教学的质量。
　　
　　(四)师资的培养和提高
　　通信教研室为了提高《数字图像处理》实践课程的改革和优化，借助每年暑假和寒假学校系部教师培训的机会，派遣相关教师到全国重点职业教师培训基地、科研院所、公司和企业去进行实践培训，强化技能培训，提高了教师的实践和动手能力。同时，定期到本地公司和企业了解社会实际对《数字图像处理》应用方向的需求情况，以及创新技术；与企业结合，进行开发项目、教育服务，积累实训教学需要的技能和实践经验，由单一的教学型迅速而扎实地向教学、科研、生产实践一体化的“一专多能”型人才顺利转变。2008年笔者作为校派访问学者，对英国斯旺西大学进行访问和学术交流，深入咨询并探究了该校《数字图像处理》相关课程的实践教学方式，同时通过与剑桥大学、城市大学等在校留学生的交流，更加深刻地体会到“学生主体”地位、教师“合理引导”的重要性和必要性，只有以学生兴趣和社会价值为根本出发点，实践教学才有其立足点和发展空间。
　　
　　(五)以赛促学
　　“赛”指参加学校或者公司、企业组织的有关“数字图像处理”方面的竞赛。采用竞赛的形式，提高学生对数字图像处理课程的兴趣，调动以及实践、研究及创新的积极。可以通过教研室向学校提交校级“数字图像处理应用”大赛，如人脸识别、指纹识别、移动图像去噪等，组织有兴趣的学生踊跃报名参加，成立专门负责小组和评委，拟提出竞赛题目、应用性课题的技术指标性和具体要求，提供所需场所和经费，让参赛选手在规定时间内完成课题。由评委进行评定，并予以奖励。每年举行一次校级竞赛，竞赛规模和质量也逐年提高。在校级竞赛的基础上，选拔并鼓励有能力、基础扎实、兴趣浓厚的学生参加全国范围内各企业、各组织筹办的有关“数字图像处理”的竞赛，全面提高了参赛学生对知识的综合运用能力、独立分析解决实际问题的能力和实践动手能力，培养了学生的合作精神和科技创新能力。学生在竞赛上获奖，进一步提高了他们对该课程的兴趣和自信，同时激励其他同学的竞争意识，实现良性循环。此外，对于参赛学生在上课、实验与考试等方面采用“优势参考”的方式，优秀的比赛成绩作为一个加权系数，较大地提高其课程的考试和实验成绩，这一方法也取得了良好的效果。
　　通过对《数字图像处理》实践教学模式的分析，进行了较深入的实践教学改革，有效地利用了上述各环节，推行了教师理性引导、学生自主性实践教学模式。经过近三年的实践教学尝试和检验，使更多学生找到了合适自己的锻炼方式，动手能力和实践技能得到了充分的锻炼和提高。这不仅为培养适应能力强、知识面宽的应用型和创新型人才奠定了扎实的基础，而且也适应了高等教育对应用型和创新型人才规格的更高要求。

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