数字图像处理课程实践教学改革

王 宇 朴 燕 杨 絮

长春理工大学电子信息工程学院 吉林长春 130022

数字图像处理课程实践教学改革

王 宇 朴 燕 杨 絮

长春理工大学电子信息工程学院 吉林长春 130022

针对数字图像处理课程特点和实践教学中存在的问题，从课堂教学、实验环节、课后实践等几方面对实践教学进行了改革，从而激发了学生的学习兴趣，培养学生创新思维和实践能力。

教学改革；数字图像处理；实践能力

数字图像处理课程是通信工程等电子信息类专业和计算机类专业的重要专业课程，同时也是计算机视觉、模式识别、高级信号处理等学科方向的重要基础课程。由于该课程涉及基础理论知识广泛，理论与实践结合紧密，所以学生感觉课程内容难度大，实践能力要求高。如何从课堂教学、实验环节、课后实践等几方面入手，对课程实践教学进行改革，是一个重要的课题。提高实践教学质量，一方面可以加深学生对理论知识的理解，激发学生学习深层次图像处理技术的兴趣，另一方面，可以促使学生将所学基础知识灵活地渗透到实验之中，锻炼学生解决实际图像处理相关问题的能力，培养学生的创新能力和科研素养。

1 目前存在的问题

根据多年数字图像处理课程理论与实践的教学经验，目前该课程的实践教学主要存在以下问题.

1.1 数字图像处理实验学时较少

主要是围绕课程几个重要知识点所设置的演示性、验证性实验。这种实验虽然有利于学生对重要理论知识的理解和掌握，但是实验内容比较简单，如果指导教师提供的实验指导书又很详细，学生只要完全按照实验步骤进行操作就能顺利完成实验。这种按部就班的实验模式在很大程度上限制了学生想象力和创造力的发挥，对于培养学生的创新意识和独立工作能力非常不利。

1.2 非计算机专业学生的编程能力较弱

对于非计算机专业的学生，因为前期的课程学习中没有受到相应的编程训练，所以，在解决实际的图像处理问题时，即使能够设计出良好的方案，也无法顺利地将图像处理算法用编程语言实现，导致理论与实践不能较好地结合在一起，大大降低了学生参与实践的积极性。

1.3 实践教学内容千篇一律

没有考虑每个学生实际情况的差异，缺乏灵活性。不同层次的学生实践教学任务都一样，这样会出现有的学生不能按时完成任务，有些能力较强的学生又觉得任务简单的现象，不能充分发掘每个学生的自身潜力。

2 改革的内容

数字图像处理课程的实践教学中，应该突出强调理论知识和实践能力的结合，切实使实践教学成为学习和应用之间的桥梁。结合本校通信工程专业的实际教学情况，数字图像处理课程的实践教学以“一条主线、四个模块”的思路进行改革，以培养学生创新思维和实践能力为主线，分“课堂演示模块”“实验模块”“课后实践模块”“课外实践模块”开展。如图1所示，整个实践教学的推进由浅入深、循序渐进，有助学生接受理解。

图1 课程实践教学体系框图

2.1 课堂演示模块

课堂教学增加MATLAB仿真实验演示与核心程序讲解环节。在“数字图像处理”的实践教学过程中，采用MATLAB作为编程工具。MATLAB是当今国际上科学界最具影响力、也是最有活力的软件，通过MATLAB提供的图像处理工具箱, 学生可以利用很多现有的图像处理函数，完成自己设计的图像处理方案,提高效率。

学生通过自学完成MATLAB基础知识的学习，学会如何应用图像处理工具箱进行编程。课堂教学上，我们改变传统的灌输式理论教学方式，讲解完一部分理论知识之后，结合仿真实验的演示，既加深学生对理论知识的理解，又能调动学生的参与意识，使学生亲身感受数字图像处理算法的效果和性能，提高学习兴趣，寓教于乐。同时，对于仿真实验中的核心MATLAB代码进行分析讲解，使学生不仅对实验案例有更加深刻的理解，而且有助于MATLAB 编程技巧的提高。

2.2 课程实验模块

实验环节采取必做内容与发挥部分相结合的方式。如何在有限的实验学时内，充分发挥不同层次学生的主观能动性，完成相应的实验内容？通过多年的教学实践，我们采用了“必做+发挥”的实验内容设置模式，即把数字图像处理课程的重点内容作为实验项目，要求学生独立完成简单的算法设计和程序编写。每个实验项目又设计了若干个发挥内容，学生可以根据自己的能力和兴趣，选择完成相应的发挥部分。这样，在有限的实验时间内，实验内容可以满足不同学生的能力需求，明显提高了教学效率。

2.3 课后实践模块

设计了分组完成的案例式作业。为了培养学生的创新能力和科研素质，我们吸取国外大学的先进经验，在课程教学开始阶段，布置完整的图像处理任务作为案例式作业，要求学生分组在课后完成。每个小组的学生分工合作，有的搜集整理资料、有的进行图像处理算法设计、有的进行编程调试，在学习图像处理理论知识的同时，为了完成大作业而积极思考和努力，分析出现问题的原因, 运用所学的知识解决问题，激发探究问题的兴趣。除了完成程序和作业内容,学生还要提交正式的研究报告,并参加答辩,介绍自己的实验,回答别人的问题。在整个课后实践任务完成的过程中，培养了学生查找文献、筛选信息、整理资料的能力，培养了学生团结协作的团队精神，答辩环节锻炼了学生的交流能力、语言表达能力。

2.4 增设课外实践模块

鼓励学生根据个人兴趣和学习能力参与到教师的图像处理相关课题中，在实际科研项目中，全面锻炼自己各方面的能力。同时鼓励并指导学生参加各类相关的大学生专业竞赛，这不仅拓宽了学生的视野，加深对本课程的理解和认识，而且培养了学生的创新意识和动手实践能力。

3 结束语

针对数字图像处理课程实践教学中存在的问题，从课堂教学、实验环节、课后实践等几方面进行了改革。实践证明，教学改革的尝试对于提高本课程的实践教学质量非常有利。

[1] 赵洁,张艳,武斌.实验案例教学法在数字图像处理课程教学中的应用[J].天津城市建设学院学报,2013(3):231-234.

[2] 王汉萍,于海生,王英等.“数字图像处理”实验体系模块化的研究[J].实验室研究与探索,2008(12):31-33.

[3] 刘献君.抓住四个关键问题,加强大学本科课程建设[J].中国高等教育,2013(17):40-43.

[4] 刘慧,张锐.“数字图像处理”课程的教学与实验改革探索[C].第一届中国图学大会,烟台,2007:519-521.

Practice Teaching Reformation on Digital Image Processing

Wang Yu, Piao Yan, Yang Xu
Changchun University of Science and Technology, Changchun, 130022, China

According to the course characteristics of the digital image processing and the existing problems, practice teaching methods have been reformed from the aspects of classroom teaching, experiments, after-class practice and so on. By using the practice teaching methods, interest of students has been stimulated, and innovation ideation and practice ability have been cultivated.

teaching reformation; digital image processing; practice ability

2014-10-12

王宇，博士，副教授。

吉林省高等教育教学研究课题“以行业需求为导向，构建通信工程实践教学体系”；“通信工程专业创新实验虚拟平台研究与实践”。