基于设计的数字图像处理课程教学改革探索

马宏兴 张伶

摘要：数字图像处理课程在信息工程类专业中有着重要的地位。结合实际教学工作，本文针对本科教学中的数字图像处理课程，从教学内容、教学方法、评价机制等方面进行了教学改革与探索。由教学效果来看，提高了学生对该课程的学习积极性，培养了学生分析与解决实际图像工程问题的能力。

关键词：数字图像处理;课程设计;教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）12-0146-02

1引言

数字图像处理课程在电子信息工程、信息工程专业培养计划中是一门专业必修课，在该专业的学生知识体系建立中有着重要的作用。该课程主要讲授图像处理的基础理论，基本方法，主要内容涉及图像信息的基本表示、分析和处理方法，图像信息的获取、存储、传输、处理及显示的基本技术及应用。通过该课程的学习，使电子信息工程、信息工程专业的学生能够掌握数字图图像处理的基本理论、方法、技术，发解数字图像处理的最新应用和发展前景，为今后从事与数字图像处理领域有关的研究和开发打下良好的基础。

目前，在数字图像处理课程本科教学过程中，存在着课时数不足，教材选用不当，实验和教材相对脱节，学生只掌握了基础知识，没有将其应用于实际工程中等诸多问题。针对这些教学过程中的实际问题，本文从教学内容、教学方法、实验设置、考核方式等方面，对数字图像处理课程的教学与实践进行了一些教学改革和初步的探索。

2教学现状

当前，电子信息工程专业和信息工程专业所用教材为胡学龙老师编撰的《数字图像处理》（第3版），在实际教学过程中，授课方式基本是按照“黑板+多媒体”的方式进行，主导是老师，学生只是听和做，没有发挥学生的主观能动性。另外实验以验证性实验为主，基本没有设计性实验。从这些年数字图像处理课程的教学效果来看，学生对数字图像处理课程的学习积极性不是太高，实验也是流于形势，学生成绩相对处于下滑趋势。分析其原因，主要有下面几个方面：

（1）教学内容仍以理论为主。由于数字图像处理是一门多学科交叉的课程，对数学基础要求较高，实际授课过程中学生理解困难，例如讲图像变换时，由于涉及傅里叶变换，学生就会兴致缺缺，基本不会参与到老师的授课过程中。

（2）教学方式仍是“多媒体+板书”，在实际授课过程中，学生仍是被动者，参与度不高，也激不起兴趣。

（3）实验效果不好，学生在完成实验项目时，由于Matlab基础不够，或者数字图像处理理论掌握不到位，也多以网上下载程序来完成实验，而不是去理解，去自己编写程序，大多数是以完成实验任务的想法为主，而不是抱以“学习”的态度。

（4）考核方式存在问题。学生成绩=平时（20%）+实验（20%）+考试（60%）。学生的平时成绩取决于考勤和作业，而没有考虑到学生如何完成;实验也是以考勤和实验报告为主，没有考察学生的完成过程;考试是全面考核学生对本课程的掌握情况，但是因学生生源及毕业率等问题，学生成绩处于下滑状态。

3教学改革

针对这些现状，学院组织相关老师对该门课程进行了反复讨论，重新修订大纲与教学计划，采取一些新的措施来提高数字图像处理课程的教学质量，这些措施中，最主要的是突出了图像处理课程设计，希望通过学生完成课程设计这一任务，来提高教学质量。

（1）更新授课内容与知识体系

重新规划授课内容和知识体系，重新编撰新的讲义，该讲义需要结合原有图像处理的知识体系，并在此基础上，加入实际应用案例，通过这些案例，使学生能够从心理上知道为什么要学数字图像处理，学习之后有什么用，从而改变学生的学习观念，从一个知识的接收者转变成为一个知识的发现者和探索者。

改革后，数字图像处理课程总学时保持不变，但在基础知识讲解时会相应减少课时量，一部分知识会要求学生在课前或课后去看视频学习;每一章的授课内容中，会加入实际应用问题的课时，在课堂上与学生讨论并加以解决;另外，有关基础实验会让学生自己完成，教师会抽出相应课时进行提问和验收。

（2）建立课程资源

根据所重新编撰的数字图像处理讲义，对基础知识建立视频库和文档资料库，如果学生对某一知识理解不够，可以去看相应视频或文档。同时，也会给学生提供一些网络优质资源网站，引导学生去利用网络资源，拓展眼界。

（3）明确课程设计为重要环节

数字图像处理课程改革后，突出课程设计这一环节。在实际授课过程中，第一次课就会给学生布置一个有关数字图像处理的课程设计任务，例如车牌识别或者人脸识别，这一设计任务是一个综合性的工程问题，需要涉及数字图像处理的各个知識环节。

学生在接受这一课程任务后，首先去查找资料，明确课程设计题目的实现流程，并提交相关文档。教师在审阅这些文档之后，在数字图像处理课程的理论教学过程中，应有意识地根据学生提交的课程设计任务，对其展开讨论并针对所设计的任务提出解决方案，提高学生的参与度，使得学生增加数字图像处理课程的兴趣。期末学生完成课程设计任务后，需要做PPT文档，并用5到7分钟时间面向全班学生进行答辩，同时依据课程设计，完成3000字左右的小论文写作。

在课程设计过程中，需要注意的一点是授课教师应时刻关注学生的课程设计进度，不能布置后就置之不理。学生写小论文时应该给出明确的写作格式和写作注意要点，从而训练学生的写作能力和归纳能力，提高论文撰写能力。

（4）多种教学模式并举，提高教学质量

在教学过程中，采用多种教学方式，教学不再是“多媒体+板书”，而是理论授课、课堂讨论、工程项目、团队作业、课后视频学习、课程设计、课程实验等多种形式存在，互补，以提高学生的参与度，积极性。

（5）考核方式多样性

数字图像处理课程改革后，注重过程教学，学生成绩重点不在考试，而是在学习这门课程的过程中，学生学会了什么，做了什么，掌握了什么。学生的最终成绩组成化分地更为细致，学生成绩评定如表1所示。

从上表中可以看出，由课程设计与设计答辩组成的课程设计分值占30%，比重非常高。另外学生的成绩评定不再是平时+实验+考试模式，而是由10项组成，使得学生的成绩处理过程性评价中，学生成绩变得更为客观。

4结论

自实施数字图像处理课程教学改革后，该课程便成为学生喜欢的一门课程，学生的上课积极性在增加，学生上课玩手机、睡觉情况减少，听课的学生变多，问问题的学生渐多，课后学生也会根据设计任务，查找资料并完成课程设计。整体来看，初步完成了数字图像处理课程改革目的。