基于“卓越计划”的《数字图像处理》课程教学改革实践*

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，江苏　徐州　221116）

基于“卓越计划”的《数字图像处理》课程教学改革实践*

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，江苏徐州221116）

摘要：针对《数字图像处理》课程的特点，结合卓越计划的具体要求，从教学内容、教学方式、实际应用、考核方式等方面探讨了卓越计划下的教学设计方案。实践表明了这一系列的教学改革对提高卓越班学生的学习效果有明显的作用，使得卓越班学生的实践能力和创新能力得到显著的提升。

关键词：卓越计划；数字图像处理；教学改革；创新能力

*项目：2015年中国矿业大学教育教学改革工程项目（项目编号：2015YB25）

Abstract:In view of the characteristics of "digital image processing" course and the specific requirements of ex-cellence plan, the teaching design in the excellence plan scheme is explored from the teaching content, teaching methods, practical application, assessment methods and other aspects. The practice shows that this series of teaching reform has obvious effect on improving the learning effect, practically ability, and innovative ability of the students.

Keywords:excellence plan; digital image processing; teaching reform; innovative capability

《数字图像处理》这门课程主要介绍数字图像的基本概念、相关理论和实现算法。通过探讨数字图像处理中的许多问题，给出解决这些问题的所遵循的原则和相应的算法步骤，并让学生根据所学的程序设计语言编程实现课程中的许多算法，从而帮助学生提高他们解决图像中问题的能力。《数字图像处理》这门课程包括数字图像基础、时域和频域图像增强技术、图像恢复、图像分割技术、图像编码、彩色图像处理等方面的内容[1]。通过这门课程的学习，要求学生不仅掌握数字图像的基本概念、理论和实现方法,而且提高他们已有的编程能力，这是因为他们必须借助所学程序设计语言实现数字图像处理中的许多算法。这门课程也将为学生进一步学习数字图像处理的相关课程（计算机视觉和模式识别）提供基础。

2010年，教育部制定了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）[2]，其主要目标是学校和企业联合培养合格的工程师并期望他们毕业后在企业中发挥主导作用。因此，《数字图像处理》课程教学改革也应该围绕“卓越计划”的目标及要求来执行。根据“卓越计划”相关要求，拟从教学内容组织、考核方式等几个方面对该门课程尝试改革。

一、课程教学中一些问题

（一）《数字图像处理》课程有理论性较强和难度较大等显著特点[3]

面对教材中的许多数学公式和相关理论推导，学生常常不了解这些公式的具体含义和所起的作用，从而很难理解数字图像算法的精髓。非卓越班的教学方式通常采用理论介绍和数学公式推导为主，由于学时的限制，教师几乎很难拿出足够的时间在课堂上演示相关算法。学生课后也基本不主动编程实现相应的算法。然而，对于卓越班同学，这些问题需要亟待解决。实际上，数字图像处理各种算法需要借助软件和硬件（数字处理芯片）来实现。由于这门课程处理的对象是图像，不同于文字信息，图像所表达的信息更容易被学生所感知，且图像带来的视觉冲击更大。如果在PPT课件中仅仅列出数学公式且不给出相应的中间处理结果和最后的处理结果，学生很难有学习图像处理的兴趣。

（二）《数字图像处理》属于多门学科交叉且学科之间渗透性较强的课程

图像处理涉及到多个学科的知识，如高等数学、数字信号处理、工程数学、计算机科学等。由于这门课程处于多门学科之间的交叉点，所以该课程内容涉及面比较广，内容更新速度相对来说也较快，并且要求学生了解本领域最新发展方向，这对教与学都提出了非常高的要求。

（三）课程学时短与内容多的矛盾

中国矿业大学计算机学院2012版《数字图像处理》课程的教学只有32学时。在讲授这门课程中，既要复习数字信号处理相关知识点，又要讲授数字图像处理的内容，还需要适当增加实验教学中的一部分内容。此外，也要介绍数字图像处理的最新发展动态，这对选择教学内容提出了挑战。因此教师必须对以前的教案作重要的调整。

（四）学生学习水平的差异比较大

有的学生编程能力强，有的学生欠缺编程能力。部分学生只注重图像处理的效果，对算法的原理不求甚解。

二、课程教学改革

（一）教学内容的组织

根据这门课程的特点，目前我们仍采用美国Rafaelc.Gonza-lez等著的《Digital Image Processing》等教材为主线，同时参考其它数字图像处理的教学内容。这门课程讲授内容包括数字图像基础、图像增强技术、彩色图像变换、图像分割及图像编码等方面。在实际教学过程中，根据卓越计划的具体要求，我们对教材中的许多内容进一步进行调整以适应新的需要，同时将一些内容留给学生课后自学，这样能在某种程度上解决课时少的问题。

（二）教学方法的多样性

为了达到好的教学效果，在课堂教学的过程中适当采用了多种教学方法。在课堂上，我们虽然以讲授为主线，但是对相关问题采用了启发性或讨论法教学法。这样将基本内容讲解给学生，以便让学生能理解讲授的内容，同时通过启发性或讨论法教学，也培养他们对所学知识的兴趣和积极参与课堂教学的习惯。具体来说，在讲解图象增强技术时，我们给出在煤矿下获取的一些模糊的图像，让同学提出自己的解决方案，从而让学生感觉图像增强是非常有意义的。

（三）结合理论与实践的教学模式

以前的《数字图像处理》课程，实验教学与理论教学分离。中国矿业大学计算机学院2012版的《数字图像处理》由于没有实验教学，所以应当开展理论和实践相结合的教学模式。课堂教学中先进行理论讲解，然后给出具体的演示效果，最后作小结。理论讲解要做到透彻，重视基本概念的详细讲解，减少对数学公式推导；同时结合OpenCV相关软件包演示一些具体的实验结果，从而让学生观察到具体算法在图像上的实际处理效果。这样通过给出具体的一些实例演示,激发卓越班学生学习图像处理的兴趣，并布置一些算法让他们课后编程实现。

（四）在本科毕业设计应用

本科毕业设计是目前许多高校学生的大四必做课题。在毕业设计中，学生通过利用本科期间所学知识，提高他们运用所学知识能力和开发他们的研究潜力,这对提高学生的创新能力和接受新知识的能力有明显的作用。在我们指导的卓越班学生中，他们的毕业设计题目大多数来源于数字图像处理内容，这样巩固了他们对数字图像处理的基本概念的理解。通常在课堂上讲授数字图像处理内容时,我们给出这一章与毕业设计相关的研究题目，课后让他们在图书馆查找相关的内容，这对于提高学生处理实际问题的能力非常有帮助。

（五）改革考核方式

传统上这门课程的主要考查学生对教学内容的掌握程度，而不是考查学生如何运用所学知识解决实际问题的能力，很显然这不利于卓越班学生创新能力的培养[4]。学生在学习过程中常常考前突击复习且把主要时间放在背诵书本考察点上，这通常不利于知识点的掌握。为了加强综合知识能力的培养，我们对考核方法的进行了改革，建立了对学生学习过程全程化的评价制度，总成绩由平时成绩（20%）、项目成绩（30%）和期末考试成绩(50%)组成。将平时参与课堂的程度、回答问题情况、作业等记入平时成绩。在整个课程的学习过程中，学生要想得到一个理想的分数，必须重视学习过程中的每一个具体环节。

三、结束语

根据数字图像处理课程的特点，结合卓越计划的具体要求，文章从教学内容组织、教学方式多样化、实际应用、考核等方面进行了论述。实践效果表明了这些改革尝试能够激发卓越班学生的学习该课程兴趣，从而培养他们的创新能力。但是该课教学改革是一项长期的任务，我们将结合本专业的特点，继续考虑《数字图像处理》课程改革的方向。

参考文献

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

[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]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（24）：84-86.

[4]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）.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）03-0146-02

作者简介：梁志贞（1976-），男，山东莒县人，中国矿业大学计算机科学与技术学院，副教授。