案例教学法在 《数字图像处理》中的应用

肖 红,戴 庆 (大庆石油学院计算机与信息技术学院,黑龙江大庆163318)

《数字图像处理》课程理论性较强,经典内容分量重。其主要内容包括数字图像基础、空间域图像增强、频率域图像增强、图像复原、彩色图像处理、图像压缩、形态学图像处理、图像分割。

由于在教学形式上,比较重视理论教学,轻视学生实践能力培养,学生缺乏综合应用能力的训练,导致学生面对具体应用问题无从下手。为了在教学内容和教学方法上进行改革,增强学生解决实际问题的能力,笔者在教学中引入案例教学法,通过具体的应用实例巩固所学理论知识,加深学生对抽象理论知识的理解和感性认识。

1 案例教学法

案例教学法就是教师采用实际案例导入来引导学生进行思考,通过相关理论知识的学习和对案例的研究分析,激发学生的学习兴趣,提高分析、归纳、总结能力。学生对数字图像处理的认知不是停留在孤立与片面的理论记忆层面,而注重在一个完整的数字图像处理问题中各种算法的综合应用。通过案例教学不仅可以使学生掌握专业理论与应用实践的基础知识,而且还可以使学生通过对案例实际研究提高学习的主动性和积极性。

1.1 教学案例的编写

《数字图像处理》课程采用如下案例选择原则[1]:

1)根据教学内容选择案例。案例应只涉及学生已经学过或即将学到的知识,针对不同模块的教学时间、复杂程度以及重要性,编写相应的不同数量不同难度的基础教学案例。

2)结合课程的教学环境和学生的素质,选用难易相当和繁简相宜的案例。该课程面向的是电子信息科学与技术专业的本科生,因此在案例设计上要尽量和学生的学习内容和专业方向相关。

3)课程教学案例的设计过程中,不仅要设计跟单个知识点对应的基本案例,还需设计涵盖多个概念的综合性案例,涵盖该课程的若干个知识点。

1.2 引入案例教学应注意的问题

1)教师和学生的不适应。案例教学法对教师和学生的要求更高,要求授课教师有扎实的专业功底和丰富的工作经验,教师需要付出的时间和劳动更多。学生长期接受传统的讲授法教学模式,难于适应勤于思考、勇跃发言探讨的案例教学模式,学生参与的积极性不高;学生从被动状态到主动状态也有一个不适应的过程,学生必须克服依赖心理,养成勤于思考的学习习惯,积极参入案例讨论[2]。

2)案例库的建设存在困难。目前适合课程内容的案例不多,在案例库建设中投入的人力、物力远远不够,建设一个好的案例库需要教师花费大量的时间、精力。

3)需要与案例教学法相适应的教材。传统的教材适用于传统的教学方法,以 “教”为中心。案例教学法则通过教师引入案例来说明理论知识,学生通过案例的研究分析加深对理论知识的理解。

4)案例教学方法要求教师不仅要融会贯通数字图像处理理论和方法,而且要熟练掌握案例中问题的解决思路和方法。因此,提高教师整体素质,才能有效地实施案例教学法。

2 教学实例

为了使课堂案例教学能达到更好的效果,把教学案例分成4部分内容[3]:①概念和理论知识分析;②正确应用理论于实际方法;③实际应用实例;④Matlab仿真结果。下面给出了利用傅里叶变换进行交互式恢复去除图像周期性噪声的教学案例。

1)傅里叶变换的定义 对图像进行的二位离散傅里叶正反变换如下:

2)图像恢复原理分析 图像在形、传输和记录的过程中,由于受多种原因的影响,图像的质量会下降,典型表现为图像模糊、失真、有噪声等。这一降质的过程称为图像的退化。而图像复原试图利用退化现象的某种先验知识 (即退化模型),把已经退化了的图像加以重建和复原。其目的就是尽可能地减少或去除在获取图像过程中发生的图像质量的下降 (退化),恢复被退化图像的本来面目。

3)应用实例 利用傅里叶变换在频率域对含噪声图像进行滤波操作,过滤掉噪声部分,再利用傅里叶反变换使滤波结果回到空间域。

4)Matlab仿真程序 仿真结果如图1所示。

图1 交互式恢复的Matlab仿真结果

3 结 语

在 《数字图像处理》课程教学实践中,通过传统教学与案例教学相结合,学生不仅掌握了基本理论知识,而且学会了综合运用各种知识和灵活的技巧来处理不同的案例问题,解决问题和创造思维能力也有了较大提高。如何利用现代化多媒体及网络资源,把以教为主的教学模式转变为以学为主的教学模式,充分调动教与学两方面的积极性,提高教学质量,是需要进一步探讨的问题。

[1]方勇.“随机信号分析”课程案例教学的实践 [J].电气电子教学学报,2009,31(2):102～104.

[2]刘金华.“数字电子技术基础”课程引入案例教学的探讨[J].黄石理工学院学报,2009,25(4):57～59.

[3]张天富.案例教学法在电子技术基础课程教学中的应用[J].中国现代教育装备,2007,9(3):102～104.