数字图像处理课程教学改革与实践

（湖南应用技术学院 湖南·常德 415100）

1 激发和保持学生学习数字图像处理课程兴趣的教学策略

1.1 教学内容激发学生学习兴趣

笔者从以下几个角度选取图像处理相关的素材并设计实验：

（1）学生身边事，例如学生普遍使用的美颜相机、表情包制作工具、刷脸支付、学校在宿舍出入口安放的刷脸设备等；

（2）学生关心事，例如比较成功的明星演员、歌手的图像、热播影视片段等；

（3）社会热点事，特别是能够激发学生民族自豪感的事件，例如我国月球卫星微型卫星龙江2号给地球拍摄照片，嫦娥四号着陆器通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图等，中国在无人驾驶领域取得骄人成就等；

（4）中华优秀传统文化，例如书法、壁画、剪纸、山水画等。

由于选用的案例和素材比较新颖，学生的学习兴趣高。

1.2 教学过程注重保持学生学习兴趣

随着课程内容难度加深，一些学生的兴趣产生动摇。通过每次课后小结，及时发现该问题并采取了一定措施保持学生学习兴趣。

（1）充分利用学生的学习预期保持学习兴趣。很多学生在开课初期学习目的是学会Photoshop（PS）进行修图、影视剧特效制作等，而该课程目的又不在于此，并且课时有限，对此，笔者通过网络搜索以及和相关课程任课教师交流，在部分章节精选应用实例，制作文档供学生课前选用自学；课堂上结合效果图进行其原理的讲解，强调自己编程实现比使用Photoshop等已有软件的优势，并鼓励学生自己设计一些专用的小软件。

（2）为个性化学习提供支持。因为在开课一到两周之后，学生的学习进度和理解程度逐渐分化，这时，主要按照计划授课的同时，为一些基础比较好、学习能力强的学生推荐具有一定难度的学习材料，为其他学生推荐国家精品课程等资源供课下学习。采用线上教学平台为学生答疑，在能力范围内允许和支持部分学生使用自己熟悉的编程语言完成实验，鼓励学生使用企业提供的开放平台和工具开展实验。实践证明，这种做法有利于学生编程能力的提升、自我成就感的满足、设计和想象能力的发挥。从课程实验作品来看，除课程推荐的Matlab以外，学生还选择了Java、Python、C#等程序设计语言；有学生基于百度AI平台开发了颜值评分小软件，有的学生复现或解读了笔者推荐的图像处理英文文献的算法。需要说明的是，这种方式需要授课教师或团队探索和实践线上线下混合式教学、相关软件工具的使用经验和相关领域的科研经历，否则会变成教学负担。

2 强化数字图像处理技术实践能力和创新能力的教学策略

2.1 激发学生创意，培养实践和创新能力

根据经典教材提供的实验案例和习题设计的教学实验多为验证性实验，不利于学生实践能力和创新能力的发挥。对此，笔者改革课程评价方式，在授课过程和作业环节，要求和鼓励学生结合自己的使用经验、借鉴科幻影视剧中展现的超前图像处理技术，复现或创新已有图像处理软件的部分或全部功能，并要求学生采用软件工程的思想从需求分析、概要设计入手，逐步过渡到详细设计。这种方式给了学生更多自主选择的机会，学生的学习热情很高，出现了一些创意，笔者根据创意类型和涉及到的技术将学生进行分组，鼓励并为实现这些创意提供技术指导。尽管有些学生的创意因为实现难度比较大主动放弃，最终的课程大作业中，仍然有大部分小组复现了已有软件的部分功能，几个小组实现了自己的创意。笔者和同事指导其中的部分优秀作品（如聋哑人手势识别等）申报并获得了中国互联网+创新创业大赛自治区银奖、区级和校级大学生创新创业项目等，获得等较好成绩。

2.2 结合教学科研实践，为学生提供能力展现平台

一方面，作为师范类院校，南宁师范大学一直推进教师教学能力提升，鼓励教师以在线教学、混合式教学、翻转课堂等新模式开展教学；另一方面，图像处理就是笔者的科学研究方向。在这种背景下，有开发可视化教学工具、趣味性课件的需要，也有实现和创新图像处理前沿技术、算法的需要。根据这些需要，提炼了一些本科生经过努力可以完成的小项目供学生选择。例如，引导学生根据像素邻域概念设计趣味扫雷游戏，有学生引入了更大邻域半径、菱形邻域等，参与项目的学生实践能力和创新能力得到提升；同时，开发的程序又可以用来测试其他学生对像素和邻域的理解；在讲解基于主成分分析的图像降维算法时，向学生示范一种笑脸排序算法；在讲解傅里叶变换时，向学生讲解图像拼接算法；再比如，在讲解图像复原时，简要介绍暗通道去雾、深度学习、基于生成对抗网络的图像风格转换等较前沿的技术，指导对相关方向感兴趣且学有余力的学生参加创新创业竞赛、科研项目等，也影响了部分学生选择图像处理作为毕业设计和考研继续深造的研究方向。同时，该做法也促进了笔者的教学科研能力的提升。

3 数字图像处理课程教学过程中融入育人元素

立德树人是高校教书育人之本，特别是师范院校，南宁师范大学一直要求教师做好课程育人。数字图像处理课程也有不少育人的元素，但国内外经典教材鲜有涉及。从学生未来发展的角度，笔者设计了相关的教学内容，通过言传身教要求学生在今后的工作和研究过程中，严守职业道德和法律法规、提高自我的社会责任感等。例如，笔者在使用学生图像演示笑脸排序算法时征得学生同意，体现公民肖像权受法律保护；在线教学平台组织学生讨论由一张“黑洞”照片引发的视觉中国版权问题、高校课堂被要求装监控是否侵犯隐私权；介绍慧云信息利用图像处理和人工智能技术开发耘眼系统为农户提供病虫害识别服务，旷视科技、商汤科技、百度、腾讯等知名企业制作AI教育资源、开放开发工具和平台、践行公益事业，体现了企业的发展与社会责任结合等。在学生了解和讨论这些事件的过程中，学生对图像处理相关职业有了更深入的了解和认识，同时教师可以潜移默化地完成数字图像处理课程育人的目标。

4 结语

数字图像处理技术是一门发展很快且应用面很广的新兴学科。数字图像处理课程的相关知识实用且应用面广，但由于其自身学科交叉性、前沿技术发展快等特点，学生学习起来往往比较困难。本文结合教学实践，从学习兴趣、实践和创新能力、课程育人三个方面总结了提高课堂教学效果的一系列策略，期望数字图像处理课程不仅能够产生深化学生基础理论知识、提高学生实践能力的效果，而且能够提高学生的创新能力、法律意识和社会责任感等。作为教师，也应该积极、大胆地探索有利于培养学生各方面综合能力的教学模式、教学方法和教学内容。