印刷专业图像处理类课程考核内容调整的探索

舒忠，叶卉荣，李其京，赵华菊

（荆楚理工学院，荆门 448000）

0 引言

近几年来，印刷工程应用型本科专业为了适应大多数印刷企业转型发展的需要，许多印刷类应用型本科院校，对人才培养模式及课程体系进行了大幅改革，通过大胆尝试，取得一些可以借鉴的成果[1-4]。其课程设置在兼顾印刷工程跨专业特色突出基础之上，主要偏重于数字方向[5-6]。在印刷、包装及众多媒体传播领域，图像的复制与传播是主要的研究对象，且具有显著的跨专业、跨领域应用特色。《数字图像处理》作为印刷工程专业教学中的重要基础课程，在整个课程体系中地位尤为重要。

目前，《数字图像处理》课程主要针对信息、电气、计算机和物联网等学科相关专业的本科生开设，目前所使用的教材和教学内容也偏重于为这些专业的人才培养服务，缺少能够真正与印刷工程专业课程结合紧密的教学内容。这一现状，影响了印刷工程专业学生对该课程学习目的准确理解，造成部分学生学习兴趣低。因此，针对印刷工程专业后续一些重要专业课程的教学需要，对该课程的教学内容和课程考核内容进行大幅调是必须面对的问题。

学生进入大学后，有一个显著的特点——极度放松[7-8]。许多大学生的学习积极性大大不如中学阶段，没有自学意识、没有很好的学习方法，遇难就退。工科类大学学习的目标偏向了学生将来的职业方向，教学方式与中学阶段也大有不同，针对《数字图像处理》课程，教师正常教学的学时数偏低，加之课程学习涉及的基础课程多，学习难度大，不易于全面掌握。因此，教师在对知识点进行讲解时，必须讲透讲深，并采用一些不失严谨的方法，帮助学生降低学习难度。同时，要求学生对一些知识点，按照教师讲授的方法，进行自主学习。对学生自学情况和学习方法掌握情况的考核也显得非常重要。《数字图像处理》课程理论与实践并重[9-10]，对于印刷工程专业的学生而言，由于有一些重要前导的基础课程没有开出（如：信息论、数字信号处理等），因此，教师在教学内容的设计时，会根据学生在已开出前的导课程（如：高数、概率学、计算机基础、计算机程序设计等）基础上，通常会偏重于中加大实践部分内容的教学。而对于实践部分的考核，只要学生的实验或实训作业做了，并说得过去，往往都会轻易地让学生通过，甚至成绩都给得偏高。将本课程的实践部分纳入重点考核是对学生整个课程学习效果评判的重要依据。

通过课程教学发现，学生对已学知识的掌握情况较为理想，但如何应用这些知识解决问题则表现较差。一部分学生对于解决一些单一性的问题都无从下手，理论与实践严重脱节。而对于利用多个知识点综合性解决问题，大多数学生都显得困难。如果教师在课程讲授中，只片面强调《数字图像处理》课程的基本原理与基本应用，没有对当前的印刷企业在图像处理应用中的实际需要进行讲解分析，则更多的学生就不知道将所学的知识如何应用于印刷图像的处理中，甚至认为所学的知识点也印刷无关。因此，课程考核的内容中必须包含综合应用多个知识点解决生产实际中的具体问题，同时，在考核中加入学生对当前印刷企业的了解和对企业将来如何实现智能化控制的思考等内容。

通过课程教学发现，对《数字图像处理》课程的学习“只求能过”是多数学生的学习要求，这样的学习要求，很难适应将来学生从业时对行业标准和工程应用等方面的职业需要，根本无法将学生真正培养成为一名合格或接近合格的工程师。同时，由于学习要求低，对于将来从事学术或技术应用研究层次的学生培养，必定会出现学生对科学研究基本的核心素质有所欠缺等问题。因此，在课程考核中，必须重视对学生观察问题细致程度、对待科学实验和工程应用研究的严谨态度等内容的考察。

课程考核作为本科教学效果的主要体现方式，其考核内容的设计是重要的因素之一。本文将以教学实例为主，对印刷工程专业本科学生《数字图像处理》课程教学、考核内容设计及考核要求等几个方面的调整思路进行探讨。

1 强化课程教学、考核内容与专业的相关度

学好《数字图像处理》课程的前提是具有较强的高等数学、性线代数、信息论、数字信号处理、计算机编程等课程学习基础，该课程的学习内容主要包括：数学、信息及数字信号等一些基础理论，更重要的是包括对MATLAB、C++等仿真实验和工程应用编程软件的学习。可以看出，学生的基础学习任务非常重，授课教师将其设置为一门专业基础课程、放弃与印刷工程专业背景进行融合，也是情理之中的事。但是，今后的高等专业教育在教学内容上，从广度与深度两个方面都将面临一系列的教学改革，全面实现教学内容与专业（行业）实际紧密融合是无法回避的实现，其中，也包括一些看似与本专业无关的专业基础课程。因此，《数字图像处理》课程教学内容在确保基础理论的同时，必须补充与印刷行业紧密相关的内容，并完善与教学内容相匹配的考核内容。以下通过教学实例进行说明：

教例1：在对教学开篇的课程应用领域介绍中，以一个数字图像处理技术应用的重点领域（或者认为学生有兴趣或能够引起学生注意的领域）为例，对其应用的主要技术进行介绍，同时引导学生如何将相应的技术应用于印刷领域。例如：课程第1章的教学结束后，要求学生完成作业：“针对印刷机的结构及复制原理，结合巡航导弹的景象匹配原理，简述如何实现在印刷过程中对承印物上的某一幅印刷图像进行识别？对其进行识别有何意义？”由于学生还没有完成本课程的学习，要求学生只在初始层面对问题进行解答。此类作业的设计，不仅可以全面了解学生对已学知识的掌握程度，还可以在课程教学前引导学生如何通过理论学习解决印刷工程领域应用的实际问题。

教例2：在讲授图像退化复原时，首先讲明印刷企业实际的图像处理流程，在流程中介绍Photoshop图像处理软件可能无法对一些非常模糊的图像进行处理，而通过MATLAB进行去模糊处理，可以让图像主体部分能够尽量清晰显示。同时强调：在MATLAB对印刷图像进行去模糊处理，严格地处理流程必须以一个正常的图像作为评判标准，首先对图像进行退化（或者是加模糊、或者是加噪、或者是同时加模糊加噪）处理，再根据加入的退化因素，设计复原滤波器进行图像复原，通过多次仿真实验，在得到了可靠的复原滤波器后，再将这个可靠的复原滤波器应用于目标印刷图像进行复原。而在实际应用中，为减少麻烦，通常是根据对印刷图像进行分析，估计一个造成图像模糊的原因，直接使用现有的复原滤波器进行修复，或选择几种复原滤波器进行修复，最终取最佳效果的图像用于印刷。通过以上讲解和设计此类偏向实际应用的考核内容，引导学生理论联系实际，从严谨与实用两个方面，学会如何依据所学的理论知识，解决印刷企业生产中出现的疑难问题。

2 考核学生自学积极性和掌握学习方法的能力

《数字图像处理》课程理论部分的学习对学生和教师的难度都非常大，对于多数学生而言，几乎不知道怎么去学，其自学积极性必定不高，这就要求授课教师在教学中采用一些学生易记、易懂的方式进行讲解。因此，在引导学生掌握一些高效的学习方法的同时，还要给学生留出一些自学的内容，并对学习效果进行考核。通过教学探索，本文提出了采用“图示分解难度”和“实践应用理解理论”两种学习方法。对于各种图像变换，其本质是对图像空间像素的灰度值进行重新计算，使用图示法可以方便地使学生理解图像的变换过程，同时，通过绘制图像变换过程的流程，可以让学生非常方便地写出图像变换的主干公式（采用一些符号或简写算式表示完整的数字公式，从而分解公式的记忆难度），在记住主干公式的基础上，记住完整的图像变换公式和变换模板的难度就会大大降低。在记住变换公式的基础上，通过尽量少地设计图像维度，以实例的方式讲解变换公式的计算方法，也就降低如何使用公式进行计算的学习难度。对于一些难度较大的理论知识，可以引导学生首先了解图像的基本变换处理过程（可结合一些图像处理软件进行操作），从实际应用开始，掌握图像变换的流程和具体的操作方法，过头来再结合操作过程，找到相应理论部分的知识点。抓住学生偏好动手的特点加以引导，对学生学习和自学兴趣的提高非常关键。

教例3：在讲授图像频域傅里叶变换时，通过制作正余弦波及投影效果图、正余弦波叠加及投影效果图说明傅里叶级数频谱。通过制作正余弦波周期曲线，并标注时间差，说明时间差与相位谱关系；通过绘制正余弦波时间、频率变化规律及投影效果图，说明相位谱表示的含义。通过绘制正余弦波的离散叠加和傅里叶变换复数、空间对应频域和时域效果图，说明傅里叶级数表示的含义和傅里叶变换后图像的多种表示方式。最后，通过使用MATLAB编程训练，对傅里叶变换公式表述的含义进行理解。以上讲解和设计与之对应的考核内容，可以引导学生采用一些便于理解的方法进行学习，在知道如何进行学习的情况下，学生就有了自学的主动性。

教例4：在讲授卷积运算时，通过设计一个灰度值偏小的简单灰度色块作为原始图像，使用3×3的图像变换模块，通过图示演示卷积计算过程，在大大减小难度的情况下，学生基本上都可以准确理解卷积运算原理。同时，还让学生组队，让他们通过课余自学，制作课件，向学生讲解卷积运算和反卷积运算的过程。

教例5：针对一些学生MATLAB编程能力不强的情况，可引导学生首先看别人怎么编写代码，再根据别人编写的过程画出编写代码的流程图，并要求在别人编写的代码后逐条写代码的作用和使用格式，通过流程图总结代码编写流程和代码编写格式。同时，根据所编写的代码，也可以在理论上加深理解图像变换公式的理解。通过以上方法将实操训练列入平时考核中，以实操带动对知识点的理解，在反复多次训练后，即使没有任何基础的学生，都可以在短时间内掌握MATLAB的代码编写的方法和要点。

3 考核学生综合应用知识解决问题的能力

结合印刷工程专业开设的全部课程，在教学过程引导学生综合应用《数字图像处理》课程所学习的知识点，解决一些印刷图像处理中实际问题，是本课题教学的主要目的所在。在授课时，就要求教师通过问题分析，引导学生列出可以解决问题的全部相关知识点，对照问题逐一对引用知识点的作用进行解析。这类任务的设计，不仅要在平时考核中体会，同时还要在期中、期末考核中体现，只要选题方向相关，更应在毕业论文中体现；不仅要将本课程内多章节、多知识纳入考核任务中，还要将印刷工程专业与本课程有直接关联的其他课程相关知识点纳入考核任务中，有呢要的情况下，可以实现跨专业知识点的融合应用。对于期末以论文方式进行考核时，要求论文或相关研究涉及的本课程知识点覆盖90%左右，同时，严格要求所用知识点必须与主题相关，绝不仅是装箱单的知识点堆叠；同时，尽量要求内容涉及多门课程，或涉及跨专业课程。

教例6：在对图像分割和图像特征提取进行讲授时，可要求学生依据已学知识和图像识别理论，设计一个对印刷产品中指定图文区域进行提取流程。要求考核的内容主要包括：①对本课程基本概念和所用其他课程知识点进行解析；②构建图像模式识别系统的过程和所涉及的全部技术（主要包括一些专业基础课程）进行分析；③识别系统处理关键环节（主要包括本课程涉及的核心技术）的功能分析；④对图像模式识别系统的主要任务进行解析；⑤对系统流程进行总结；⑥对一些结果进行分析，并完成结论汇总。当然，为了引导学生完成全部相关任务，教师应以一个实例详细讲解引用的相关理论和MATLAB仿真实现过程。在选择实例进行讲解时，应该尽量选择一些当前热门的研究技术或研究成果，以上为学生设计的考核任务，可以通过对当前非常热门的人脸识别技术应用及研究成果的讲解，并注意将重点放在对MATLAB仿真实现过程，一定要讲透，特别是提醒学生注意一些可以加以改进、值得进一步研究的关键点。通过这类综合性和创新性任务的设计，可以全面对学生的学习效果和综合能力进行考核，是应用型本科教育培养合格工程师的关键所在。

4 考核学生对待科学实验和工程应用研究的严谨态度

对于学生能力不等的学情现状，教师在讲授《数字图像处理》课程时，一定会使用一些非专业的词句来对难于理解的重要知识点进行解析，以便于学生的准确理解。这对于学术研究和科学实验是不严谨的，为了解决这一问题，个人建议不要将这些非专业的词句以文字的形式展现给学生，一定要为学生提供完整、严谨的PPT课件。以住的经验通常是制作简单、但重点突出的PPT课件，以便于学生记忆，在当前的学情现状下，简单的PPT课件不易于帮助学生自学，同时，也对学生生产了一定的影响，比如：学生的作业和试卷中，答题简单，只有主干，缺少一些分析、总结性的内容。在严格进行课程理论考核的同时，一定要强化课程实验和实训环节的考核，首先是对学生讲明任务要求并进行细分，确保学生能够全部完成所有任务，培养学生在学习和解决问题的过程中注意细节。在授课和各类考核中，多列出一些学生容易忽视的问题，对学生在考核中出现的问题进行重点讲解并反复提醒学生注意。

教例7：在对图像分割的理论和应用进行图示讲解时，画出一个以像素空间点并标注灰度值的图像描述图形，板书绘制图形时，设计不要将像素点都标注灰度值，让一些像素点空出来，通过对图像分割条件进行解析后，让学生去标注分割线。结果有一些学生在标注分割线时，将没有标注灰度值的像素边缘也画出了分割线。针对这一细小的细节，教师在讲解时一定要进行纠正，并说明针对图像中没有提供比较、分析参数值的像素点，不能列为重点研究和分析的对象。为了说明此类细小细节在实验和实操中的重要性，可以通过软件针对两种不同的分割方式进行测试比较结果。通过此类考核内容的设计，有助于帮助学生养成良好的学习和实验习惯，在一定程度上也能改变学生中普遍存在的应付差事的心态。

5 加大学生平时学习的考核力度

通过与同课程教学的教师进行交流，本课程的教学的内容通常只涉及了理论和实验两个部分，且理论作业偏少，实验设置也以验证为主，导致学生在课外对课程的学习时间少。针对本课程涉及的内容，学生如果没有投入大量的时间进行学习，其效果是不理想的。因此，在加大平时作业量的同时，还需要扩大和扩深作业的内容；在注重理论作业考核的同时，还需要注重实践任务，根据本课程的实际应用需求，在确保实验环节的同时，还可以增加实训环节的训练。理论作业多增加一些比较分析的任务，实验环节多增加一些综合性实验，并要求学生加入实验心得体会和实验结论，实训环节在确保基础考核的同时，增加少量综合性应用的任务。实验和实训环节所应用的编程软件，在以MATLAB仿真软件为主的基础上，适当增加应用编程软件（如：C++等）的实操训练。

教例8：一些具体做法是：每个实验增加基础性实验任务的数量，要求实验编程先画流程图，每条代码注说明；实操训练以补充实验编程的欠缺为主，增加综合性应用项目；每个实验和实训项目都给出标准写作模板，在操作上要求人人过关，并现场验证，等等。

通过本学期对《数字图像处理》课程教学内容和考核内容的调整探索，多数学生能够完成相应的学习任务，学生对课程在印刷领域中的应用前景有了较深刻的认识，整个学习效果良好。一些学生通过积极参与教师的教学过程，逐步养成了自主学习的习惯；学生通过进上讲台进行自主授课，对课程的学习产生了浓厚的兴趣；学生通过图示法的学习，学会了对一些复杂问题的难度分解，在提高学习效率的同时，逐步转向对更深层次内容的自主学习；通过强化实验、实践教学环节，学生在软件编程教学课时少的情况下，采用互学互教的方式，较好地掌握了仿真软件的使用方法，同时，提高了进行科学实验和工程应用实践的能力；通过综合性理论知识的应用训练，多数学生面对困难，有了一定的底气。以上发生在学生身上的变化，也提振了教师进一步加大教学内容、方式改进力度的信心。