具有行业特色的《数字图像处理》教学改革

梁志贞，江海峰，杨小冬

（中国矿业大学计算机科学与技术学院，徐州　22116）

具有行业特色的《数字图像处理》教学改革

梁志贞，江海峰，杨小冬

（中国矿业大学计算机科学与技术学院，徐州22116）

0　引言

“卓越计划”是由教育部2010年推出的一项重要的教育改革试点项目［1-2］，目的在于培养一批具有创新能力和动手实践能力的高级工程技术人才，从而提高我国工程人才培养质量。“卓越计划”有三个显著的特点：一是增强学生的工程能力和创新能力；二是按行业标准培养现代化的工程人才；三是相关企业参与培养学生。这些特点决定了高校在课程教学中应实施学校和企业协同合作，同时注重结合理论知识与工程应用，重点培养学生的工程意识、实践能力和创新精神，为企业输送优秀工程师。

数字矿山是以计算机技术、通讯技术和网络技术为基础，具有明显的行业特色和学科特点。矿山数字化教育部工程研究中心依赖于中国矿业大学计算机应用技术、通信与信息系统、检测技术与自动化装置、控制理论与控制工程等博士点学科进行建设。该工程中心以矿山数字化和矿山智能生产为主要目标，建立三个重要方向的产业化平台：（1）基于智能传感器的矿山信息的获取；（2）矿山数字化网络技术；（3）矿山智能信息处理技术。建立工业控制网络技术中心、软件分析测试中心以及成果转化基地，且与国内知名矿山企业联合建立4-6个试验基地。

中国矿业大学的计算机专业、电子信息专业、测绘专业等学院开设了《数字图像处理》及相关课程。但是各个学院开设这门课侧重点不同，这由于各专业所强调的知识点所决定的。针对我院学科的特点和行业背景，借助卓越工程计划的进行，强化学生的实践能力和创新精神，增强学生综合运用所学工程知识解决实际问题的能力，确保提高工程人才培养质量。计算机专业的学生一般具有较强的编程能力，《数字图像处理》作为培养体系中的一门重要课程，其教学改革也应依据“卓越计划”的目标及要求来进行。

为适应 “卓越计划”对培养实践型和创新型工程人才的要求，拟从教学方法和教学内容等方面上对该课程进行改革，结合本院实际情况，在课程教学中，对课程的相关理论进行实践性转化，对每个章节涉及到的实践内容进行编程实现，并通过矿井下获得的一些图像来实现数字图像处理的一些算法，结合VC++、OpenCV进行讲解，使学生能更好地掌握新知识，满足目前社会的需求，使学生具有更好的就业竞争力。

1　《数字图像处理》课程特点

《数字图像处理》课程［3-5］内容非常多，难度不小，大多数章节都能够单独作为一个重要的研究方向。这门课程不仅与其他课程（模式识别、电视技术、通信技术、计算机技术、数学物理）联系紧密，而且与实际联系紧密，如矿井下视频图像处理等。因此《数字图像处理》课程理论性和实践性都很强。然而，在传统教学过程中，学生非常难以理解复杂的数学公式所表示的物理意义，不能很好地将其它相关课程所学知识融入到该课程的学习中。另外，大多数学生不了解图像处理技术的最新发展，不能很好地掌握煤矿行业中图像处理技术的最新前沿知识和最新动态。传统的《数字图像处理》的教学内容有三个主要显著特点：（1）课程内容涉及面过于广泛。该课程研究内容涉及图像的获取和存储、时域和频域图像增强、图像恢复、图像压缩、彩色图像变换、图像分割以及图像识别等。但是在目前我院教学中，该课程的教学时数为32学时，所以很难在有限的课时内详细讲解每一个章节的内容；（2）课程内容的理论性偏强。数字图像处理的每种方法都依赖于相关的数学理论，例如傅立叶变换、图像压缩等。这些数学概念和知识对一些我院校的卓越班学生，可能存在理解不透彻或者从未学习的情况；（3）课程内容更新快。数字图像处理是一门融和多学科的课程，其涉及的理论和知识点不断得到更新，所以如何将最新图像处理方法融入到我们当前教学中是该课程改革的一个重要环节。

2　教学改革措施

2.1课程内容的优化

我院信息科学系卓越班的学生是原班级中学习成绩相对比较好的学生，有较好的基础。而且他们毕业后乐意选择从事工程技术工作。学生自身特点对教师优化课堂教学大有好处。针对我院的特色和卓越班的特点，我们对《数字图像处理》课程［6-7］部分教学内容需进行了调整。既然矿井下获得的图像一般是模糊不清的，我们重点讲解了图像增强和图像复原这部分内容，并介绍了最近几图像增强算法和图像复原算法和选择一些内容新颖的相关书籍、专题性的资料作为辅助性教材。在教学改革过程中，结合本专业和学生的特点，强化知识的运用情况和知识结构的完整性讲解，把教学的重点放在对知识理解和实践能力的培养上。

2.2教学方法的改进

数字图像处理课程涉及的知识点非常多，把所有书本的知识点都讲解清楚是不可能的，而且从我院学生的学习效果来看，学生普遍存在基础知识不牢固和自学能力较差等问题。因此对教学方法的改革必须进行。如何提高学生对本课程的学习兴趣，培养学生自学这门课能力，以及改善教学效果是非常关键的。针对卓越班的学生的实际情况，我们对重点的知识点进行详细讲解，且让学生自学一些章节，同时将具有矿业相关图像的前沿性和交叉性的内容联系到各个章节中进行讲解，这不仅锻炼了学生的自学能力，同时也让学生了解了煤矿下数字图像处理技术的当前的发展现状和应用领域。课堂上，也充分调动学生的学习主观能动性，让学生了解如何运用知识解决实际问题，这远远要胜过讲述理论本身。在课堂上主要以启发式教学法为主，多提问一些数字图像处理问题，多引导和鼓励学生积极思考，参与互动过程。学生主动参与到教学过程才能有效提高教学质量和效果。由于多媒体教学的优势，充分利用图像、动画、声音、视频等多媒体手段进行辅助教学，从而提高教学效果。为帮助学生充分理解图像处理的基础知识，结合C++、OpenCV等工具，以直观的方式向学生展示数字图像处理一般的过程和结果。这不仅加深了学生对理论知识和相关算法的理解，也让学生了解到算法的在实际情况下的具体应用。

2.3课程教学中培养团队意识

由于我院卓越班的学生毕业后大多数从事工程技术工作，培养学生的团队意识是相当关键的。学院信科系的学生有30人，在实际教学中将学生分成6个学习小组，每个小组完成一个数字图像处理的相关的课题。每位组长负责组内成员的课题的分工。他们自由选择课题的题目。但是最后要实现相应的算法。每个小组课后网上和图书馆查阅相关的算法的资料。小组组长可以根据学生的能力安排组内成员分别负责一种图像处理算法，写出具体算法详细报告，并在小组内进行充分的讨论。根据交流讨论的结果和报告内容，各个小组设计算法实现方案，并验证和比较多种算法。小组成员完成算法设计流程及算法验证等，最后做PPT。由小组长在课堂上根据PPT汇报结果。汇报完完毕后，由教师和其他组同学进行评价，最终评价结果作为该组成员的项目成绩。

2.4考核评价体系改革

我院的原有学生这门课学习成绩通常由两部分组成：平时成绩和期末考试，一般期末考试在总成绩中占的比重达70%，很显然这种评价方法已经不适合卓越班的学生。卓越班的学生重点培养他们的实践能力，因此我们增加了项目完成情况作为成绩的一个重要组成部分，它所占的比重达到30%，其他的比重占70%。项目成绩是这样的得到的：在项目汇报时由各小组之间相互评分，作为小组学生的项目成绩，最后综合得到各位学生的成绩。期末考试虽然采用笔试闭卷方式，但是考卷中增加了应用题的比重，重点放在学生分析和解决煤矿环境下数字图像问题的能力。

3　结语

根据卓越计划的具体要求，充分考虑到我院专业具有较强的煤矿背景且课程的建设依托国家级工程中心来进行，让学生直接参与到项目实施中。把项目模式等引入《数字图像处理》课程的教学过程，增强学生的实践动手能力，强化学生的煤矿背景下工程实践能力和创新能力，才能够把握未来煤矿人才市场的实际需求，真正解决学生就业的问题，从而实现高校、煤矿企业和学生共赢的局面。以“紧跟学科发展、适应社会需求、增强实践能力、发挥工程技能、培养团队精神、提高创新能力”为卓越工程师培养的教学理念为基础，积极开展数字图像处理教学改革研究与实践，开发出针对矿业行业的数字图像处理软件，充分发挥煤矿行业背景和相应的学科优势，在煤矿下工程应用的背景下，从教学内容和教学方法等多方面进行该门课程改革落实，为培养优秀的卓越工程师打下基础。

［1］林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革［J］.高等工程教育研究，2011:1-9.

［2］中华人民共和国教育部.教育部关于实施“卓越工程师教育培养计划”的若干意见［Z］.教高［2011］1号，2011.

［3］魏晗，陈刚，唐永旺等.《数字图像处理》的教学改革与实践［J］.中国信息技术教育，2014:12-13.

［4］宁纪锋.数字图像处理教学改革研究与探索［J］.中国电力教育.2013:122-123.

［5］阮秋琦.数字图像处理学（第二版）［M］.北京:电子工业出版社，2007.

［6］杨淑莹，张桦.《数字图像处理》理论与实践相结合的教学模式［J］.计算机教育，2009:84-86.

［7］潘建军，李红莲，周金和.数字图像处理课程的教学改革与实践［J］.中国科教创新导刊，2007（15）：102-104.

Talented Engineers；Curriculum Reform；Innovative Ability；Digital Image Processing

Teaching Reformation of Digital Image Processing with Industry Characteristics

LIANG Zhi-zheng，JIANG Hai-feng，YANG Xiao-dong

（China University of Mining and Technology，Jiangsu 221116）

1007-1423（2015）34-0022-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.34.006

梁志贞（1976-），男，山东莒县人，博士，副教授，研究方向为 数字图像处理和模式识别

江海峰（1978-）男，江苏徐州人，博士，副教授，研究方向为计算机应用技术

杨小东（1972-）男，江苏徐州人，博士，副教授，研究方向为计算机应用技术

2015-11-03

2015-11-30

根据卓越计划下人才培养的目标，修改原有数字图像处理课程的教学目标，在新的课程建设中，从教学内容、教学方法、培养团队意识、考核方面等方面论述煤矿行业下计算机专业的数字图像处理教学改革过程。实践表明这一系列的教学改革对于提高学生的学习兴趣和学习效果有明显作用，为培养学生实践能力和创新能力打下较好的基础。

卓越工程师；课程改革；创新能力；数字图像处理

2015年中国矿业大学教育教学改革工程项目（No.2015YB25）

According to the goal of talent cultivation，modifies the teaching objectives of the original Digital Image Processing course，and discusses the teaching reformation process of Digital Image Processing in terms of teaching contents，teaching methods，cultivating team sprits and evaluating grades in the coal mining industry.It has proved that this series of teaching reformation programs can improve students'learning interest and obtain remarkable learning effects so that it provides a good foundation for cultivating students'practical ability and innovative ability.