应用创新型人才培养模式下的机器视觉研究型课程建设

相入喜　吴峰　蒋小燕　赵泓扬　汤毅

【摘 要】随着工业4.0时代的来临，传统的制造业逐渐向智能化发展，智能化是传统制造业持续发展的关键。机器视觉课程与制造业的发展有着紧密的联系，其课程建设与课程研究密不可分。本文基于教学、生产和科研三者的紧密联系，提出建设和调整机器视觉课程新的教学目标、教学内容、教学手段和考核机制等方面研究，最终实现机器视觉研究型课程的建设，达到培养适应新时代应用创新型本科优秀人才的目的。

【关键词】机器视觉；研究型教学；课程建设；应用创新型

0 背景

2013年德国提出的工业4.0，用于提升本国制造业的智能化水平，为德国制造业的竞争力持续领先奠定理论基础；随着我国向生产强国迈进，政府于2014年提出中国版的工业4.0-中国制造2025，为我国制造业的智能化发展指明理论方向。智能化是传统制造业持续发展的关键，机器视觉是制造业智能化的关键。为了适应当前生产企业的发展和机器视觉技术应用人才的需求不断增加。为此，根据应用创新型本科人才培养模式的特点，改革现有教学内容和方法，结合最新教学手段和移动网络模式，实现教学现代化，提高学生整体素质，全面实现应用创新型人才培养目标[1]。

1 机器视觉课程建设

当今机器视觉课程开设的高校较少，本科阶段开设的更少。主要在于该课程是一门交叉课程，需要学生掌握多门相关学科的知识，如图像处理、模式识别、图像处理、传感器、光学成像、计算机等。根据光电信息工程专业的培养方案和适应长三角地方产业的发展，我系开设了这门与制造企业密切相关的课程—机器视觉。

当前机器视觉教学过程中主要存在以下几个突出的教学问题：1）注重教材知识点的讲解，忽略与产业的结合；2）注重教师为中心，忽略学生创新意识和创新能力的发展；3）注重传统教学建设，忽略网络时代下的教学建设。为了提高学生的学习兴趣，适应地方产业的发展，我院在应用创新型人才培养模式下进行机器视觉研究型课程教学改革[2]。

研究型教学课程建设以全面培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力为目标，以教师为辅，学生为主，自主研究性学习为手段，全面提高学生的创新能力。为了实现研究型教学课程建设的目标，需要对现有的教学内容和教学方式进行有效的改革[3]。

1.1 教学内容设计

机器视觉是人工智能快速发展的一个重要分支，也是产业快速发展的关键。为了适应长三角地方产业的发展，需要对现有机器视觉课程内容进行有效的改革，增加与地方产业相适应的内容，为此需从不同产业获取经典的实际案例讲解，将所讲内容蕴含在实际案例中。实际教学过程中，其内容主要涉及5个部分：

1）机器视觉的基本概念

包括机器视觉的背景、应用、发展历史、主要组成和机器视觉分类方法以及发展趋势，使学生了解机器视觉研究的内容和未来发展的趋势，掌握机器视觉的基本方法和基本原理。

2）机器视觉的硬件技术

涉及机器视觉的硬件：镜头技术、摄像机技术、光源技术、采集技术以及相机的标定技术，使学生了解机器视觉的基本硬件的原理，从而为机器视觉的进一步应用提供必须的基础。

3）图像处理技术

图像处理技术是机器视觉中的关键，为进一步处理提供有利的保证。主要涉及到图像增强、图像分割和图像的配准等内容，使学生掌握机器视觉中所用到的图像处理的基本知识和基本原理。

4）模式识别技术

模式识别是机器视觉中一项重要内容，也是机器视觉中能面向实际应用的关键，这部分内容主要涉及到分类的一些知识：如最近邻分类、Fisher分类、贝叶斯分类、神经网络和支持向量机等分类法，使学生掌握分类中一些基本方法和一些基本理论，同时了解一些当前比较热模式识别技术如深度学习等内容。

5）基于机器视觉的实际案例

面向实际应用，设计相关所学内容的演示和课后完成的实际实践内容，使学生能够应用所学到的机器视觉的一些基本知识和基本原理实现一些简单的来源生产中的一些应用，为将来就业提供一些有效的经验。

1.2 实验内容设计

实验是机器视觉研究型课程的重要环节。设计让学生感兴趣并且贴近企业生产的实验有利于研究型课程目标的实现。根据所学内容的需要，设计几个有代表性的且切近生产实际的实验，如伞齿轮上缺陷的检测和分类，润滑油品质检测和彩虹工件尺寸测试等实验。

1.3 教学手段设计

对于研究型课程来说，课程所涉及到的实验或者课后作业一般很难在有限的课堂时间内完成，因此学生需要学会通过网络查阅相关资料、了解实验或课后作业的目的，不断通过发现问题，提出问题和解决问题，全面提高自身创新能力。所设实验或课后作业都是来源生产实际，因此是若干个知识点的融合所形成。在实践过程中规定了教学目标、方法和实践步骤以及评价方法。一般是要求学生分组完成，并且分阶段讨论汇报，在反思中不断改进所用的方法，提高实验的质量，同时也在不算提高自己的发现问题，解决问题的能力[4]。

对于课堂教学，实施以学生为中心，教师为辅的教学模式。教师只讲解与实际案例相关的知识点，以任务的形式引导学生边学边做，通过分组合作的形式完成。教师主要引导学生，以提问题开始，以解决问题结束，随着任务不断完成，学生也逐渐学会发现问题和解决问题的方法。通过这种任务式的教学，学生为中心，教师引导，师生互动，学生从被动到主动，从机械思维到创新思维的有效转变。

为了适应当代大学生的上课注意力时间短的特点，开发和完善网络课程和移动平台课程建设。通过这些平台，把上课内容和参考的内容等教学资源上网免费开放，使得学生可以在空闲时间自主选择学习的内容，完善了正常上课教学的不足，提高了学生自主学习的能力。

1.4 考核设计

传统的考核机制就是考试加上平时成绩，大大制约了课程教学的发展。为了进步提高学生学习兴趣和分析问题、解决问题的能力，需要对现有的考核机制进行改革，除了保留现有的考核方式，但大大降低了他們所占的比例，增加项目小组口头报告和小组之间互评成绩，这两部分各占总分的10%。口头报告根据学生讨论内容和讨论深度给予成绩，小组之间互评根据各个小组的互评成绩的平均成绩作为小组的成绩。这样的考核可以有利于调动学生的积极性，提高学生分析问题，解决问题的能力[5]。

2 结语

本文根据中国制造2025和应用创新型人才培养模式下的培养目标，研究了机器视觉研究性课程的教学改革，提出了新的研究性课程改革方案，增加与地方产业密切联系的课程研究内容，改善了教学方式，改革传统的教学评价方式，提高了学生学习主动性，增加了学生分析问题，解决问题的能力。最终实现机器视觉研究型课程建设，达到培养适应新时代应用创新型本科优秀人才的目的。

【参考文献】

[1]李志梅，何金花.应用型人才培养模式下本科数据库管理系统课程教学研究与实践[J].教育教学论坛，2017（4）：165-166.

[2]王之元，周云，易晓东，等.机器人操作系统研究型课程建设[J].计算机教育，2016，1：77：80.

[3]孟祥林.美法日研究型课程设置之比较及对我国的启示[J].湖南师范大学教育教学学报，2004，3（6）.

[4]赵卫东，李铭.研究型教学对大学生创新能力的影响[J].计算机教育，2010（4）：3-5.

[5]相入喜，周祥才，吴峰，葛志康.基于车牌识别的机器视觉课程研究[J].科技视界，2016，175（16）：52，56.

[责任编辑：田吉捷]