研究生課程多元化教學(xué)改革探析

　　論文關(guān)鍵詞：研究生　數(shù)字圖像處理與模式識別　教學(xué)改革　211工程

　　論文摘要：針對碩士研究生在學(xué)習(xí)“數(shù)字圖像處理與模式識別”課程中面臨的理論與實際脫節(jié)、書本知識陳舊和教學(xué)手段單一等問題，本文從教材選擇、講授內(nèi)容和手段、講授形式和考核方法等方面進行了教學(xué)改革的探討，通過在教學(xué)活動中不斷實踐探索，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅學(xué)到了豐富的理論知識，而且通過開放的實驗環(huán)節(jié)找到理論應(yīng)用到實際之中的關(guān)鍵所在，同時帶領(lǐng)學(xué)生放眼于本領(lǐng)域的熱點技術(shù)，激發(fā)了大家的研究興趣。本課題已獲得“211工程”三期的資助。
　　
　　1 緒論
　　學(xué)生剛從本科階段走入研究生階段，都懷著極大的熱情要投身于科學(xué)研究中，他們需要通過更多更專業(yè)的課程來夯實自身的理論基礎(chǔ)，以便使他們能夠在科學(xué)研究工作中充分發(fā)揮自身才華，所以研究生階段的文化課程具有更強的針對性和實用性�？煞从^研究生課程現(xiàn)狀，選用的教材往往是五年甚至十年之前出版的，其內(nèi)容已非常陳舊，與信息時代的要求相差甚遠；學(xué)生反映學(xué)到的知識不知如何在實際科研中應(yīng)用，不了解本領(lǐng)域最新發(fā)展方向，學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥，沒有達到研究生課程應(yīng)有的效果。針對這些問題，作者在多年的教學(xué)過程中不斷總結(jié)原因，不斷進行教學(xué)改革探索，并在國家“211工程”資助下，開展了研究生“數(shù)字圖像處理與模式識別”課程的教學(xué)改革課題研究。
　　2 教學(xué)改革內(nèi)容
　　“數(shù)字圖像處理與模式識別”課程面對的授課對象包括電子、自動化、計算機、光電、機械、車輛等各個專業(yè)的碩士研究生，他們在各自的研究領(lǐng)域都將面臨圖像處理及識別的實際問題，為了培養(yǎng)學(xué)生掌握該領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，并能迅速地在研究工作中發(fā)揮作用，必須學(xué)習(xí)本課程，并能靈活應(yīng)用到各自的研究工作中。本課程從數(shù)字圖像處理技術(shù)的整體知識框架出發(fā)，對圖像進行一系列處理技術(shù)的討論，經(jīng)過參數(shù)分析與模式識別，使數(shù)字圖像處理與模式識別技術(shù)融為一體，為各個應(yīng)用領(lǐng)域的理論研究和實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　2.1為學(xué)生量身打造教材
　　目前圖像處理領(lǐng)域發(fā)展非常迅速：3D圖像處理技術(shù)、3G可視化圖像通信技術(shù)、高速公路不停車收費技術(shù)等都在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，可研究生教材中涉及的教學(xué)內(nèi)容還停留在上世紀90年代的水平，遠遠不能滿足當今社會的需求。為此，作者所在的課題組三位老師撰寫的國家“十一五”規(guī)劃教材《數(shù)字圖像處理及模式識別（第二版）》，教材更新了一些經(jīng)典算法，同時根據(jù)我們課題組近年在圖像處理領(lǐng)域的最新科研成果，將新算法新技術(shù)融合到教材當中，使學(xué)生能夠接觸到本領(lǐng)域的前沿技術(shù)。另外作為教材的最后一章，作者將一個實際科研項目作為典型實例編入教材中，向?qū)W生展示了如何把教材中涉及的理論方法應(yīng)用到實際工程之中。通過學(xué)習(xí)本教材，既可掌握經(jīng)典的圖像處理算法，又接觸到目前比較先進的圖像處理算法，同時又可根據(jù)教材提供的很多應(yīng)用實例和算法源代碼，促進學(xué)生掌握理論知識與實際問題的結(jié)合方法，盡快地運用學(xué)到的理論知識進行創(chuàng)新性科學(xué)研究。該教材也于2008年獲得北京市高等學(xué)校精品教材稱號。
　　另外教材附帶了一套自主開發(fā)的實驗軟件系統(tǒng)，為學(xué)生提供實驗平臺，包含六個實驗：圖像的二維傅里葉變換及性質(zhì)、圖像的編碼、圖像的參數(shù)分析、圖像的平滑與銳化、圖像的運動模糊及去模糊、圖像的匹配識別。該軟件界面友好，通用性強，結(jié)構(gòu)開放，可二次開發(fā)，可以激發(fā)學(xué)生在完成實驗的基礎(chǔ)上積極動腦去完善現(xiàn)有實驗，開發(fā)新的實驗。
　　2.2改進授課內(nèi)容
　　根據(jù)研究生的特點，課堂上除了講授基礎(chǔ)的理論知識以外，主要針對當前比較熱門和先進的數(shù)字圖像處理方法，以及學(xué)生們比較感興趣的知識點，以專題研討的形式進行研究和討論。例如針對預(yù)防犯罪分子進行犯罪活動方面，可以通過人臉識別的方法在可視頻監(jiān)控的區(qū)域進行自動人臉特征提取，并用犯罪分子圖庫進行比對。大家對這個技術(shù)很感興趣，對技術(shù)細節(jié)進行了熱烈的討論，各抒己見，通過這種專題討論，活躍了課堂氣氛，增加了學(xué)生主動參與的機會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造靈感。
　　同時教學(xué)中注重設(shè)計了一些新穎的課題，留給學(xué)生課后思考、調(diào)研，課上教師與學(xué)生進行研究和討論，增強教與學(xué)的雙向互動和交流，避免被動式灌輸知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性。
　　結(jié)合實際科研成果，將一些數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的實例引入教學(xué)。例如將嵌入式多通道數(shù)字圖像采集處理系統(tǒng)作為例子，講解系統(tǒng)實現(xiàn)的原理、圖像處理算法的應(yīng)用及編程實現(xiàn)過程等等，這樣既避免了抽象知識的講授，又滿足了學(xué)生對數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的軟、硬件平臺設(shè)計方法的掌握，真正達到學(xué)以致用。
　　2.3講授手段綜合應(yīng)用
　　除了常規(guī)的教學(xué)手段以外，更多地應(yīng)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)來授課，包括展示圖片、播放視頻。恰巧多媒體教學(xué)技術(shù)本身就是多種數(shù)字圖像處理技術(shù)的一個綜合應(yīng)用，所以利用多媒體教學(xué)技術(shù)來講課就是本門課程涉及的各種技術(shù)在實際生產(chǎn)生活中的一個很好的應(yīng)用實例。目前教學(xué)主要采用課堂講授，電子課件與板書相結(jié)合，課內(nèi)實驗與課外實驗相輔助，摒棄灌輸式教學(xué)方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式教育，講授課本知識的同時注意拓寬學(xué)生知識面，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實踐應(yīng)用能力同步得到提高，取得了較好的教學(xué)效果，幾位教師的學(xué)生評價結(jié)果皆為優(yōu)秀。
　　通過搭建一些算法平臺，給學(xué)生提供可選擇、有側(cè)重、可設(shè)計的實驗環(huán)境，彌補本課程沒有專門實驗的缺點，通過這些平臺可以開啟學(xué)生的創(chuàng)新研究和實踐欲望。實踐環(huán)節(jié)提供自主開發(fā)的圖像采集與跟蹤系統(tǒng)軟硬件實驗，學(xué)生可自己對實驗進行設(shè)計并實時驗證，另外提供一些比較新穎的實驗題目供學(xué)生選做，在學(xué)習(xí)同時通過實驗加深對知識的理解和掌握。同時將相關(guān)課件、資料等放置到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生訪問下載，并提供Email信箱與學(xué)生答疑和溝通。
　　2.4講授人員因需而變
　　除了授課教師外，根據(jù)當前研究熱點和學(xué)生感興趣的方向，邀請具有專門科研經(jīng)驗和知識的博士生，以研討的形式進行某個知識點的討論，以拓展學(xué)生的知識面，實現(xiàn)寬泛的知識教育，同時使學(xué)生了解最前沿的學(xué)科方向。
　　2008年邀請了張健博士做了“H.264轉(zhuǎn)換編碼研究與改進”的專題講座；2009年邀請了姜薇博士做了“人臉識別算法研究”專題講座。通過博士生的講座，大家了解了研究生階段的科研工作，極大帶動了學(xué)生的求知欲，課堂討論熱烈，很多同學(xué)與兩位博士課下進行了多次交流，為他們在學(xué)術(shù)上起到啟迪作用。同時，大膽地邀請了一名同年級的碩士生站到講臺上，就“基于四元數(shù)FFT的水印嵌入算法”進行了專題討論，面對這個全新的領(lǐng)域，很多同學(xué)被深深震撼了，同時感到了壓力和差距，觸動學(xué)生從主觀意識上對本門課產(chǎn)生興趣，掀起理論課程聯(lián)系實際項目的學(xué)習(xí)熱潮。
　　2.5教學(xué)思想的討論與轉(zhuǎn)變
　　研究生教學(xué)的目的不是要學(xué)生只掌握書本的知識，也不是必須進行卷面考核。特別是本門課程的實踐性很強，所以本課程通過提供幾個具有綜合性、設(shè)計性的命題，結(jié)合我們提供的一些平臺，讓學(xué)生自己完成方案設(shè)計、命題的實現(xiàn)，更鼓勵同學(xué)自己提出命題來進行研究實現(xiàn)，以期使學(xué)生真正融會貫通本門課程的思想精髓，更好地解決理論知識和科研能力的銜接，也真正實現(xiàn)本門課程的以素質(zhì)為基礎(chǔ)、知識為手段、實踐為中介、能力為目標的教學(xué)宗旨。
　　3 教學(xué)改革總結(jié)
　　由于本課題組教師在“數(shù)字圖像處理與模式識別”這門課中一直貫穿著先進的教育理念，得到了全校學(xué)生的認可，教學(xué)效果良好，2010年聽課人數(shù)達到了169人，并有不同專業(yè)的多名博士生進行了旁聽。
　　經(jīng)過了幾位教師的努力，本門課的教學(xué)改革已見成效，使“教”與“學(xué)”達到了有機的平衡和統(tǒng)一，教師知道學(xué)生想學(xué)什么，學(xué)生知道理論知識如何應(yīng)用，真正達到學(xué)以致用，并會在實際科研工作中總結(jié)問題，運用理論知識來解決實際問題，也達到了研究生教學(xué)改革的目的。
　　參考文獻：
　　[1]岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，1998.
　　[2]岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（Matlab版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.
　　[3]沈庭芝，王衛(wèi)江，閆雪梅.數(shù)字圖像處理與模式識別[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

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