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《數(shù)字圖像處理》教學(xué)方法改革的實(shí)踐探索
論文關(guān)鍵詞： 數(shù)字圖像處理 教學(xué)改革 方法探討
論文摘要： 數(shù)字圖像處理是我校計(jì)算機(jī)和通信類專業(yè)的必修課程。針對(duì)這門(mén)課的特點(diǎn)和我校的實(shí)際情況從理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面對(duì)“數(shù)字圖像處理”的教學(xué)方法改革進(jìn)行了實(shí)踐探討。教學(xué)實(shí)踐表明這項(xiàng)改革對(duì)于學(xué)生更好地掌握數(shù)字圖像處理技術(shù),提高綜合素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力起到的積極作用。
引言
數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）是信息技術(shù)中的一門(mén)新興綜合性學(xué)科。這門(mén)課主要研究圖像數(shù)字化處理過(guò)程的理論原理、方法技術(shù)和過(guò)程，該課程要求學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本概念、原理、算法及其處理技術(shù)； 這門(mén)課程的理論性強(qiáng)，需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和具備一定計(jì)算機(jī)方面功底，目前理工類或綜合類院校幾乎都開(kāi)設(shè)了數(shù)字圖像處理的相關(guān)課程，我校也從2000年開(kāi)始開(kāi)設(shè)了這門(mén)課程，一般安排在本科三年級(jí)或四年級(jí)上半期開(kāi)設(shè)。
1 數(shù)字圖像處理的課程特點(diǎn)
這門(mén)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法難以達(dá)到理想的教學(xué)效果，原因在于：學(xué)生面對(duì)諸多抽象的理論和煩瑣的數(shù)學(xué)公式往往無(wú)所適從；授課教師很難用現(xiàn)有的教學(xué)方式實(shí)時(shí)表達(dá)數(shù)字圖像處理前后的直觀效果，致使學(xué)生難以理解圖像變換實(shí)際的演變邏輯和演變過(guò)程，面對(duì)眾多繁雜的推演公式只能死記硬背，學(xué)習(xí)起來(lái)效果可想而知，因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。
2 課程教學(xué)改革實(shí)踐的探索
通過(guò)對(duì)數(shù)字圖像這門(mén)課多年來(lái)的實(shí)踐教學(xué)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，筆者認(rèn)為應(yīng)該從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面來(lái)對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方法進(jìn)行兩方面著手：一是理論教學(xué)體系和教學(xué)方法；二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)。兩者相輔相成都是數(shù)字圖像處理這門(mén)課的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，缺一不可。
2.1 理論教學(xué)方面
在理論教學(xué)方面應(yīng)著重于教學(xué)體系的選擇和教學(xué)形式的改革，具體體現(xiàn)為：第一，在教材的選擇和教學(xué)內(nèi)容的安排上，應(yīng)根據(jù)本校學(xué)生和教學(xué)的實(shí)際需要進(jìn)行教材的精選和教授內(nèi)容的合理安排。第二，教學(xué)內(nèi)容的取舍上應(yīng)該貫徹“少而精”原則對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)娜∩岷透隆Ｒ詫ｎ}形式向?qū)W生介紹最新的、前沿性的學(xué)科知識(shí), 這不僅能滿足學(xué)生的獵奇感,而且在有意理論素養(yǎng)和應(yīng)用方面隊(duì)學(xué)生加以啟發(fā)和引導(dǎo)，讓學(xué)生不自覺(jué)地養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)的習(xí)慣。第三，應(yīng)用形象化教學(xué)手段教學(xué)。數(shù)字圖像處理是以數(shù)字圖像為研究對(duì)象。針對(duì)數(shù)字圖像的圖像信息豐富，圖像處理前后的效果又無(wú)法用語(yǔ)言、文字等方式表達(dá)，因此，多媒體課件制作的好壞直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課的最終效果。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)比較成熟的數(shù)字圖像處理CAI課件，我們針對(duì)性研制了相應(yīng)的教學(xué)課件和電子教案，讓學(xué)生在教學(xué)中直觀體會(huì)圖像變換前后的實(shí)際對(duì)比效果。同時(shí)在課堂教學(xué)中引入適當(dāng)?shù)膱D例分析和編程處理實(shí)例可以使原本很抽象的內(nèi)容變得生動(dòng)具體。
2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革
實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)是本課程不可或缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有公認(rèn)比較實(shí)用和完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。我們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和內(nèi)容的把握體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
�。�1）實(shí)驗(yàn)環(huán)境的選擇。數(shù)字圖像處理不同于用Photoshop等圖像處理軟件對(duì)圖像作現(xiàn)成的操作，它要求學(xué)生在掌握有關(guān)基礎(chǔ)理論、典型方法的基礎(chǔ)上，利用編程技巧實(shí)現(xiàn)圖像信息的各種處理，如圖像增強(qiáng)、圖像分割、圖像分析等。多數(shù)教師選擇MATLAB作為實(shí)驗(yàn)語(yǔ)言，主要因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大的圖像圖形處理工具包。但大多數(shù)學(xué)生并不熟悉MATLAB,我們選擇了C++語(yǔ)言作為基本的編程語(yǔ)言，因?yàn)楦吣昙?jí)學(xué)生已經(jīng)對(duì)C++比較熟悉并在今后又會(huì)經(jīng)常使用。
�。�2）精選實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在“數(shù)字圖像處理”的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，突出強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)和實(shí)踐能力的結(jié)合，為此，選擇圖像處理中幾個(gè)最典型的算法作為實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的主要內(nèi)容，包括圖像灰度增強(qiáng)、圖像壓縮、圖像域值分割、偽彩色處理等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括圖像的讀取和顯示、直方圖均衡化、平滑和銳化濾波、膨脹和腐蝕等。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有助于學(xué)生實(shí)踐掌握課上講授的知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生自主完成任務(wù)的主動(dòng)性和積極性，能夠有效提高學(xué)生的編程實(shí)踐能力。
�。�3）改革實(shí)習(xí)教學(xué)手段。“數(shù)字圖像處理”實(shí)習(xí)內(nèi)容包括圖像處理軟件的選擇和使用、處理算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等。針對(duì)往年已有的實(shí)習(xí)材料看，指導(dǎo)教師在實(shí)習(xí)前將較多的精力花在講解實(shí)習(xí)目的、原理、內(nèi)容和實(shí)習(xí)步驟等方面，而占用學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)習(xí)的時(shí)間偏離試驗(yàn)的本來(lái)愿望�，F(xiàn)在采用在實(shí)習(xí)前就分發(fā)給學(xué)生實(shí)習(xí)教學(xué)課件，讓學(xué)生在課件輔導(dǎo)下，課余時(shí)間理解消化實(shí)習(xí)內(nèi)容，騰出了更多時(shí)間探討算法，得出實(shí)習(xí)應(yīng)該有的正確結(jié)果，而不至于在實(shí)習(xí)中對(duì)結(jié)果是否正確茫然不知，從而提高了學(xué)生理論和獨(dú)立動(dòng)手的能力。
2.3 開(kāi)展第二課堂活動(dòng)
為有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，基于完成具體項(xiàng)目的教學(xué)策略是很多學(xué)生必走的一步，讓學(xué)生在實(shí)踐中錘煉，有助于較快地提高學(xué)生的理論認(rèn)知水平和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在上課之初將學(xué)生分組每組給出一個(gè)實(shí)際的學(xué)期項(xiàng)目。由于有充分的時(shí)間可以收集資料和模仿學(xué)習(xí)，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。將課堂的實(shí)驗(yàn)任務(wù)與學(xué)期項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容彼此之間的聯(lián)系，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的綜合掌握和靈活應(yīng)用。
3 考核手段的探索
以往的課程考核主要通過(guò)期終考試來(lái)考核學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度,由分?jǐn)?shù)來(lái)定結(jié)果，這種考核方式雖然能部分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力但很難考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決具體問(wèn)題的能力差別，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性以及創(chuàng)造能力的培養(yǎng)；還可能導(dǎo)致出現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中常出現(xiàn)平時(shí)不努力，考前突擊復(fù)習(xí)四處打聽(tīng)考題的情況，為了加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)，我們將平時(shí)的聽(tīng)講、回答問(wèn)題、作業(yè)的情況等列入平時(shí)成績(jī)，還鼓勵(lì)學(xué)生就某一專題進(jìn)行發(fā)言探討等多種學(xué)習(xí)形式。課程最終的考核成績(jī)綜合期末考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、專題成績(jī)和平時(shí)成績(jī)幾個(gè)部分加權(quán)平均得出。
4 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多年的探索，我們?cè)凇稊?shù)字圖像處理》課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)體系和考核方法和方式上的改進(jìn)，有針對(duì)性地制作了大量圖像處理前后對(duì)比課件和現(xiàn)場(chǎng)演示相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)形象化實(shí)例化教學(xué)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果很不錯(cuò)，學(xué)生反響很好，同行評(píng)價(jià)也比較高。
參考文獻(xiàn)
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