《数字图像处理技术》课程实践教学改革研究

陈丽芳 刘渊 詹千熠 潘祥

摘要：在高等教育的培养方案中，实践教学常常处于理论教学的从属地位，学时少，但是实践教学在高等工程教育中却占有举足轻重的地位，学生通过实践将理论知识与工程实际进行有机融合，不仅锻炼了学生分析与解决实际问题的能力，同时也提高了其动手能力。《数字图像处理技术》作为计算机专业、数字媒体技术专业等相关专业的核心课程，本文针对目前《数字图像处理技术》课程的实践教学存在的问题，结合新工科建设的需求，在实践内容、综合评价等方面进行了探索，以提高和完善目前现有的实践教学方式为目标，培养适应先进信息化产业发展的应用型人才。

2017年教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，积极推进新工科建设。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。实践教学在高等工程教育中占有举足轻重的地位，学生通过实践将理论知识与工程实际进行有机融合，锻炼了学生分析与解决实际问题的能力，同时也提高了其动手能力。实践教学的质量直接关系到学生的实践动手能力和创造能力，也是影响学生创新意识的关键因素。《数字图像处理技术》作为计算机专业、数字媒体技术专业等相关专业的核心课程，课程实践教学的质量不仅影响学生的实践能力，也影响后续相关课程的开展。

新工科背景下，更加强调学生对课程知识的应用和拓展，在现行培养方案中，课程的实践环节往往是理论教学的补充，学时少，而且在大部分传统的教学方式上，教师和学生对课程的实践部分都不够重视，导致实践与理论相互脱离，学生在课本上所学的知识无法与实践内容结合起来，这便会让学生在处理实际问题的过程当中无从下手。不仅学生的实践能力无法得到提升，而且学生对理论知识的掌握和应用也无法提升。如何在有限的学时的基础上，更好地提升学生对实践环节的重视程度，从而变被动学习为主动学习，本文对实践教学存在的问题进行探索研究。

《数字图像处理技术》课程相关的内容和技术更新快，新技术带来更多的新问题，为了与新工科要求的人才相适应，课程的教学资源要尽量与新技术发展匹配。近年来，各个高校都加大了对实践设备的投入，建立特定功能的实验室和实践教学基地。但是，相对于学生数，实践教学的教学经费仍然紧缺，实践设备往往无法满足学生的实际需求。

目前高校的相关设备较为完善先进，但是实践教学方式仍比较传统落后——《数字图像处理技术》以及计算机相关课程的实践教学方式还是停留在教师根据课程理论知识点布置对应的实验要求，实验内容验证型的比较多，而且实践课上基本上是学生自己编程，老师提供答疑的方式，拓展性和创新性缺乏。

新工科更加强调主动塑造世界，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。数字图像处理技术是专业核心课程，与计算机图形学、计算机视觉、计算机仿真、计算机游戏程序设计、人工智能等课程有着密切的联系，所以《数字图像处理技术》的实践教学目的就是加强学生对课程理论知识的理解和掌握，加强学生对知识的应用和拓展的能力。具体的改革对策可以从以下结构方面实施。

通过梳理课程的重点和难点，结合新工科工程教育的要求，将实践内容分为基础验证型实践、设计型实践、项目创新型实践和实习型实践四个阶梯式内容，各部分实践内容相辅相成。如图1所示：

（a）基础验证型实践内容以验证课程中的原理和方法为目的。通过实践，使学生扎实地掌握专业课程的基本原理，要求学生能熟练掌握实践内容。（b）设计型实践内容是对基础性实践内容的拓展，通过设计型实践使学生能够将多个知识点融会贯通。通过实践教学，学生能够解决工程中的常见问题，并具有独立实践的能力。（c）项目创新型实践是指学生可根据自己的兴趣爱好选择与课程相关的项目，教师对实践内容和过程进行方向性指导，学生可以团队形式完成项目，团队内部分工协助。项目创新型实践为拔高性实践内容，向学有余力的学生开放，这部分实践内容对学生的知识储备和实践动手能力会有更高的要求，实践所需时间也相应更长，可以代替课程的验证型实验和设计型实验。（d）实习型实践与课程设计和生产实习环节，学生可以进入相关企业进行专业岗位实训或结合企业需求完成相应工作，由企业导师和校内老师共同指导。通过这一环节的实践，学生能够了解企业的工作和需求，解决学与用脱节的问题。在团队形式完成项目的过程当中，学生能够了解到其他人对于项目实践方式的看法和操作目标。取其精华、去其糟粕，汲取其中优秀的实践知识并且应用到项目制作过程当中，可以让自己的实践能力得到极大的提升。同时，学生与学生之间进行合作可以提高学生的协作沟通能力，也能拉近学生间的距离，增强团队凝聚力，在今后处理项目处理问题的过程当中会更加得心应手，为今后的发展打下基礎。

高校教师一般比较擅长理论基础研究，在教学过程中也会结合自身的科研，但是教师的科研与所教授的课程内容不一定会有很好的关联。通顺高校科研压力大，教师有时候很难有大量的时间去设计与实际应用相关的实践内容。所以本文提出双师指导制，充分利用学校所在区域的产业优势，聘请有经验的企业专家作为实践指导教师，并定期进行企业导师和高校导师的交流培训。同时可以聘请本专业的毕业生回校指导。此外学校还需要适时的对教师进行实践测评，通过教师对于本课程的实践结果给出评级，不合格的教师需要再对课程的实践进行深入钻研，并且学校需要实时跟进教师的实验结果，确保教师可以将丰富的实践知识带给学生们。学生们也可以在教务网站上给自己的教师打分，打分采用匿名的形式，可以准确的反映出教师在教学实践过程当中存在的问题或者不足，以便及时调整教学方式方法，而评价较高的教师可以得到一定的奖励，既可以是物质上的也可以是精神上的，对教师的实践教学给出肯定和鼓励，以便帮助学生更好的理解《数字图像处理技术》这门课程。

良好的评价机制是激励学生学习的原动力。本文提出多元化的实践考核形式，可以根据实践项目的完成度和小组报告以及平日实践表现进行综合评定。对实践能力的评价可结合创新作品、实践阶梯式内容的完成度等。例如，现在每年都有大学生创新项目、学科竞赛、运用专业知识进行课外社会实践等相关活动，可结合课程引导学生参与这些活动，教师可以将这些活动作品质量以及获奖情况作为实践考核，真正实现学有所用。

信息化时代已经来临，在《图像处理技术》的教学过程当中可以运用新型互联网技术对学生进行教学。当下的互联网教育平台种类繁多，那么针对图像处理的教学同样也可以利用这类网络资源进行。教师可以在讲授相关课程之前，将网课资源发给学生们，学生的学习时间会变得自由，讓学生根据自己的时间安排合理的对知识进行学习，包括对Matlab、Photoshop等图像处理软件的处理模式以及实际操作有一定的了解。同时还可以学习到数值分析、矩阵运算、信号处理等知识，知晓更多的图像处理函数。从而可以使学生在线下课堂上不必全程集中精神跟着教师的思路走，可以只选择自己还有所欠缺的、在网课上没有听懂的部分着重进行研究。这也为教师省去了备课的压力，在课堂上教师只需根据教学大纲将相关重点、难点进行深入细致的讲解即可，其他部分可以由学生在网络上自学了解。

除此之外，线下课堂也可以与网络教育平台进行有机的融合。比如期末测评考试，近期受到疫情的影响，需要学校的教学工作都转到了线上进行，那么平日的教学工作乃至期末考试同样也可以搬到网络上来进行。举个例子，对《图像处理技术》基础理论知识的测验，可以使用雨课堂、慕课Mooc、学校网络教学平台对学生们进行测验。线上考试最需要注重的问题就是公平、诚信，现在的教学平台可以很好的满足上述要求——学生考试前签署诚信声明，表示题目是自己独立完成的，在考试过程当中，摄像头随时开启，教师可以根据学生的动态来判断是否在作弊，还有的平台可以禁止学生对考试题目进行复制，以及切屏次数过多直接提交试卷等措施防止学生利用网络搜题查题，可以大大减少作弊的几率，提高线上考试的公平性。这样的方式值得教师和学校的大力推崇。

俗话说“实践出真知”，课程实践教学是课程理论基础的验证和延伸，是提升学生创造力和动手能力的有效途径。实践也是学习《数字图像处理技术》的一种非常重要的方式，这种实践能力不是一天就能形成的，需要通过点滴的实践积累来明白这门学科的精髓，从而发掘出全新的图像处理技术。在新工科背景下，教师需要结合课程理论知识的特点，从学生的角度出发，不断探索和改革实践教学方式，充分利用当今流行的科学技术手段促进学生的对于数字图像处理技术的学习，提高学生课程实践的学习效率，为学生今后的顺利发展作保障，为培养符合新工科建设要求的人才打下良好的基础，为国家的现代化建设贡献出一份力量。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]蔚婧，李道江，郭西京. 新工科背景下的高校实践教学改革探索[J].物联网技术，2019（2）：112-114.