独立学院数字图像处理课程教学改革实践

李登辉 王岩红

[摘 要]数字图像处理课程是一門理论性和实践性较强的综合性课程，课程教学需要用到较多复杂的数学理论知识，独立学院的学生在这些方面比较欠缺，致使教学效果比较差。该研究提出在教学过程中引入生动比喻的教学方法，并采用理论教学与实验教学相结合的模式，在教学设计中引入适当的教学项目，并分解成针对知识点的小项目，加强学生的实际操作能力，让学生在实践中加深对理论知识的理解，增强教学效果，提高学生的就业竞争力。

[关键词]独立学院；数字图像处理；教学改革；项目驱动

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）06-0099-03

数字图像处理课程是一门综合性的课程，涵盖了计算机、数学、物理学、通信工程等多门学科的知识。该门课程主要介绍数字图像基础、空域滤波、频域滤波、图像恢复与重建、彩色图像处理、图像压缩、形态学图像处理、图像分割和目标识别等内容。随着互联网技术和计算机技术的飞速发展，目前数字图像处理已广泛应用于军事、交通、医学、大地遥测等领域，并快速渗透到社会生产、科学研究、生活等广阔的领域并取得较大的发展。正因为其有广阔的应用前景，理工科院校一般都开设有数字图像处理课程。一些独立学院也开设了该课程，以培养具备利用计算机编程能力和图像处理概念与算法处理实际问题的应用型人才。

一、独立学院数字图像处理课程教学存在的主要问题及其原因分析

独立学院开设数字图像处理课程，教学效果并不理想，归结起来其主要原因有以下几方面。

（一）综合性课程对学生的相关知识基础与学习能力要求较高

数字图像处理课程是一门涉及计算机、数学、通信工程等学科的综合性课程，同时也是一门理论性和实践性都较强的课程，学习这门课程要求学生具备较好的数学基础知识和计算机编程能力。然而独立学院的学生往往数学基础较差，这就要求教师在讲授的过程中不能对算法的来龙去脉进行深入讲解，因为数学公式的推导是一个难度较大而且比较枯燥的过程，通常会让学生有听天书的感觉。畏难情绪会让本来就不能专注听讲的学生更加难以认真听老师讲课，这就容易使学生产生厌学的情绪。再加上独立学院的学生编程能力普遍较弱，这必然会影响到课程实践内容的教学效果。

（二）独立学院学生的学习能力与自制力相对不足

独立学院俗称三本，独立学院学生的入学成绩较一、二本学生要低不少。虽然高考成绩不能全面反映一个学生的素质，但是确实能够在一定程度上反映大部分学生的学习能力。而且从笔者在独立学院多年的教学经历来看，独立学院大部分学生的基础知识和学习能力尤其是自制能力与一、二本学生存在较大的差距。独立学院学生的注意力很容易因受到外界的干扰而分散。比如在上课的过程中如果外面有个声响，就有不少学生扭头往外看；在学习的时候如果发现别的同学在玩游戏就不能安心学习，很快就三五成群地一起玩游戏了，而且玩起来没完没了。独立学院学生的自制力较差是导致其学习效果不好的一个重要因素。

二、独立学院数字图像处理课程教学改革探索

为了激发学生学习的兴趣，提高学生自主学习的动力，增强教学效果，笔者针对我院数字图像处理课程开设以来所遇到的一些问题、学生学习的实际情况、教学活动的效果及考核情况，分析存在的问题及其产生的原因，对该课程的教学方式、教学手段、考核方式等方面进行了一系列的改革，并取得了一定的效果。

（一）课堂教学生动化

数字图像处理课程教学会涉及大量的数学计算以及数学公式的推导，这个过程相当枯燥，而且独立学院学生自身的数学基础往往比较差，这就使学生觉得听课像听天书。学生由于听不懂而且觉得枯燥，就会慢慢开始厌烦，再加上智能手机的诱惑力很大，他们开始开小差，偷着玩手机。教师为了避免出现这种现象，非常有必要减少枯燥乏味的数学公式推导过程，同时要通过生动形象的实例让学生更好地理解知识。比如在讲授傅里叶变换的过程中，应该尽量避免数学公式的讲授，而是要通过音符的变化来解释频率，通过一系列正弦波的动态合成叠加变化过程来讲授任何波形都可以由正弦波叠加产生的定律。再比如在讲授TCP和UDP通信协议的区别时可以抛开协议的本身，转而通过介绍电话交流过程来说明TCP是可靠的握手协议，需要等到对方确认信息后才进行后续操作，而UDP则不是这种可靠的协议。

（二）将理论教学和实验教学相结合

我院数字图像处理课程采用理论教学和实验教学相结合的教学模式。整个教学过程都在实验室进行。教师在讲授理论的过程中可以加入实验内容，可以在需要的时候让学生自己动手来编写程序，了解图像处理的过程。这种教学模式可以给学生较多的时间和机会去练习编辑，加深对图像处理算法的理解。而且在这种教学模式下，教师和学生的沟通交流机会增多了，学生练习编程时教师在实验室内巡视，一发现学生有难以处理的问题就可以随时沟通交流并及时加以解决。

（三）以项目驱动教学

项目驱动教学模式是指在课程讲授之前，要首先对课程的教学内容和学生的特质进行分析，再制定一些与实际问题相符且能够引起学生兴趣的小项目。在教学开始之前，教师要先对教学过程和教学方案进行整体规划，并选择适当的教学项目，根据教学的进度安排，将项目划分成若干个子项目，使每个教学内容都有相关的子项目以方便操作，而且每个子项目之间有内在的联系，对这些子项目进行适当整合可以构成一个较大的项目。

比如教师在教学过程中选择车牌识别的项目，并对其进行项目分割，分割成图像预处理部分以及车牌定位、字符分割、归一化处理及识别输出等若干个小的模块，每个小的模块和教学过程中的知识点形成一一对应的关系。如图1所示这样在整个教学的过程中就可以根据具体的教学章节给学生比较小的项目任务进行实践操作，在课程知识点讲授完成的时候可以带领学生回顾之前的内容，对之前所完成的实践项目进行整合处理，并将原有的子项目写成一个个小模块，通过函数调用的形式完成整个车牌识别。这样的做法有利于学生在学习的过程中不断积累项目处理的经验，并通过实践操作加深对理论知识的理解。

采用项目教学法开展图像处理课程的教学需要遵循一定的原则。第一，以学生为主，以教师为辅。要让学生能够充分发挥其主动性和创新性，在项目中自我反思、修正、提高。教师应进行指导，促进教学活动的有效开展，及时参与学生的讨论并进行评价。第二，选择合适的项目是确保课程教学成功的关键。所选取的项目应该是针对教学内容展开的，应囊括基本的知识点，与现实生活联系紧密，能够调动学生的学习主动性，并具有适当的启发性、挑战性。加以适当的拓展、项目的开展可以让学生感觉到所学内容确实有用，也能够锻炼学生学习的能力和实践的能力。第三，提供协同学习的条件。分组学习、讨论并开展项目的实施，有利于锻炼学生的团队合作能力与创造性思维。第四，要及时对学生所取得的成果进行评价。应该鼓励学生充分发挥自己的想象力和创造性，给出更多合理的有新意的方案。

（四）以学生为主导

传统的教学模式通常以教师为主导，教师拟定教学计划，确定教学项目，制作教学课件，设计教学环节。课堂上，教师在讲台上讲得天花乱坠，学生在下面听得昏昏欲睡。虽然任课教师想方设法进行教学改革，希望能够激发学生学习的兴趣，让学生积极参与到教学活动中，进而提高学生的学习效果，但是往往收效甚微。其主要原因之一就是，很多方法难以让学生真正成为教学过程的主体。教师在教学的过程中可以尝试着给学生布置任务，让学生来参与课程的讲授。授课教师下课前对下一次的课程内容进行预习安排，布置学生合作进行教学素材的查询、教学内容的组织、教学课件的编写、教学过程的设计、教学案例的准备等，下次课由学生进行讲授，指导教师对学生的各项表现进行点评。这样可以让学生在教学任务的驱动下，较多地融入教学过程中去，主动地查詢资料、学习知识，想方设法让知识点更容易被理解与接受，进而提高教学的效果。

（五）重视对学生实践操作能力的考核

由于本课程采用了理论教学与实验教学相结合的教学模式，在教学的过程中学生动手参与了实践操作项目，因此课程的考核不再是只关注考试的成绩，而是加大平时成绩在课程总成绩中的比例，重视评价学生在平时实践操作中的表现。这样的做法更合理，因为确实有一些学生平时动手能力非常强，参加各种大赛都能获得奖项，但是一到笔试就会挂科。对于这样的学生，只用笔试成绩来评定他的课程成绩是片面的。

三、独立学院数字图像处理课程教学改革实施效果

独立学院在数字图像处理课程教学改革的过程中，任课教师学习并引入先进的教学理念，结合课程的特点和我校学生的实际情况，在授课过程中采用生动形象的教学方式对枯燥的理论知识和烦琐的数学公式进行讲授，将理论教学和实验教学相结合，注重学生实践能力训练，以学生为主、教师为辅地开展项目驱动教学，并取得了较好的教学成果。在2012-2014学年，我院数字图像处理课程的考核通过率在70%-80%；2015年我院开始实施数字图像课程教学改革，当年该课程考核的一次性通过率就达到了85%，通过补考之后仅有几个考生没能通过课程考核；在2016-2017学年该课程的考核通过率都保持在95%左右。另外，在近3届毕业生中，每届都有几位学生签约到图像视频处理公司从事专业开发工作。所有这些说明了该课程的教学改革取得了一定的成功。

四、结语

数字图像处理课程作为电子信息类专业的一门重要的专业课程，在很多院校都有开设。但是由于独立学院学生自身的特点和数字图像处理课程的特点，学生学习效果不理想。我院在教学过程中革新教学的方法和方式，不死板讲授公式的推理过程，使用生动形象的教学方式，引起学生的学习兴趣，促进教学效果的提高。在教学设计中引入合适的教学项目，并将项目分成较小的子项目，子项目与教学知识点对应，使学生在实践操作中得以加深对理论知识的理解，并得到开展工程项目的锻炼，这对提高学生的就业竞争力有一定的帮助。

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[责任编辑：庞丹丹]