基于C-CDIO模式的“数字图像处理”课程教学改革与探讨

摘  要：C-CDIO模式是一种专为工程专业课程设计的教育模式。在“数字图像处理”课程教学改革中应用C-CDIO模式，对培养相关专业创新应用型人才有重要作用。本文简单阐述了C-CDIO模式的内涵及对教学改革的意义，通过分析“数字图像处理”课程的特点以及相关教学中存在的问题，重点讨论了基于C-CDIO模式的“数字图像处理”课程教学改革实践措施，以供诸位参考。

关键词：C-CDIO模式;数字图像处理;教育信息化

中图分类号：G642;TP317.4-4      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）08-0099-03

Abstract：C-CDIO mode is an educational mode designed for engineering courses. The application of C-CDIO mode in the teaching reform of “Digital Image Processing” course plays an important role in cultivating innovative and applied talents of relevant majors. This paper briefly expounds the connotation of C-CDIO mode and its significance to teaching reform. By analyzing the characteristics of the course of “Digital Image Processing” and the problems existing in the relevant teaching，it focuses on discussing the practical measures of teaching reform of “Digital Image Processing” course based on C-CDIO mode for your reference.

Keywords：C-CDIO mode;digital image processing;educational informatization

0  引  言

在大数据、“互联网+”的时代背景下，数字图像处理技术逐渐被应用到各个领域当中，如RS技术中的遥感卫星图像处理、智能交通系统中的交通信息图像处理、GPS技术中的实时图像处理、虚拟仿真技术中的仿真图像处理、人脸识别技术中的三维图像处理等。这就使得社会对数字图像处理方面专业人才的需求量逐渐增多，与此同时，数字图像处理技术的发展也给相应的课程教学带来了新的挑战。为培养学生的专业素养与专业技能，发展学生的思维创造力，数字图像处理课程教学亟待做出改革，不断优化教学方法，以顺应当前数字图像处理技术的发展。

1  C-CDIO模式的内涵及其对教学改革的意义

所谓C-CDIO模式，就是一种基于CDIO教育理念，以产品研发到产品运行的生命周期或者工程项目为载体、以培养高级工程专业人才为目标的跨界融合工程教育模式。其中，第一个C表示教育资源、理念、方法以及课程体系等的跨界融合;而CDIO指的是产品或者项目开发的四个阶段，即Conceive（概念、构思或创意）、Design（设计或计划）、Implement（实施、实现或执行）、Operate（运转）。C-CDIO模式将工程环境特征引入學校，以此作为学校工程教育的环境特征;它提出让学生广泛参与产品或项目一体化开发，着重强调发展学生的创新性思维，培养学生的综合实践能力，倡导自主学习与团队合作。

实施基于C-CDIO模式的教学改革，学生以完成项目为主要学习目标，在完成项目的过程中围绕项目主动探索、发现、分析并解决问题，而不是进行机械式的训练与操作。此外，学生也会更加侧重于构思与设计，通过实践夯实理论基础，并提高知识应用能力，而非单纯地背诵、记忆知识。而且，学生也能够在与他人的合作中获取新的知识，从而弥补自身独立学习的不足。因此，基于C-CDIO模式进行教学改革具有其必要性与可行性。

2  “数字图像处理”课程的特点及教学问题分析

2.1  “数字图像处理”课程的特点

数字图像处理是一门集图像技术、模式识别与人工智能、计算机视觉、数学形态学、自动控制等多种技术于一体的学科，也是众多工科专业的主要课程;其具有综合性、复杂性、理论性、实践性、应用性的特点。对于学生而言，如果只学习理论知识而不进行实践，那么就很难掌握其基本原理与技术，这不利于相关专业人才的培养。因此，在教学的过程中，教师要将理论与实践紧密结合，不仅要重视理论知识，同时也要加强实践训练。

2.2  “数字图像处理”课程教学问题分析

笔者认为，当前“数字图像处理”课程教学中主要存在以下问题：其一，教学方法单一，多数教师还是沿用以往讲授式的教学方法，忽视了培养学生的创新性思维;其二，重理论而轻实践，相当一部分教师在课堂教学时并未向学生提供相应的实践机会，而学校也没有为学生构建相应的实践学习平台;其三，教学资源不足，高校大多应用自主研发的教材开展数字图像处理教学，而教材中的内容与方法又过于固定，再加上数字图像处理发展过快，所以难以满足实际教学需求;其四，师资力量薄弱，缺乏数字图像处理方面的专业教师。

3  基于C-CDIO模式的“数字图像处理”课程教学改革实践措施讨论

3.1  应用项目导向教学法

C-CDIO模式下，学生是以项目为中心进行学习的，这恰好与项目导向教学法相一致。因此，高校应当在“数字图像处理”课程教学改革中应用项目导向教学法。首先，根据课程特点、课程内容以及相关的最新技术发展动态，确定项目题目与项目教学目标，如“基于形态学运算的星空图像分割”，确定其教学目标为使学生掌握原始星空图像的滤波去噪处理技术、去噪后图像的形态学运算处理方法以及形态学处理后的图像的二值化方法;如“车牌识别预处理技术”，确定其教学目标为使学生掌握原始图像增强处理方法、增强后图像灰度变换方法、灰度图像直方图均衡处理方法以及二值化处理方法。其次，定期向学生发布题目，让学生针对题目通过查阅文献资料、实际调查、收集新闻等各种渠道进行专题调研，并制作专题调研报告。再次，开展报告讨论活动，让学生与教师、其他学生围绕项目进行交流。最后，要求学生根据专题调研报告及讨论结果制作项目方案，方案中包含项目实现方式及相关技术应用，并进行实际操作，得出结果;在学生操作过程中，教师应及时给予学生指导与帮助。另外，为了给学生提供创新性学习空间，达到在项目全周期下的真实工程教育环境中培养学生综合实践能力的要求，高校还要以真实项目为核心，构建学校、企业与社会三个层次的C-CDIO工程教育平台，让学生从传统的虚拟环境实践中走出来，全面参与到平台提供的实际项目运作中。教师、企业和社会组织可通过平台向学生发布项目题目，掌握学生完成项目的整个过程;学生申请教师发布的项目时，必须像玩游戏一样进行“闯关”，获得项目设计、实践训练等过程的积分，在积分达到一定程度时，学生有权参与到校企合作项目、学校双创项目、社会众筹项目中，从而不断在实践中提升学生的创新能力、设计实践能力。

3.2  理论与实践教学相结合

在C-CDIO模式下，学生是要参与到实践中的。但是对于教师本身而言，课堂教学时间有限，再加上“数字图像处理”课程教学内容较多，所以，要在有限的时间里让学生参与到课堂实践中，并充分吸收教学内容，教师应当基于实际情况将理论与实践教学相结合。教师可遵循“需求分析——理论推导与验证——技术实现——实际案例——最优方案总结——发展趋势展望”的授课主线，同时进行理论与实践教学。例如，在Photoshop的教学中，教师可利用多媒体设备出示使用Photoshop处理过的图像的前后对比图，向学生讲解Photoshop对图像处理的作用，使学生了解当前Photoshop图像处理的实际需求;再向学生演示部分Photoshop图像处理过程，使学生熟悉其桌面环境、理解数字图像处理基本概念、学习矢量式图像与位图式图像的特点，并让学生看到实际处理效果，加强学生对Photoshop基本功能的认知，便于学生掌握Photoshop软件操作技术;然后随机选择学生使用Photoshop对某一图像进行处理，进一步加深学生的认识;接着给出部分Photoshop图像处理的成功案例，与学生共同分析案例中所用的图像处理方法，并让学生使用所学方法对案例中的原始图片进行处理;最后基于Photoshop在各个领域中的实际应用，向学生介绍最新版本的Photoshop的功能，激发学生使用Photoshop进行图像处理的兴趣。

3.3  丰富教学资源

在C-CDIO模式下，学生是要进行自主学习的。但由于学生普遍缺乏自主学习能力，也没有扎实的知识基础，因此，为了促进学生主动学习，使学生熟练掌握课堂所学的数字图像处理知识，同时拓展学生的知识面，高校应当紧跟数字图像处理的发展，不断丰富教学资源。其一，充分发挥校图书馆、教学资源数据库的功能与作用，将文献、书籍中有关数字图像处理的内容与教材进行有效融合，并要求教师为学生布置查阅相关文献、书籍的学习任务;其二，基于实际教学条件在教学管理系统中增加MATLAB、Photoshop、Open CV、VLIB、C语言、KEIL等软件学习模块，或者在教学管理系统中增加数字图像处理相关软件安装包下载模块，促进学生掌握相关软件操作技术;其三，在条件允许的情况下，扩充第二课堂教学资源库，引入其他高校与数字图像处理相关的精品课程，并将其纳入学校第二课堂学分考核范围，以吸引学生主动观看，同时，使用录播设备对学校数字图像处理方面的优秀教师的教学过程进行录制，并将处理后的视频放到学校网站上，以供学生学习。

3.4  加强师资队伍建设

教师是C-CDIO模式的实施者，也是教学改革的推动者。因此，高校要基于C-CDIO模式进行“数字图像处理”课程教学改革，也应当加强师资队伍建设。一方面，利用开学初期对数字图像处理相关专业教师师德师风考核进行调研和督查，全面了解教师师德师风情况;加强对优秀教师的培养，贯彻落实骨干教师考核工作;组织教师进行专职培训、远程研修，并开展以促进“数字图像处理”教学改革为主题的教研活动以及相关专题报告会，提升教师的整体素质。另一方面，引入具有专业素质与技能且有良好师德的师资，严把学习、教育教学基本素质与能力、普通话水平等质量关，提高准入标准，以壮大学校师资队伍。此外，高校也要根据实际情况适当调整数字图像处理方面的教师职称评聘标准，提高相关福利待遇，以激发教师开展教学工作、推动教学改革的积极性。

4  结  论

随着科技飞速发展，以及社会经济水平持续提升，数字图像处理技术会更加具有针对性、灵活性以及多样性，相关理论知识也会逐渐趋向于完善。与此同时，其应用范围也会逐渐扩大。高校要顺应数字图像处理的发展趋势，基于实际情况对数字图像处理课程教育教学模式进行改革，通过应用项目导向法、理论与实践教学相结合优化教学方法，并借助互联网丰富教学资源，同时，加强师资队伍的建设，从而使课程教学满足学生全面发展的需求以及社会对人才的需求。值得注意的是，教学改革是一个漫长且循序渐进的过程，在此过程中，会不断产生新的问题，高校要充分发挥自身的优势与教师的职能与作用，及时解决这些问题，逐渐完善人才培养模式，进一步推动教学改革的发展。

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作者简介：王云峰（1968.11-），男，汉族，甘肃兰州人，教授，博士研究生，研究方向：公安技术、模式识别。