研究性教学模式在光电图像处理课程教学中的应用

郭焱　骆文

摘 要 本文深入探讨了研究性教学模式的内涵和特性，介绍了研究性教学在光电图像处理教学改革中的应用。实践表明，开放研究性实验不仅使学生对课程的基本概念有了深刻理解，锻炼了学生的动手能力，还培养了学生的创新思维及独立分析解决实践问题的能力。

关键词 研究性教学 教学改革 光电图像处理 创新能力

0 引言

《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出：高等教育要加快课程改革和教学改革，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力。高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神，普遍提高大学生的人文素养和科学素质。①②

光电图像处理是一门理论与实践相结合的专业课程，其课程安排一般分为理论教学和实验教学两部分。光电图像处理技术作为信息技术类的新兴学科，已广泛应用于通信、医学、军事等各个领域，③④相对的广泛的应用也推动着技术的高速发展，故这门课具有涉及内容多，理论抽象难理解，运算公式繁杂，侧重实践应用等教学难点，这也使得传统的教学模式在这门课程中遇到越发明显的局限性，教学改革越发迫切。其中特别是实验教学改革更需要使原本抽象、枯燥的物理概念变得直观、生动，使学生更易于接受和理解，从而有效提高课堂教学的质量和效果。

本课题结合教学实际，将研究性教学模式应用于光电图像处理教学中，根据课程特点，结合重点内容，合理设置开放式实验教学，引导学生自主设计实验，激发学生的创新性思维，培养主动学习积极性，促进专业教学和学习。

1 研究性教学理念与特征

研究性教学理论最早起源于19世纪德国柏林大学，后由布鲁纳、施瓦布、皮亚杰等多位教育学家研究完善，越来越多的大学把其应用于教学实践。而近20年来我国许多高校也开始了此类教学模式在实际教学中的应用研究。⑤

不同于传统的知识传授型教学模式，研究性教学是研究性教学和研究性学习相结合的一种新型教学模式，其强调学生在教学过程中的主导作用，将科学研究的思维方法引入教学过程。⑥以问题为出发点，教师引导学生以科学研究的手段自主发现问题，分析问题，解决问题，学生在自主探索学习实践的过程中，吸收知识，解决问题，获取经验，从而培养学生的创造力、实践力和创新精神。

虽然目前研究性教学还没有在学术界一致认可的定义，但各方表述的研究性教学都具备以下几个明显的特点：⑦

（1）问题性。区别于传统教学，研究性教学模式是以问题为起点，在解决问题的过程中再发现问题，提出问题，故问题又是生长点，这也是教学由以教师教授知识为主的教学转变为研究性教学的关键。故在实验教学中教师首先要有意识地合理设计相关问题引发学生的关注讨论，并在解决这一问题过程中还可滋生出下一个相关问题，起到引发学生自主学习的作用。

（2）探究性。探究性主要体现在教学过程中以科学研究的手段来实现知识的接收掌握，学生在发现问题，分析问题，解决问题的过程中同时达到掌握这一过程中所需的知识点。这种探索研究性学习必然很大程度上锻炼了学生的主观能动性和创造力。而这种模式学习过程有一个明显的特点就是开放性学习环境，这在实验教学中非常容易达到，而开放式实验平台的开发也是现代实验教学的发展方向。

（3）教师与学生地位的变化。在传统教学中教师是传授者的角色，学生是被动接受知识，而研究性教学中教师更多的是以引导者身份出现，学生才是主体在自主解决问题。可以这么说在研究性教学中把学生学习知识的过程等同于科学家研究课题的过程，其是以学生发展为中心，主张师生交流互动的教学。这与实验教学的发展方向非常契合，改变传统的教师制定实验步骤，学生只是操作实现的模式，以学生为主体自主设计实验以解决问题，教师通过启发引导等方法引导学生积极思考，查找资料，探究问题。这样建立一种师生之间的良性互动反馈交流式关系。

（4）实践性。研究性教学目的是培养学生的自主学习能力和创新思维，其中动力就是学生对探究的兴趣，故在问题的设计上不可避免地需要从实际出发，和生活密切相关，能引起大部分学生的共鸣，引发讨论，共同解决问题。这样在提高学生实践能力的同时促进学生养成在生活中发现问题，并利用所学知识解决问题的思维方式，对学生的成长有很大帮助。故实验教学引入研究性教学模式可以很好解决教育与实际相脱离的问题，使学生在实验中不再是对书本原理结论的验证。

2 研究性教学的应用

本文以光电图像处理课程为例说明研究性教学模式在偏实践应用课程的可开展性和应用价值。

（1）根据专业方向整合教学内容。光电图像处理属于多门学科交叉，应用范围较广并且技术发展快速的一门学科。其涉及前期基础课程非常多，而它的前沿课题方向也比较广，再加上课时有限的前提，这就给学生学习和老师教授都提出了要求。合理结合本专业学生就业和后期深入研究选择合适的教学章节是非常必要的，对于工科专业学生，讲授内容包括数字图像基础、图像增强技术、图像恢复、图像分割、前沿研究等内容，利用matlab等软件编程，弱化数学运算推导，减少或舍弃掉与本专业较远的章节，比如图像水印等。

（2）光电图像处理课程不能是纯理论教学必须侧重实验实践教学。而以往实验教学中多是刻板简单的实验题目，让学生编写算法后验证处理效果，这样的教学使得学生产生惰性，往往在实验课敷衍了事。针对这种现象提出以下改革方案，得到很好效果。其可将学生分组后从实际生活出发设计实验课题，引导学生在实验预备阶段查阅相关资料，运用已学知识对实验项目进行分析设计，并在教师引导下制定实验步骤，在实验中针对遇到的问题交流讨论，并对原有实验进行修正以达到解决问题的目的，最后对实验结果与实际现象进行分析。这一过程激发了学生的自主学习热情，提高了学生的独立思考分析能力，帮助学生把书本理论和实际生活有机融合，培养学生的创新思维和实践能力。比如在图像增强技术类实验中学生针对自己的实际生活提出过“美颜人物图像处理”这一实验课题，在利用课堂中学习的平滑和锐化知识点后，结合matlab编程软件分析并解决了问题。而同时就进一步产生完善处理效果的想法，提出针对图像做前期面部识别，这正好引出属于前沿研究的面部识别这一知识点，而教师再做讲解的时候，学生的兴趣和主观能力性都明显有了提高。

（3）教学方法改革的同时教学考核方法也需要同步进行改革。传统教学卷面考核方法更多的是针对教学内容的熟练掌握程度的考查，而不是对实践综合能力的考查，所以已经不能满足于改革后的教学要求。针对这一点，我们提出在传统的平时成绩和期末考试成绩的基础上加入实践课题成绩，三者比例为2：4：4，其中实践课题成绩以课题汇报答辩方式得出。这一考核方法得到了学生的热烈响应，也从另一侧面传递了重实践能力轻应试教育的改革思想。

3 总结

本文通过研究性教学模式的深入探讨，讨论了研究性教学在图像处理教学中的应用。其结合Matlab的仿真实验平台的多功能可扩展性，变抽象为具体，实现了宏观和微观间的相互转换，改善了教学手段，优化了教学方法，同时大力促进学生自主创新，使学生的实验技能、独立地分析解决工程实践问题的能力得到培养与提高。这种对传统教学模式的改革利于学生对学习内容的掌握，有利于激发学生的学习兴趣，重视学生综合能力的培养，更有利于提高学生分析和解决实际问题的能力。

注释

① 何云峰.大学“研究性教学”的发展路向及模式建构[J].中国大学教学，2009（10）：81-83.

② 汪劲松等.实施研究性教学，推进创新性教育[J].中国高等教育，2003（6）.

③ 杨帆.数字图像处理与分析[M].北京航空航天大学出版社，2010.

④ 彭真明.光电图像处理及应用[M].电子科技大学出版社，2013.

⑤ 李衍达.对推行研究性教学的实践与思考[J].中国高等教育，2008（10）.

⑥ 刘智运.论高校研究性教学与研究性学习的关系[J].中国大学教学，2006（2）.

⑦ 韦宝平.创新教育视角下的研究型教学[J].江苏高教，2003（4）：85.