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1、数字图像处理教学改革探讨1、引言 随着科学技术的发展，电子、计算机技术日新月异，为了跟上时代步伐，大学学科设立与五 六十年前相比是越来越多、越来越细。而伴随多媒体、多媒体网络的出现，使得多媒体技术成为热门的研究领域。“数字图像处理”课程作为多媒体技术的基础课程，受到越来越高的重视。数字图像处理技术是集光学、电子学、数学、计算机等学科的一门综合性边缘科学。目前, 数字图像处理技术在工农业生产、气象遥感、军事技术、医疗卫生等许多领域中发挥着重要作用1。 “数字图像处理”主要是学习用计算机技术对数字图像进行分析和处理的基本理论及方法。要求学生在理解图像处理的基本概念、基础理论、典型方法的基础上，掌握
2、一定的算法设计技能和编程实现技能，能够利用计算机实现数字图像的各种处理，如图像变形、图像增强、图像分割、图像恢复和重建、和图像视频编码等。该门课程十分重视培养学生的创新思维，能提高学生的动手能力，并为学生以后其他学科的学习奠定坚实基础2。数字图像处理技术作为一门新兴的学科，其快速发展决定教学内容和手段必须具有前沿性。而传统的教学方法和手段并不适合“数字图像处理”课程的教学，本文将从该课程实际教学出发，对“数字图像处理”的教学内容、教学模式等方面进行革新性探讨。 2、因人施教选择教学内容 “数字图像处理”的内容可分成两大部分，一为基础部分，包括图像处理的基本理论及方法。如图像格式、图像显示、图像
3、运算、图像变换、图像滤波等方面内容。二是应用部分，包括图像的空间变换、图像增强、图像锐化、图像分割、图像复原、图像编码、视频编码、图像识别、图像融合等，及其他如小波变换、神经网等新技术在图像处理中的初步应用等3。 “数字图像处理”课程是作为电子信息专业高年级学生的一门专业课程，学习该课程的学生应该具有信号与系统、数字信号处理等知识的基础。但是由于“数字图像处理”在各个学科方面应用越来越普遍，很多非电子信息专业，如计算机应用、生物工程、电子商务专业也开设该门课程。然而这些专业的学生并无信号与系统、数字信号处理的基础，学习该课程有一定难度，这就要求修改教学内容以符合这些专业的学生。所以同一门课程要
4、做到因人施教：针对不同的学生选择不同的教学内容。 2.1 针对电子信息专业类学生 电子信息专业类的学生由于已经完成信号与系统、数字信号处理等课程，“数字图像处理”中的一些内容对他们而言并不陌生，容易入门。但他们也有不足之处，虽然基础知识部分理解容易，但由于程序编写能力较差，在应用部分容易遇到障碍。如：当面对一个大的图像编码解码程序时，他们缺少编程技巧和编程的经验。所以在对这类学生进行教学时候必须要在教学过程中要着重增强他们的算法设计能力、程序实现技能。 2.2 针对非电子信息专业类的学生 由于缺少信号系统与数字信号处理的基础，“数字图像处理”的知识对这些专业的学生而言较陌生，大量数学公式出现让
5、学生望而却步，产生抵触情绪。这就需要教师必须根据教学目的和学生特点来选择教学内容。非电子信息专业学生开这门课程目的是让学生了解一个全新、热门的领域，一个能够贴近生活的方向，然而由于学生信号处理基础知识缺少，但又具有其他方面能力强等特点，如计算机应用专业的学生编程能力较强。根据这些原因教师选择教学内容时要更加注重结合学生特点。如对于计算机应用类的学生教学要注重应用，对基础知识的讲解要有选择，讲课时要详细、耐心，特别对算法要逐一用程序实现，并注重结合前面所学的程序设计等科目的知识来解决问题。而对其他专业的学生授课要更加注重教学内容与他们的专业紧密联系。 3、选择教学模式 教学目的、教学内容确定后，
6、将选择相应的教学模式来实现教学目的，完成教学内容。教学模式是设计和实施教学的方法和策略，不同的课程、教学目的和教学内容将决定不同的教学模式。在对比普通授受形教学模式的基础上，根据以往教学经验，结合“数字图像处理”课程的特点，本文提出了适合“数字图像处理”的教学模式一种研究型的教学模式。研究型教学模式，是以培养创造性为目的,以发现、探索、研究为活动形式的一种教学模式。“数字图像处理”的研究型教学模式具有启发性、互动性、研究性等特点，能够很好的把教师的教与学生的学有机组织起来。整个教学模式可以用以下几个字来概括：教学、论坛、研究、讨论、实践、创新。 教学是教师和学生互动的过程，教师的教学方法、教学
7、手段和教学态度是影响学生学的关键。在研究型教学中要求教师必须要打破传统的教学思路单相型的书本传授，而要能不拘泥于书本上的知识，要不停的补充知识，能够把最新的技术与研究热点在上课的过程中向学生传授。这样可以激起学生对该门课程的兴趣，提高学生学习的积极性。这个过程对教师的素质要求较高，教师必须紧跟时代潮流，不停补充自己的知识结构，只有这样才能保证不被淘汰。 设立学者论坛，请外面一些知名的教授、学者、专业技术人员等为学生开展讲座。这些教授、学者、专业技术人员们首先能够把外面最新的技术、理论、理念带来；其次由于他们经验丰富，能够传授给学生一些学习技巧、学习方法，为学生开辟捷径、节省时间。这种论坛方式可
8、以极大丰富课堂教学内容。 研究型教学的目的是培养具有研究型、动手能力强的学生，那么研究将会占教学的一大部分。这里我们将研究分为三种情景展开： 其一，教师讲解曾经完成过的课题，让学生跟着教师的思路走一遍，并要求学生提出自己的想法和观念，这样能够让学生了解更加前沿的知识，并且能够提高学生对研究的兴趣，让他们觉得研究并不是不可及的事务。对于教师而言，学生在这个过程中提出各种问题和思路很可能会引起教师的共鸣，让教师从另外一个方面和层次看待课题。 其二，鼓励学生在本科时就参与到老师的课题中来，教师可以把正在进行的课题告诉学生，让学生选择自己感兴趣的，参与进来。这是一个双赢的举措,不仅学生得益，教师也可获
9、益。对于学生而言,不仅能够锻炼动手能力，培养思考问题、发现问题、解决问题的能力，而且可以让他们较早的养成做科研所必须具备的基本素养。而对于教师来说,学生们的提问可能会给教师带来意外的启发和灵感，有了这么多有活力的助手的团队，项目的研究将会充满生机和活力。 其三，学生自己申请课题，由于我校为了提高学生的科研、创新能力，每年都会举办一次学生科研课题申请，资助学生的科研工作。对于那些能力强的学生，可以自己向学校提出课题申请。在课题的申请中学生要想得到课题资助就要做足工作，这迫使他们努力查阅课外书籍、中英文文献，极大的提高学生的自学能力、动手能力和团队协助能力。当然在这过程中教师要好好引导学生选择可以
10、实施的课题项目，并要指导学生如何写申请。 学习重在交流，良好的交流能力往往能够做到事半功倍的效果。讨论是研究型教学的一种实施方法，讨论制度贯穿整个研究型教学过程，讨论可以分为课堂讨论和专题研讨。研究型教学中的师生互动有助于学生对知识的理解和掌握。在课堂上多数学生对同一问题有不同的思考，因此不妨在课内挑选一些教学中的热点、难点问题进行讨论，引发学生积极思考，养成探究、创新的意识和习惯。论坛的存在，让学生能够与更多的专家、技术人员交互。并且对于一些学生还可以开设专题研讨课和研究课题讨论课，以培养学生的主动积极的学习精神、探索精神和团队合作精神，充分激发学生的学习主动性和创造性。 实践是检验真理的唯
11、一标准。研究是实践的一种，然而对于“数字图像处理”课根据不同学生可以对实践的要求不一样。特别是软件实现，在学生刚接触“数字图像处理”课时，由于面对的是一个新的领域，很多学生都有惧怕的心理，如何更好更简单的实现书中的算法是教学成功的关键。在“数字图像处理”课中实现平台软件有很多，如VC、VB、MATLAB、JAVA等，本人倾向采用MATLAB进行教学和实验，因为MATLAB实现容易而且直观，而对于高年级学生则提倡VC来实现。在对学生的问卷调查中也反映了如此情况，90以上的学生选择MATLAB作为软件实现平台，一致认为基于MATLAB的算法实现更容易更直观。 把MATLAB作为实现平台在12345
12、6文献中都有提到，然它们偏重教学生如何使用MATLAB系统工具箱来实现图像处理的功能。本人在实际教学中发现，应该尽量不使用系统自带函数，而是要求学生自己写函数，特别对于传统的算法，如直方图均衡化、图像旋转、图像去噪、图像锐化、图像分割、图像腐蚀膨胀等算法，要求学生在了解原理的基础上直接用程序实现，不调用系统函数。这样可以让学生提高自身的算法实现能力，并能加深他们对这些传统算法的理解。基于MATLAB工具箱的教学对学生而言没有很大的帮助。 在整个教学过程中提出大作业制度，教师随机找出几副照片，将学生分成多个小组，让他们根据要求处理这些照片。甚至可以上课给处一副照片让学生课堂上进行算法设计、程序实
13、现。用实践来检验教学效果，让实践与理论结合。 创新是研究型教学的一个目的，在整个教学模式中要让学生一直具有创新意识。讲解课程、研究课题时，程序实现时，专家讲座时，实施大作业时，都要求学生敢于创新能够提出自己的想法。创新是数字图像处理研究型教学模式的一大特色。 通过教学、论坛、研究、讨论、实践、创新这种研究型教育模式所教育出来的学生要比传统填鸭式教学模式所培养出来的学生，在自学能力、研究能力、创业能力、语言表达能力、团队合作能力等方面要强，而这正是当今社会所需要的复合型人才，他们的社会竞争能力得到极大的提高。 4、总结 研究型教学模式是基于实践与创新提出的，相比传统的教学模式更加能够提高学生学习的积极性。本文基于教学实践提出的“数字图像处理”研究型教学摸索，是对图像处理课教学的一个深入探讨，还要经过更多的教学实践来进一步完善。