《数字图像处理》立体式教学方法改革与实践

孟祥超 符冉迪 邵枫 陈恳

摘  要：《数字图像处理》是众多理工类或综合类院校信息类等专业开设的一门重要基础课程，然而，该课程在教学过程中普遍存在以教师为中心、以教材为中心，教学方法单一、教学气氛单调的“平面化”教学问题。针对该问题，文章提出针对性的数字图像处理课程的“立体式”教学模式，在“学-导互促”立体化教学、“理论-实践-创新”三位一体立体化教学、融入专业能力竞争的立体化评价机制三个方面进行探索与实践，培养学生的创新和项目实践能力。

关键词：数字图像处理;教学方法改革;立体式教学

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）23-0136-03

Abstract： Digital Image Processing is an important and basic course offered by many science and engineering universities or comprehensive universities; however， the problem of "planarization teaching" is commonly existed in the teaching process of the digital image processing course. such as the "planarization teaching" problem of teacher-centered， the problem of material-centered， the problem of single teaching method， and the problem of monotonous teaching atmosphere. This paper proposed "stereometric teaching" method for teaching of the digital image processing course. We make the exploration and practice in three aspects： the stereometric teaching of the mutual help of learning and teaching， the three-dimensional stereometric teaching of "theory-practice-innovation"， and the stereometric evaluation mechanism by integrating the professional ability， to foster the ability of the students' innovation and practice.

Keywords： Digital Image Processing; teaching method revolution; stereometric teaching

2018年教育部發布《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，明确提出：“要办好我国高校，办出世界一流大学，人才培养是本，本科教育是根。”其中，《数字图像处理》[1，2]是目前大多数理工类或综合类院校信息类本科专业等的重要基础专业课程，同时其也是一门新兴交叉学科，涉及通信、计算机、医学、军事、遥感等众多领域，理论性和实践性均很强，具有发展速度快、内容覆盖面广、理论难度大、实践要求高的特点[3-5]。

基于笔者在《数字图像处理》课程教学中的实践与思考，以及对数字图像处理相关教学现状的深入调查，发现数字图像处理相关课程在教学过程中往往存在：以教师为中心、以教材为中心，教学方法单一、教学气氛单调的“平面化教学”问题[6]，难以充分满足教育部在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020年）》中提出的“全面实施高等学校本科教学质量与教学改革工程，探索建立以学习者为中心的教学新模式，充分调动学生学习积极性和主动性”的要求，同时也与现今工程专业教育认证以学生为中心的核心教育理念不相符合。尽管，目前已有部分学者针对数字图像处理教学过程中存在的问题提出了相应的对策，如张芝华等[7]提出现代教学与传统教学相结合，以及利用网络教学工具的改进措施，李婕等[8]提出增强学生实践能力的教学策略等，但数字图像处理相关教学过程中存在的平面化教学问题仍普遍存在。

因此，针对数字图像处理相关课程教学中存在的平面化教学问题，本文以笔者担任的《数字图像处理》课程为例，提出《数字图像处理》立体式教学理论与方法，并进行《数字图像处理》课程立体式教学设计与实践。

一、数字图像处理教学过程中存在的问题

本文基于笔者在数字图像处理相关课程中的教学实践和深入调查[9-11]，发现该课程在教学过程中存在以下问题。

（一） 学生学习兴趣和潜能有待进一步激发

数字图像处理涉及领域广泛，专业知识中数学公式多而复杂、晦涩难懂，而教学过程中过于侧重传统理论公式的讲解，教学内容相对抽象，并将其单向的灌输给学生，导致学生对原理内涵的理解产生畏难心理，学习主动性、积极性不高。

（二）实践和创新能力有待进一步提升

以往数字图像处理课程的教学重理论讲解和简单任务式语言编程实验，对本科生科研项目实践和社会实践考虑不足;另外，数字图像处理涉及领域广，知识更新快，而现有教学模式往往指定规定教材，教学内容和学科发展与国际前沿更新相对滞后，未与最新科研成果进行良好衔接。

（三）评价竞争机制有待进一步改善

现有教学通常以考试成绩为主体，并结合平时成绩和实验课成绩对学生进行评定，忽略了学生的学科竞赛专业创新能力，并且对项目实践和社会实践等专业实践能力的评价考虑不足。

二、数字图像处理立体式教学方法

本文以《数字图像处理》课程教学为切入点，研究并实践行之有效的“立体化”教学理论与方法，主要包括：“学-导互促”立体化教学、“理论-实践-创新”三位一体立体化教学，以及融入专业能力竞争的立体化评价机制。以学-导互促互长、学科竞赛、最新科研成果反哺等方式，激发学生们的学习兴趣，进一步提升学生的实践和创新能力。具体内容如下：

（一）“学-导互促”立体化教学

针对以往教学过程中存在以教材为中心、以教师为中心，学生“学”和教师“导”相互分离的问题，探索并实践学-导互促互长的立体化教学方法。做好“引路人”的角色，通过学-导互促互长，激发学生的学习兴趣和潜能。在教学过程中摒弃单向的知识灌输的教学方法，实施教师“导”和学生“学”的互促互长，如在课堂教学中留出充足时间和学生进行互动讲学、角色互换，不仅自己作为老师的角色，也作为学生的角色，引导学生主动进行提问，以及让学生尝试进行部分课程知识的讲解，激发学生对传统理论的大胆质疑和创新突破。通过学-导互促教学，提升学生在课堂上的学习积极性和主动性。

如在《数字图像处理》课程第一章的基础知识讲解中，一方面通过案例讲解引导学生认知数字图像处理知识领域的广泛性和实用性，激发学生的学习兴趣;另一方面鼓励同学们以教师的角色，让同学们主动分享在平时生活中天气好与不良天气下的手机拍照经验，并分析雾天和雨天手机拍照的缺陷;以及生活中医院诊疗CT成像、核磁共振成像等方面的体验，引导学生分析CT成像、核磁共振成像的优势和缺点;此外，可借鉴商业公司在图像处理与质量改善方面的成功产品，通过视频等形式展示，引导学生认知图像处理技术对图像质量的改善作用，激发学生对数字图像处理技术学习的兴趣和潜能。

如图1 所示，在图像增强相关章节中，可通过实际生产生活中的案例进行引导性讲解，如水体照片的增强处理，雨、雪、雾等恶劣天气条件成像图像的处理等，以提升学生的学习兴趣。

（二）“理论-实践-创新”三位一体立体化教学

针对以往教学过程中对学生实践和创新能力考虑不足的问题，探索并实践“理论-实践-创新”三位一体立体化教学方法，不仅让学生对理论知识理解更加透彻，同时加强学生实践和创新能力的培养。如在理论教学过程中，将抽象理论公式进行具体化、形象化;在实践课程中，培养学生编程动手能力的同时，通过学科竞赛，并以科研项目为引导，培养学生的知识应用和转化能力;在学生创新能力培养中，一方面多让学生找“错”，另一方面让学生及时跟进各章节内容的国内外前沿科技，提升学生的创新能力和国际视野。

如在《数字图像处理》相关课程频率域滤波章节的教学过程中，由于傅里叶变换公式多而复杂，且晦涩难懂，学生往往觉得枯燥乏味，易产生畏难心理，在其讲解中可将傅里叶变换抽象理论与音乐等生活中的实例进行结合和类比进行讲解，更容易让学生理解傅里叶变换的原理和内涵;在实践课程中，鼓励学生参加图像融合、图像分类等方面的国际国内学科竞赛，并引导学生参与老师的实践项目;在创新能力培养方面，一方面在教学过程中鼓励学生发现课本中的错误，大胆质疑;另一方面，定期给学生推荐图像处理方面的国际前沿文章和技术，并让班级同学进行分组讨论和实践，讓学生探索并应用数字图像处理技术创新性解决实际工程问题，使学生进一步夯实基础理论知识的同时，培养其创新与实践能力。此外，利用网络共享平台（http：//study.nbu.edu.cn/portal），提升学生参与的积极性。

（三）融入专业能力竞争的立体化评价机制

针对以往教学成绩评定对学生专业活动能力考虑不足的问题，拟建立科学合理的立体化评价体系，融入学科竞赛和项目实践等专业创新实践能力测评，提升学生的专业能力。一方面，完善学生导师制，鼓励并组织学生参加学科竞赛实践活动，激发学生的主观能动性和积极性，指导教师对参赛学生选题进行客观评价，营造比赛氛围，总结经验。另一方面，在学生成绩评定中，将科研竞赛和项目实践融入学生综合测评中，提升学生的专业竞争能力。

在数字图像处理相关课程教学中，提高学生学科竞赛、项目实践和创新能力在成绩综合评定中的比重，如根据学科竞赛获奖、独立完成一项专业项目实践，并取得导师认可，以及对图像处理技术的创新性改进等作为专业活动评分标准，联合学生的考试成绩、实验课程成绩以及平时成绩等对学生综合评定。

三、结束语

本文基于笔者在《数字图像处理》课程教学中的实践与调查，探讨了数字图像处理相关课程在教学过程中存在的平面化教学问题，并有针对性的提出数字图像处理课程的立体式教学方法与策略，即“学-导互促”立体化教学、“理论-实践-创新”三位一体立体化教学、融入专业能力竞争的立体化评价机制。此外，笔者将在实际教学过程中针对具体问题进一步改进与实践，提升数字图像处理课程的教学质量。

参考文献：

[1]黄奇瑞.协同创新机制下“数字图像处理”课程教学改革[J].高教学刊，2015（17）：112-113.

[2]梁志贞，江海峰，杨小冬.基于“卓越计划”的《数字图像处理》课程教学改革实践[J].高教学刊，2016（3）：146-147.

[3]明冬萍.《数字图像处理》课程教学研究[J].中国科教创新导刊，2008（25）：169.

[4]周昕，王玉奇.通信工程专业人才数字图像处理的课程研究[J].知识文库，2018（14）：198.

[5]刘文礼，陶佰睿，何鹏，等.面向创新实践能力培养的数字图像处理教学改革[J].高师理科学刊，2013（1）：93-95.

[6]张晓华.不要让教学走向“平面化”[J].青年教师，2017（11）：13-14.

[7]张芝华，徐丽萍，李美莲.“数字图像处理”课程实践教学改革探索[J].科教文汇，2018（25）：68-69.

[8]李婕，巩朋成.关于《数字图像处理》课程的体会与思考[J].教育教学论坛，2018，389（47）：225-226.

[9]陈莹，陈文驰.基于理论与实践相结合的《数字图像处理》交互式教学模式探讨[J].教育教学论坛，2013（48）：74-76.

[10]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.

[11]肖志勇，刘建军，宋晓宁，等.《数字图像处理》课程教学改革探索研究[J].教育教学论坛，2017（3）：86-87.