以兴趣为导向的数字图像处理教学改革探索

　　中图分类号：G642.0 文献标识码：B

　　文章编号：1671-489X（2014）18-0114-02

　　1 引言

　　数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。如今，数字图像处理涉及农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面，有着极为广泛的应用[1-2]。然而，困扰学生的问题是所学的知识不知如何运用到实践中。因此，面对枯燥的学习，提不起兴趣。可兴趣却是最好的老师，它是主动学习、积极思考、大胆质疑、勇于探索的强大动力。因此，在教学活动中，注重激发学生的学习兴趣是一项十分重要的任务。

　　数字图像处理这门课程理论性、系统性强，知识面广，不仅需要较强的数学功底，如概率论与数理统计、线性代数、矩阵论等，还依赖于信号与系统、通信原理、数字信号处理等课程的学习和了解[3]。然而这些要求和学生所掌握的现状是矛盾的。数学基础薄弱以及相关先修课程掌握不扎实，使学生学习起来力不从心，因而也提不起兴趣。教学内容按部就班，重理论轻应用，课堂学习枯燥无味。相当一部分学生一学期的学习只为应付考试。以就业为目的的学生觉得似乎跟以后的就业前景也没多大关系，社会需求较小，学习没有动力；以考研为目的的学生只重视考研科目，对这门课也没有兴趣。实验内容简单枯燥，偏重验证性，学生实际扮演打字员角色，无法发挥积极性和创新性[4-5]，也无法激发学生兴趣。实验内容和实际应用联系不够紧密，学生在现实生活中找不到共鸣。

　　2 以兴趣为导向的教学改革探索

　　数字图像处理是随着计算机和数学的发展而发展的一门综合性学科，教学目的是使学生了解和掌握数字图像处理的基本内容和方法，一方面提高学生的科研素养，为以后的深入研究打下基础；另一方面能够让学生具有一定的实践能力，为就业打下基础。本文以兴趣为导向，激发学生内在驱动力，以达到教学目的，拟作如下改革探索。

　　教学内容改革 该课程主要讲授数字图像处理的基本原理，包括数字图像基本理论、图像增强、图像变换、图像恢复和重建、图像编码和图像分割等图像处理方法。该课程涉及多种算法数学模型、公式等，并有大量的理论和程序讲解，内容多，理论性强，应用面广。为达到良好的教学效果，力求纵观全局，抓住关键，突出重点，解决难点，在实际教学中应区分主次，有侧重有取舍，使教学内容精致化。

　　为避免教学的纯理论化，培养学生解决实际问题的能力，在讲授基本理论时，增加相关背景知识和前沿动态介绍，激发学生的兴趣，也有利于知识的完整性和连贯性。在具体讲授图像处理基本方法的章节时，适度弱化数学推导过程，针对具体的图像处理方法，安排相应的实际应用案例。如图像增强，可以利用电视影像为例，说明利用图像处理可以提高影片中图像的质量，减低图像中的噪声，优化观影效果；图像变换，可以讨论雷达图像质量的提高，利用图像重构算法提高雷达图像分辨率，便于更好地表征目标；图像分割，可以讨论医学影像，如CT图中对于病灶区域的识别，提高医生对病情的判断；图像识别，以人脸识别为例，介绍图像处理算法在人脸识别中的运用。在生动的学习过程中培养出学习兴趣，树立学习信心，在此基础上适度地深入相关的理论推导过程。

　　在应用技术层面，注意理论联系实际，安排相应的专题报告。如：生物医学方面CT技术，显微图像分析和超声波图像处理等；通信工程中的编码和压缩技术；工业工程中的自动检测、工业视觉；以及军事公安、文化艺术、电子商务等。

　　在作业和课后习题方面，精选习题，改进传统的做题方法，让学生能够举一反三，避免重复做相似的习题，重质量轻数量；相应增加应用实践专题型课题，可以让学生根据自己的兴趣分组，选择一个专题，充分利用教材和教辅，以及图书馆和各种网络资源，做相应的小论文，将理论知识与解决工程技术问题结合起来，既巩固了理论知识，又有了实践能力，还能增强兴趣，提高学习动力，能够达到较好的教学效果。

　　教学方法和教学手段改革 在传统教学中，以教材、教师为中心，近乎是教师讲、学生记的模式。改革拟采用多种教学方法相结合来改变这种“讲听式”的教学模式。根据课程内容和学生特点，灵活运用启发式教学法、研讨问题教学法、过程导向教学法、项目导向教学法、任务驱动教学法、实例解析法、练习指导法等组织教学，理论实践并进，“教、学、做”三位一体。

　　在课程介绍时，可结合视频和图像的方式介绍目前已经运用在社会实践中的实例，增加学生的兴趣。在教学过程中，可以将不同章节的内容进行串联，介绍已有成果的同时穿插前沿动态和发展趋势，提高学生的求知欲。教学中适当地组织专题讨论，引导学生积极思考，提高学生分析问题、解决问题的能力，使他们思维变得活跃，兴趣变得浓厚，能够自主地、积极地参与学习并进行探索创新。在教学手段方面，根据不同的课程内容，采用多种教学手段相结合的方式。背景介绍以及实际应用方面采用多媒体教学，用视频形象生动地向学生展示；在理论基础及公式推导上，多采用传统的板书模式，引导学生一步步跟着教师思考，加深印象。在实验仿真和程序设计指导时可采用屏幕录影教学，有利于学生熟悉界面，可以把学习时间更多地放在设计程序上。还可以建立网络学习辅导与交流互动平台，充分发挥学生主体和教师主导作用。此外，合理安排学时，将保证在有限的学时内既完成教学任务又增强教学效果。

　　实验内容改革 如表1所示，传统的实验主要是验证性实验，学生把大量课时花在敲程序和调试程序上，只为得到一个验证性的答案，缺乏思考及自己对程序的理解，不利于学生能力的提高，达不到理想的教学效果。针对传统实验的不足，拟做以下尝试。 　　1）一般性验证实验，可以用屏幕录影的方式，在授课过程中演示，一方面有助于理论内容的理解，同时也可以起到实验预习的作用，节省此类实验时间。

　　2）重要的验证性实验，可以适当增加一些情境，修改一些参数，以观察它们对实验结果的影响，让学生理解并掌握其中的关键因素。

　　3）在完成大纲实验的基础上，增加开放性实验设计，引导学生兴趣。实验内容由浅入深，使学生在实践中提高对知识的理解以及创新能力。学生可以自由分组，鼓励编程基础好的学生作为小组负责人，带动其他学生一起完成，培养学生的独立思维能力、动手能力以及团队合作能力。

　　考核内容和方式改革 目前的考核方式还是沿用传统的课程考试方法，主要分期中和期末考试。形式上为笔试，内容上知识性、记忆性的东西占了绝大多数。然而每学期厚厚的一本教材，试题的覆盖面是有局限性的，而且这样的考核方式也导致学生应试现象的出现。虽然把考试应付过去了，但没有真正学到多少东西，自身能力没有多大提高，违背教学目的。

　　基于这样的现状，拟对考核内容和方式做如下改革探索：考试内容要与时俱进，摒弃传统、老旧的题型。在考核的内容以及广度和深度方面，任课教师有着决定性作用。任课教师应该提高自身对教材的理解力，把握好重点、难点，跟进学科前沿动态，对课后习题认真揣摩。出题既紧扣教材重点又新颖灵活，能够达到测试考查的目的，避免试题与历届试题及课后习题重复，有机会给部分学生投机取巧。

　　考核形式方面，除了笔试，可以增加对实验环节的考核，考查学生理论知识与实践能力，提高考核的有效性。还可增加以小组为单位、以报告为形式的相关应用型课题考核。

　　3 结束语

　　本文以提高学生学习兴趣为目的，在教学内容、教学方法、实验指导以及考核方式等方面进行改革探索。实践证明，兴趣是最好的老师。提高学生学习兴趣，能够使他们获得内在的学习驱动力，变被动学习为主动学习，有利于达到良好的学习效果。以兴趣为导向的教学改革，将有利于提高教学质量，达到既定的教学目标，有利于高效复合型人才的培养。

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