《数字图像处理》课程教学改革与实践

朱士虎

（江苏师范大学物理与电子工程学院，徐州 221116）

《数字图像处理》课程教学改革与实践

朱士虎

（江苏师范大学物理与电子工程学院，徐州 221116）

《数字图像处理》是一门发展迅速且应用广泛的新兴学科，在课程教学中应用创新的教学理念，注重基础理论和科技前沿相结合，在理论中渗透实践，在实践中融入理论；从教学内容整合、教学资源建设、教学方法改进、教学评价等多方面进行教学改革与探索，提出一系列可行的教改方案，提高教学质量，增强学生的实践创新能力，收到良好的教学效果。

数字图像处理；教学改革；实践；创新

0 引言

图像是人类视觉的基础,是自然景物的客观反映。在当今高速发展的数字化信息时代,数字图像处理技术已经广泛应用于工业检测、视频通信、生物医学、遥感测绘、智能交通、建筑安防、刑侦破案等社会生活的诸多领域[1]。

数字图像处理是随着计算机和信息技术发展应运而生的一门新兴学科,是电子信息类重要的专业课，主要讲授利用计算机对数字图像进行加工、分析的方法和原理[2]。《数字图像处理》是一门交叉性很强的专业课程，其涉及的学科领域和理论知识非常广泛，学生既被数字图像处理技术具有广泛应用前景所吸引，又对课程的抽象理论和烦琐的数学公式感到苦恼，难以理解专业概念和相关算法的物理意义，面对这样一门复杂性较高、理论性较强、理论与实际紧密结合的课程，进而产生畏难情绪并渐渐失去学习兴趣。为了激发学生的学习兴趣，提高教学质量，对课程进行教学改革，势在必行。

1 课程教学存在问题分析

目前，《数字图像处理》课程教学中存在着以下几个主要问题：

（1）实践与创新能力培养不足。由于受传统教育观念和教学模式影响，国内大学教育更重视知识传授，轻于能力培养，往往将知识传授置于教学的中心位置，注重理论教学，轻视实践训练，教学主体与客体错位颠倒，忽视学生工程实践能力及创新能力的培养。

（2）课程体系结构不规范。缺乏有影响力的机构来指导和规范本课程的教学，从教材选取、课堂教学、实验设计、实践能力培养等环节进行科学的指导，没有根据不同层次、不同专业的学生进行教学内容调整，未能够将该课程与专业进行紧密结合，教学内容与专业融合把握不好。

（3）课程教学因师而异。没有规范的教学大纲，基本上由教师自定教学计划，教学内容多为图像处理经典内容，不同层次的学生、不同届的学生做的都是相似的实验，在操作平台上也是整齐划一，未能结合学生的实际情况因材施教，降低了学生学习的积极性，学习效果不尽人意。不同教师导致不同的授课效果，人为因素差异大。

2 改进教学理念

现代教育理论认为，学生的学习过程是建构自己认知结构的过程。课程教学存在的问题，看是课程教学各自为政、混沌无序，实则是教学理念存在问题，受传统教育观念和教学模式影响太深，只有改进教学理念才能有所作为：

（1）贯彻素质教育的先进理念。在《数字图像处理》课程教学中，注重教与学的有机结合，坚持以学生为主体，教师为主导，最大限度地调动学生的主观能动性，以培养学生主动思维、创新意识作为教学的主要目标，注重学生的素质教育。

（2）与时俱进更新教学内容。教学中以算法的产生、应用、改进为主线，突出知识的内在联系，揭示图像处理发展的内在规律。掌握数字图像的基本概念和基本算法，关注图像处理的前沿动态，适时将数字图像处理领域中最新的技术手段、研究进展以及发展趋势纳入课堂教学，鼓励学生对新知识、新领域进行积极地探索，培养学生的创新探索能力。

（3）培养学生的工程实践能力。在教学过程中，力求将复杂抽象的理论融入到形象直观的应用实例当中，将算法实现过程分解细化为可展现的图像处理效果，在理论中渗透实践，在实践中穿插理论，注重理论联系实际，培养学生的工程实践能力，真正使学生乐学、易学并会学[3]。

3 教学改革措施

（1）完善课程教学内容体系建设

课程体系是实施培养目标的施工蓝图，是组织教学活动的最主要依据。课程内容集中体现教育观念和教育思想，学生创新能力的培养主要是通过富有创造性的课程体系和教学内容的系统教育而实现的。在学校层面组织专家学者，结合学校特色、专业特点编写规范的、全面的、科学的学科教学计划，建立较为完善的课程教学体系，对教材选取、教学安排、实验设置、考试考核等进行全程指导并审核监督。

目前有较多的《数字图像处理》教材可供选择，但使用广泛、评价最好的教材是Rafael C．Gonzalez和Richard E．Woods编著的《数字图像处理》。该教材(第3版)侧重对数字图像处理基本概念和基本方法的介绍，该书深入浅出、图文并茂、通俗易懂，全书涵盖数字图像处理的诸多内容，并对数字图像处理领域的新方法新技术进行介绍，是数字图像处理领域的权威教材之一。因教材内容丰富，知识点较多，但受课时所限，必须对教学内容进行取舍。同时，数字图像处理是一门发展中的学科，年年都有新的理论和方法在不断涌现，要对课程内容持续进行更新，以适应图像处理学科的发展。在保留图像处理核心内容的基础上，注重将最新的、有代表性的成果纳入教学之中，精简和更新一些陈旧的和实际中很少使用的一些方法[4]。为了配合教学，要与时俱进，不断调整，精选实验内容，编写科学规范的配套实验指导书也尤为重要。

（2）构建全方位可视化教学资源

结合课程特点，充分利用现代信息技术，从课堂教学、实验教学及实践应用等多个环节来构建可视化的学科教学体系。运用项目式、案例式、交互式等形式多样、丰富多彩的教学手段，发展并丰富课堂教学。注重图像展示，强调视觉说服，建立抽象概念可视化、算法可视化及输入输出图像可视化等全方位的教学资源。

利用学校的网络教学平台，把《数字图像处理》课程的教学计划、授课教案、教学课件、习题、实验指导以及相关参考资料都上传到网络教学平台。并根据需要适时更新网络内容。学生随时随地通过网络进行预习、学习、复习，通过聊天可以与教师、同学交流问题等。教师及时通过教学平台进行回复和解答。同时，就图像处理方面的一些最新研究热点等，引导学生讨论及思考。网络教学平台实现了教学资源的共享、课后教学的互动，延伸了课堂教学，丰富了教学手段，为有效开展多种形式的教学提供可能。

（3）改革课堂教学方法，注重学生能力培养

随着信息技术的发展和教学条件的提高，改革传统的教学方法和手段，利用计算机辅助教学成为主流。在课堂教学中使用多媒体课件，为形象生动的实例演示、精确讲解提供了保证，为此必须开发内容丰富、活泼生动的多媒体课件，运用相关图像处理软件进行课堂展示，使学生对数字图像处理的算法和基本方法更好地理解，调动学生学习兴趣。通过课件直观、生动的演示，把复杂问题变简单、抽象问题变具体，大大地提高了课堂教学质量。

在图像处理教学中注重基础理论教学，贯彻“少而精”原则，突出重点内容讲解。同时，综合运用“课堂讲授法”、“问题教学法”、“项目教学法”和“案例教学法”等多种教学方法，发挥各种教学方法的优势，引导学生积极参与课堂教学。重视理论与实践结合，利用MATLAB或VC++开发工具编制程序，实时演示算法，进行实际图像处理，培养学生把所学知识应用于实践的能力。教学上注重启发，引导学生去思考、去分析问题,激发他们的学习积极性，提高课堂教学效果。

（4）有效学习环境的建立

课堂教学最好放在可以实验的场所，具备完整的实验环境，所有学生要有良好的实验平台及相关器材。授课教师借助于多媒体教学，在真实的应用环境中现场讲解、现场演示。教学过程直观明了，通俗易懂，学生在教师的引导下直接上手，进行实际操作，现场演练。

因授课方式有别于传统课堂教学，在课时安排时要加以调整，兼顾讲授、演示、演练，为保证授课的完整性、延续性，每次课时要加长，可以安排2～3小时或半天，每周2～3次课，在1～2个月内安排完一门学科的学习。课程紧凑集中，没有遗忘时间，短时间内反复训练、强化理解，学习效果非常好。而传统课堂教学，单次授课时间短、课时固定、教学周期长，学生往往学了后面又忘了前面，知识连贯性不好。

（5）强调理论与实践相结合的教学模式

数字图像处理学科的教学，一定要突出实践环节，注重于个人能力的培养。遵循理论-实践-再理论-再实践螺旋上升、循环递进的认知规律。知识的印证要及时固化，在有效时间内完成感性知识到理性知识的升华。事实上，没有实践的理论知识，在面对实际问题时无法解决问题，而抽象的理论在有限的时间内也会被逐渐遗忘。

注重理论与实践相结合的教学。一方面需要在课堂教学中引入适当的图例分析和编程处理实例，将复杂的算法以最直观的方式展现在学生面前，就图像处理前后的效果进行对比，通过算法演示来提高学生对理论的直觉感受，使原本抽象的内容变得生动具体。同时，为满足学生课后实践需求，针对一些典型的处理算法开设拓展实验，给学生提供边学习边实践的机会。应用平时所学的知识，通过软件编程实现相关算法，观察比较图像处理前后的效果。不但可以巩固所学知识，还可提高学生的动手能力。

（6）建立多元化的考核评价标准

目前高校比较普遍的做法，学完一门科目，出一份试卷进行考试，依据卷面成绩结合实验、作业等给出学科评价。但如此评价远远不够，需要对考核方式进行改革，数字图像处理学科的评价标准一定要有利于衡量实践技能和独立解决问题的能力，实行常规考核与过程性考核相结合的方式，准确把握学生的真实成绩，全面衡量和控制教学质量，既要考学生的基本理论，更要考他们运用知识和方法进行图像处理方案设计和实际任务完成的能力。

《数字图像处理》是一门实践性很强的课程，在考核方法的改革上，采用了多元化的考核方法。试卷成绩只占一定的比重，重点考查学生对数字图像处理基础理论的宏观掌握。在规定的时间内，解决实际问题，完成相关设计才是评价的核心。在考题设计上，侧重考查学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。增加实验成绩的比重，依据基础实验完成情况，拓展实验解决程度，创造性处理问题的能力，对学生实验成绩进行评分。另外，还将平时的听讲、问题解答、提问交流、作业情况列入平时成绩，在多元考核的情况下综合给出合理评价。多元化课程考核对于加强学生对学习内容的掌握、实验技能的提高、创新能力的培养具有很大的促进作用。

4 加强师资队伍建设，提高教师个人能力

在以素质教育为目标的课程建设与改革中教师有着不可替代的重要地位，课程建设的关键是教师。提高教师的业务能力和综合素质，是加强和提高大学生素质教育的基本前提，是实施素质教育的关键所在。如今，电子信息类专业提倡应用型人才培养，强调知识传授和实践技能的有机结合。因此，要求教师应该具有深厚的专业知识和高深的职业技能。学校应加强专业教师的培训，让他们积极参加技术创新方面的研究以及到相关高校进行培训和学习，有计划地选送教师到相关企业工作一至两年，在工程一线积累工程实践经验。经常选派教师去参加一些学术交流和技术研讨，来扩充知识面和提高实战能力。

5 结语

随着信息技术不断发展和完善，数字图像处理技术也在不断发展，并且越来越多地应用于各个领域，相应地，结合国内外科研成果，《数字图像处理》课程的教学改革和实践也应与时俱进，不断吸收新知识新技术，丰富教学内容；根据教学内容灵活运用各种教学方法，使学生在掌握数字图像处理基本理论和方法的基础上，培养学生的实践动手能力、创新意识与综合设计能力。随着教育改革深入，笔者在课堂教学中实施了上述一系列的教学改革，实践证明，有效提高了课程教学质量，增强了学生的实践创新能力，收到良好的教学效果。教学改革是一项长期的任务，将教学模式从理论灌输教育转向更为实在的专业素质教育，提高学生的工程实践能力，还需要持续深入的研究、探讨和实践。

[1] 冈萨雷斯.数字图像处理(第三版)[M].北京:电子工业出版社，2010

[2] Rafael C.Gonzalez.Digital Image Processing Using MATLAB[M].北京:电子工业出版社,2003

[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(8):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(34):122～123

Practice and Reformation of the Course of Digital Image Processing

ZHU Shi-hu
（School of Physics and Electronic Engineering,Jiangsu Normal University,Xuzhou 221116）

Digital Image Processing is a rapid developed and wide applied subject,applies the innovative teaching thought in the course,pays attention to the basic theory and frontier science combination,integration theory in practice.Reforms and explores in teaching content,resources construction,teaching methods and teaching evaluation,puts forward a series of feasible teaching plans,improves the quality of teaching and enhance students'ability of practice and innovation,to receive the good teaching effect.

Digital Image Processing;Teaching Reformation;Practice;Innovation

1007-1423（2015）03-0037-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.03.010

朱士虎（1970-），男，硕士，研究方向为数字信息与图像处理

2014-11-20

2014-12-24

江苏省现代教育技术研究课题（No.2014-R-29007）