基于多領(lǐng)域應(yīng)用的數(shù)字圖像教學(xué)之立體形式探索VIP

1、基于多領(lǐng)域應(yīng)用的數(shù)字圖像教學(xué)之立體形式探索摘要：數(shù)字圖形圖像處理作為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)必修課，是一門發(fā)展迅速的學(xué)科，并且是一門涉及多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，是模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像通訊、多媒體技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)。由于該課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，因此需要結(jié)合該課程自身的特點(diǎn)，采用多種教學(xué)手段實(shí)現(xiàn)立體教學(xué)。這對(duì)數(shù)字圖形圖像處理的教學(xué)改革和研究都具有重要意義。關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；立體化教學(xué)；教學(xué)改革一、數(shù)字圖形圖像處理的課程特點(diǎn)1綜合性強(qiáng)涉及多門學(xué)科與多個(gè)領(lǐng)域數(shù)字圖像處理這門課程是一門系統(tǒng)研究各種數(shù)字圖形圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的綜合性學(xué)科。它綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)（高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)

2、學(xué)）、物理學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科，同時(shí)它的研究?jī)?nèi)容與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別等專業(yè)領(lǐng)域也有交集，它的進(jìn)展與發(fā)展方向又與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、人工智能等理論和技術(shù)緊密相關(guān)。這些特性都直接決定了這門課程的綜合性與復(fù)雜性。2實(shí)踐性強(qiáng)需要有實(shí)踐結(jié)果作為理論支撐該課程具有完善的理論基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)用性和實(shí)踐性也很強(qiáng)。因此將理論和實(shí)踐相結(jié)合是教授和學(xué)習(xí)這門課程始終要都要貫徹的方法，不能顧此失彼。既要注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，同時(shí)又要加強(qiáng)學(xué)生工程能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本課程主要涉及各種圖形圖像的處理方法，如圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)與重建、圖像變換、圖像分割等。任何一種理論方法都需要用實(shí)例來(lái)進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證。3應(yīng)用領(lǐng)域廣應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域圖

3、形圖像是人類獲取和交換信息的主要來(lái)源，因此該課程的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。比如：航天和航空技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、通信工程、軍事公安、視頻和多媒體系統(tǒng)、電子商務(wù)等領(lǐng)域，并且隨著人類活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。4發(fā)展迅速學(xué)科發(fā)展迅速，算法變種較多數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于20世紀(jì)60年代初期，發(fā)展到現(xiàn)在，無(wú)論是理論基礎(chǔ)還是實(shí)際應(yīng)用都取得了非凡的成果。在目前應(yīng)用領(lǐng)域的需求推動(dòng)以及相關(guān)學(xué)科的帶動(dòng)下，該課程仍將快速發(fā)展。二、目前存在的問(wèn)題1課程內(nèi)容的制定與市場(chǎng)應(yīng)用脫節(jié)。當(dāng)前圖形圖像處理技術(shù)應(yīng)用的非常廣泛，并且發(fā)展迅速。而課程在相關(guān)內(nèi)容上的制定沒(méi)有與時(shí)

4、俱進(jìn)，比如實(shí)踐內(nèi)容陳舊不變、軟件工具版本落后等。2實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏相應(yīng)的指導(dǎo)書(shū)或指導(dǎo)書(shū)不夠詳細(xì)。當(dāng)前大學(xué)生走向工作崗位之后的一個(gè)普遍的現(xiàn)象就是動(dòng)手能力不足，特別是一些專業(yè)領(lǐng)域較強(qiáng)的內(nèi)容更是無(wú)從下手。大學(xué)期間開(kāi)設(shè)的課程大部分都需要理論和實(shí)踐相結(jié)合，如何做到兩者的相輔相成、相互促進(jìn)，是一個(gè)非常值得去考慮的問(wèn)題。傳統(tǒng)的上課手段和方式很難滿足本科生對(duì)該課程的需求和理解，這樣導(dǎo)致很大部分學(xué)生上課缺乏積極性，從而沒(méi)有深刻認(rèn)識(shí)到該課程在實(shí)際中的具體應(yīng)用等。實(shí)踐環(huán)節(jié)是本課程教學(xué)中非常重要的組成部分，實(shí)踐環(huán)節(jié)的效率低下，原因大多歸結(jié)于實(shí)踐目的不明確、實(shí)踐內(nèi)容不了解、實(shí)踐步驟不清楚，這都直接導(dǎo)致課程結(jié)束后學(xué)生的動(dòng)手實(shí)

5、踐能力不足。因此編寫(xiě)詳細(xì)規(guī)范的上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)是非常有必要的。3傳統(tǒng)的教學(xué)方法需要改革，找到相應(yīng)的突破口。本課程比較抽象，難度較大。傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法比較單一，如何找到教學(xué)的突破口，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到教學(xué)相長(zhǎng)，是當(dāng)前擺在這門課程前迫在眉睫的問(wèn)題。三、立體化教學(xué)形式的要素1立體化的教學(xué)資料傳統(tǒng)的教學(xué)資料主要以教材為主，顯得很單一、枯燥。即使有ppt（多媒體演示文稿），也基本都是教材中教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單復(fù)制，沒(méi)有達(dá)到ppt應(yīng)有的效果。而教學(xué)資料應(yīng)該立體化，以教材為中心，生動(dòng)的ppt、教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的視頻、網(wǎng)頁(yè)、期刊、論文為輔助，一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面還能夠擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面，更好的掌

6、握書(shū)本上的內(nèi)容。2立體化的教學(xué)方法傳統(tǒng)的教學(xué)方法大都是對(duì)于一個(gè)知識(shí)點(diǎn)先講理論，然后結(jié)合一兩個(gè)例題進(jìn)行說(shuō)明。這種方法過(guò)于呆板，另外不能讓學(xué)生帶著問(wèn)題去思考、學(xué)習(xí)。因此教學(xué)方法應(yīng)該立體化，以案例教學(xué)和任務(wù)教學(xué)為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)新內(nèi)容之前明確學(xué)習(xí)目的，更加有效的學(xué)習(xí)。3立體化的教學(xué)環(huán)節(jié)傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)主要是理論課加上上機(jī)課。但由于課堂上學(xué)到的東西與具體的實(shí)際應(yīng)用之間還是存在一定的差距。因此教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)該立體化，以日常的理論課和上機(jī)課為基礎(chǔ)，加入課賽結(jié)合和實(shí)訓(xùn)等作為拔高環(huán)節(jié)，鞏固和加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握。4立體化的學(xué)習(xí)方式傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式現(xiàn)在還是以教師講授為主，學(xué)生都是一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的唯一目的

7、就是為了應(yīng)付考試，這必然導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，甚至?xí)幸欢ㄅ懦獾男睦?。因此學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也應(yīng)該立體化，除了課堂上“聽(tīng)”講以外，還可以采取讓學(xué)生上講臺(tái)“講”，講新學(xué)習(xí)的內(nèi)容提前布置，讓學(xué)生下次課自己來(lái)講。一方面提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，另一方面對(duì)學(xué)生的口頭表達(dá)能力、邏輯思維能力以及膽量都是一個(gè)很好的鍛煉。其次還可以采取協(xié)作分組的學(xué)習(xí)方式，對(duì)班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組，可以實(shí)行分組討論，分組協(xié)作的學(xué)習(xí)方式。在集體榮譽(yù)感的驅(qū)使下，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。5立體化的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)習(xí)目標(biāo)課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)目標(biāo)并不是一成不變的。隨著學(xué)科的發(fā)展以及市場(chǎng)應(yīng)用的不斷深入，教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)都需要不斷進(jìn)行改進(jìn)。

8、在制定課程的教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)協(xié)助學(xué)生創(chuàng)建長(zhǎng)期與短期學(xué)習(xí)目標(biāo)。其次在各個(gè)階段有不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并能有限次的修改目標(biāo)。四、立體化教學(xué)形式的運(yùn)用基于對(duì)立體化教學(xué)形式的理解，需要將該教學(xué)形式合理的運(yùn)用到數(shù)字圖形處理課程的教學(xué)體系改革當(dāng)中，但在運(yùn)用的過(guò)程中需要適度。一方面，如果只是從某一個(gè)出發(fā)點(diǎn)去做工作的話，可能達(dá)不到很好的效果；另一方面，也不能將所有的方法都應(yīng)用在該課程中，可能過(guò)猶不及，因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的課程不止這一門，時(shí)間和精力畢竟還是有限。因此需要從實(shí)際情況出發(fā)，找到最好的切入點(diǎn)：1以市場(chǎng)應(yīng)用為課程導(dǎo)向，制定合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)體現(xiàn)了立體化的教學(xué)目標(biāo)。在制定人才培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)大綱時(shí)，需要嚴(yán)格謹(jǐn)慎

9、，不能脫離市場(chǎng)應(yīng)用，反而要做足夠的調(diào)研考察。以市場(chǎng)應(yīng)用為課程導(dǎo)向，與市場(chǎng)應(yīng)用緊密結(jié)合，制定合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。除了圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)與重建、圖像變換、圖像分割、圖像編碼等這些數(shù)字圖像基礎(chǔ)必備的教學(xué)內(nèi)容外，還可以引入比較熱門的模式識(shí)別的相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)然，這也需要相關(guān)的教材配備。以市場(chǎng)為導(dǎo)向還能夠刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明確他學(xué)習(xí)該門課程后能夠干什么，以后可以往哪個(gè)方向去發(fā)展。比如告訴學(xué)生該課程在市場(chǎng)中的應(yīng)用范圍十分廣泛：如具有人臉定位、模式識(shí)別、指紋考勤機(jī)、足球機(jī)器人等都是利用了本課程的相關(guān)知識(shí)。2以理論教育為教學(xué)基礎(chǔ)，讓學(xué)生打下良好的理論基本功“萬(wàn)丈高樓平地起”，日常的理論教學(xué)是本課程最

10、重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是為了練就學(xué)生扎實(shí)基本功，為其他教學(xué)環(huán)節(jié)，如上機(jī)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)等打下良好的基礎(chǔ)。為了抓好這一環(huán)節(jié)，需要從教學(xué)資料、教學(xué)方法、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式上運(yùn)用立體化的教學(xué)模式：(1) 立體化的教學(xué)資料在教學(xué)資料上擺脫原有的單一“教材+簡(jiǎn)單的ppt”模式，需要利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在教學(xué)資料中加入教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的視頻、網(wǎng)頁(yè)、中英文期刊、論文等作為有益的補(bǔ)充。不僅豐富了課堂教學(xué)的手段、擴(kuò)充了學(xué)生知識(shí)來(lái)源的渠道，同時(shí)也是在教授學(xué)生一種學(xué)習(xí)的方法。(2) 立體化的教學(xué)方法在教學(xué)方法上，融入案例教學(xué)法和任務(wù)教學(xué)法。讓這兩種教學(xué)方法作為主線貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程的始終。案例教學(xué)法讓學(xué)生在學(xué)習(xí)每一個(gè)知

11、識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，都能夠有目的性和針對(duì)性；而任務(wù)教學(xué)法讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中有更強(qiáng)的參與性和主動(dòng)性。(3) 立體化的學(xué)習(xí)方式在課堂教學(xué)中，以教師講授為主，但應(yīng)穿插其他有效的學(xué)習(xí)方式。如讓學(xué)生走上講臺(tái)。比如下次課要講圖像變換，包括圖像變換的分類、傅里葉變換、傅里葉變換的性質(zhì)三個(gè)內(nèi)容。那么就提前告訴學(xué)生，讓學(xué)生課下自學(xué)。然后再下次課的時(shí)候抽點(diǎn)學(xué)生，讓學(xué)生走上講臺(tái)分別講述這些內(nèi)容，最后老師進(jìn)行總結(jié)和指正。這樣做的好處在于可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，另外課堂氣氛也會(huì)比較活躍，不會(huì)顯得過(guò)于呆板。3以教學(xué)設(shè)施為基本工具，創(chuàng)建良好的理論與實(shí)踐環(huán)境教學(xué)設(shè)施是教學(xué)活動(dòng)正常進(jìn)行的重要保障。在本課程中，一定要以教學(xué)設(shè)施為基本

12、工具，創(chuàng)建良好的理論與實(shí)踐環(huán)境。比如在實(shí)踐教學(xué)設(shè)施上，需要配備兩種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用vc+作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于演示圖像處理領(lǐng)域的原理及效果，要求學(xué)生根據(jù)原理自己編程，以此來(lái)強(qiáng)化相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的基本概念；而把matlab作為另一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)算法等進(jìn)行仿真。兩種方式相互促進(jìn)、相互補(bǔ)充。4以動(dòng)手實(shí)踐為重要環(huán)節(jié)，鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解體現(xiàn)了立體化的教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐環(huán)節(jié)一定要引起重視。實(shí)踐環(huán)節(jié)包括平時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)、還包括課程設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)。教師需要對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，力爭(zhēng)做到不讓任何一個(gè)學(xué)生掉隊(duì)。另外，作為課程的主講教師，需要為每一個(gè)實(shí)踐內(nèi)容編寫(xiě)詳細(xì)規(guī)范的指導(dǎo)書(shū)，讓學(xué)生明確上機(jī)目的、內(nèi)容

13、、步驟，輔助實(shí)踐環(huán)節(jié)的展開(kāi)。5以課賽結(jié)合為提高手段，進(jìn)一步提高學(xué)生的各方面能力體現(xiàn)了立體化的教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)出來(lái)的積極性往往不夠，如何激發(fā)學(xué)生的積極性？課賽結(jié)合是一種有效的方法。有了比賽，就有了競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生就有了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生在掌握課堂教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，積極參與各類競(jìng)賽。這些競(jìng)賽可以是國(guó)家級(jí)的、省級(jí)的、校級(jí)的，當(dāng)前也可以是任課老師自行組織的，要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)（3-5人）為單位參加。通過(guò)參賽，可以開(kāi)拓學(xué)生視野，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意思以及促進(jìn)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。五、結(jié)束語(yǔ)數(shù)字圖像處理課程與其他專業(yè)課程有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，在教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的作用，該學(xué)科在社會(huì)工作中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。因此，應(yīng)該全方面分析該課程的特點(diǎn)、存在的問(wèn)題，并結(jié)合社會(huì)實(shí)踐，采用立體化的教學(xué)形式，充分采用現(xiàn)代教學(xué)方式與理念，從教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)