《数字图像处理》课程教学改革探索研究
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作者: 肖志勇 刘建军 宋晓宁 方伟
摘要：《数字图像处理》是一门跨多学科的课程，其具有理论知识深奥和实践性强的特点。本文在研究分析《数字图像处理》课程现有教学模式的基础上，总结现有教学模式存在的问题，依据课程特点和先进的教学模式，探索了一些新的教学改革方法，同时对教学改革的各个方面进行了深入研究。实践表明，这些教学改革措施可以提高课程的教学质量和教学效果，并且可以激发学生的学习兴趣和培养学生的实践创新能力。
关键词：《数字图像处理》；教学改革；教学实践；本科教育；研究生教育
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0086-02
数字图像处理，也称为计算机图像处理，主要指将图像信号转换为数字信号，并且利用计算机对数字信号进行分析和处理。数字图像处理方法和技术主要受到计算机和数学理论两大因素的影响，随着计算机技术和数学理论的快速发展，数字图像处理方法和技术也得到巨大的发展，其广泛应用于农业、工业、环境、医学、军事和日常生活等多个方面。目前，数字图像处理方法和技术得到高校和科研机构的重点关注，因此《数字图像处理》课程也逐渐成为本科或研究生阶段的必修课程[1]。
《数字图像处理》课程综合了计算机科学、数学和物理学等相关学科的知识，并且也在不断地吸纳其他不同学科的知识。《数字图像处理》课程是一门理论性强和技术应用型课程，该课程包含图像生成基础知识和图像处理技术基本原理，主要讲授图像去噪、图像增强、图像复原、图像分割、图像特征提取和图像检索等内容[2]。《数字图像处理》课程知识点多且难，并且对学生的要求高，再加上该课程的学时少，传统的教学方法和教学方式存在很多问题，容易导致该课程的教学质量不高，教学效果不理想[3]。
结合先进的教学方法和教学方式，如何对《数字图像处理》课程进行教学改革，以达到在有限的课堂学时内，最大限度地讲授该课程的研究内容，提高学生的学习兴趣，提高学生动手能力和解决实际问题能力的目的。本文在研究先进教学理念的基础上，结合笔者的教学实践，从多个方面进行探讨，提出了一些《数字图像处理》课程的教学改革方法，力求达到提高教学质量、增强教学效果的目标。
一、《数字图像处理》课程定位存在的问题
1.课程讲授内容定位不合理。《数字图像处理》课程是一门理论性非常强的课程，目前该课程主要讲授包含图像生成基础知识和图像处理技术基本原理，这些内容都是该课程的经典内容，重点强调的是该课程的数学基础。一般情况下，数学基础好的学生比较适应这种强调数学基础的课程，但是大部分计算机相关专业的学生难以适应。另外，如果从实用性角度出发，只讲授数字图像处理技术，不涉及理论基础，即使涉及理论基础也是点到即止的情况，这样将使得该课程的教学内容无法达到相应的深度，也使得学生难以理解该课程的体系结构。
2.课程教学模式不合理。通常情况下，《数字图像处理》课程的教学方式是采用“计算机+屏幕投影”。在这种情况下，教师一般使用PPT课件的形式讲授课程内容，师生之间的互动性比较差，课堂气氛不够活跃，再加上PPT内容单一不够吸引学生，会影响教学效果。
在《数字图像处理》课程课堂教学过程中，理论学时多而实验学时少，教师重视传授基础知识，忽视培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。由于《数字图像处理》课程具有较强的实践性[4]，这种课堂上多讲授理论知识、不重视实验的教学模式很难达到预期的教学效果。
3.课程考核方法不合理。一般情况下，《数字图像处理》课程的考核方式是以考查课的方式进行的，主要是考核学生的平时作业和课程报告，这样的考核方式忽略了教学过程中考核[5]，主要忽略了学生平时参与课程实验解决实际问题的能力，因此，这样的考核方式不能很好地调动学生主动学习的积极性，也并不能全面考查学生的知识掌握情况，影响课程的教学效果。
二、课程教学改革方法
笔者针对《数字图像处理》课程教学过程中存在的问题，结合先进的教学模式和自身的教学实践，提出以下教学改革方法。
1.科学合理地进行课程的定位。为了提高《数字图像处理》课程的教学质量，完成该课程的教学任务，必须对该课程进行科学合理的定位。《数字图像处理》课程既包括较强的理论性，也包括较强的实践性，是一门理论与实践并重的课程。在该课程的教学过程中，不仅要讲授图像处理的数学基础和数学模型，也要利用计算机进行程序设计，完成各个模块的实验练习。学生只有掌握了该课程的理论基础，才能更深层次地理解该课程的研究内容，才能更好地利用该课程的内容去实践。理论与实践并重是《数字图像处理》课程的核心，也是该课程的教学特性。只有将该课程定位准确，才能更好地完成教学任务，提高教学质量，才能适应新环境和新模式下的教学方法。
2.科学合理地选择教学模式。针对《数字图像处理》课程的教学内容，要选择不同的教学模式。最常用的教学模式是“计算机+PPT”，这种方式可以增加教学的信息量，在有限的教学时间内讲授更多的教学内容，同时也能够演示一些图像实验结果和动态的教学内容，这种方式对《数字图像处理》课程教学带来的好处是明显的。另外的教学模式是采用传统的“黑板+粉笔”模式，这种方式能够通过肢体语言感染学生，同时也可以增进教师和学生之间的互动性，在某种程度上提高教学质量。目前还可以采用网络教学平台的模式，这种模式为师生之间的交流互动提供了平台，方便学生积极主动地学习课外知识及其相关的知识。在《数字图像处理》课程教学过程中，应该针对不同的教学内容，合理地选择教学模式，使课堂内容能够生动形象，学生积极主动，只有这样才能够达到提高教学质量的目的。
3.科学合理地选择考核方法。《数字图像处理》课程涉及大量的算法实践，需要学生上机实验。因此，该课程不仅要考核学生的理论理解能力，也要考核学生的实践能力。教师要对学生的课堂表现、上机实验和教学内容进行全方位的考核，通过这些考核内容使学生约束自己，不仅理解该课程的理论基础，同时也增强学生的动手实践能力。首先是课堂表现的考核，要求学生课堂上不玩手机、不聊天，鼓励师生之间的互动和学生提问。其次是上机实践的考核，根据课程内容选择具有代表性的经典图像处理算法，布置上机实验要求，让学生动手编写程序进行图像实验，验证算法的真实性和准确性。最后是对课程内容的考核，根据课程内容设计深入浅出的考试题目，进行层次化的设置，让学生对基本知识能够理解透彻。这种全方位的考核方法，避免学生只注重理论知识或者只注重实践的缺陷，使学生不仅掌握理论知识，同时提高实践能力。 三、结论
《数字图像处理》课程是一门涉及多学科的课程，是理论性极强的应用基础课程。该课程的研究内容丰富多样，应用领域广泛，应用前景广阔，是值得教师深入研究和学生深入理解的课程。本文立足现有的教学理论，吸收先进的教学理论方法，结合自身的教学实践，对当前该课程存在的问题进行了分析，针对这些问题，提出了一些教学改革方法。经过教改实践，取得了较好的教学效果。在今后的教学实践过程中，仍需要吸收更先进的教学理论方法，改进不足之处，提升教学效果。
参考文献：
[1]肖志勇，袁运浩，杨金龙.计算机专业课程教改探索：以《数字图像处理技术》为例[J].教育现代化，2015，（12）.
[2]姚敏.数字图像处理[M].北京：机械工业出版社，2014.
[3]朱士虎.《数字图像处理》课程教学改革与实践[J].现代计算机，2015，（3）.
[4]胡勇.MATLAB工具箱在数字图像处理课程教学中的应用[J].科技信息，2012，（4）
[5]何楚，卓桐，杨应聪，徐新.基于开放源码分析的数字图像处理课程教学实践[J].计算机教育，2014，（18）.
Exploration and Research on the Teaching Reform of "Digital Image Processing"
XIAO Zhi-yong，LIU Jian-jun，SONG Xiao-ning，FANG Wei
（School of Internet of Things Engineering，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China）
Abstract："Digital Image Processing" is an interdisciplinary course，which has theoretical knowledge and practical characteristics. Based on the study of "Digital Image Processing" and the existing curriculum teaching mode，we summarize the existing teaching mode，research the characteristics of the course and advanced teaching mode. At the same time，we explore some new teaching methods and all aspects of teaching reform. The practice shows that these teaching reform measurements can improve the teaching quality and teaching effect. It also can stimulate students' learning interest and cultivate students' practical innovation ability.
Key words："Digital Image Processing"；teaching reform；teaching practice；undergraduate education；graduate education
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