劉明堂 劉河潮

摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，《數(shù)字圖像處理》課程傳統(tǒng)教學(xué)方法難以適應(yīng)新時(shí)代創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。本文提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的《數(shù)字圖像處理》互動(dòng)教學(xué)方法，首先完善數(shù)字圖像處理學(xué)科體系，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的教學(xué)資源，然后利用互聯(lián)網(wǎng)資源來進(jìn)行學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)通過電腦、手機(jī)、平板電腦等智能終端來模擬圖像處理實(shí)驗(yàn)。最后，指導(dǎo)學(xué)生將模擬的程序在圖像處理試驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)互動(dòng)的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)互動(dòng)的教學(xué)方法提高了《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)效果，有機(jī)地適應(yīng)了未來教育的需要。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；教學(xué)方法；互聯(lián)網(wǎng)+；學(xué)科體系；多平臺(tái)互動(dòng)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）06-0197-03

一、引言

《數(shù)字圖像處理》是電子信息類專業(yè)的核心課程，主要講授數(shù)字圖像的獲取、處理和分析的原理及方法[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跨越式發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的新理論、新算法、新新設(shè)備、新應(yīng)用等層出不窮[2]?！稊?shù)字圖像處理》需要很多學(xué)科的交叉性知識(shí)，所涉及的知識(shí)理論和技術(shù)領(lǐng)域非常多。《數(shù)字圖像處理》課程知識(shí)點(diǎn)多且難，但其學(xué)時(shí)少，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)方式存在很多問題，容易導(dǎo)致該課程教學(xué)理論強(qiáng)，但卻與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)。

然而，傳統(tǒng)的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)存在重理論、輕實(shí)踐，課堂講授效果不理想等問題，迫切需要進(jìn)行教學(xué)方法的探討，以此來適應(yīng)新時(shí)代創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求[3]。當(dāng)前，我國實(shí)施“一帶一路”倡議以及“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，都以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展為導(dǎo)向，加快了工程教育改革創(chuàng)新的步伐[4]。工程教育專業(yè)認(rèn)證是以學(xué)生為中心的教育理念[5]?！靶鹿た啤钡慕ㄔO(shè)，需要高等教育與實(shí)際應(yīng)用更加緊密地結(jié)合在一起。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，探索移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下大學(xué)生自主協(xié)同學(xué)習(xí)模式也成為當(dāng)下探討的一大熱點(diǎn)[6]。由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)打破了原有的時(shí)間和空間限制，為學(xué)生提供了豐富多樣的學(xué)習(xí)資源渠道，增加了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的選擇性。“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)互動(dòng)的教學(xué)方法可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電腦、手機(jī)、平板電腦等智能終端和傳統(tǒng)課堂教學(xué)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教學(xué)資源進(jìn)行深度融合，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新力。為了有效提高《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)質(zhì)量，本文提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)互動(dòng)的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)方法，首先查找“數(shù)字圖像處理”傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題，然后探討基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)互動(dòng)的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)方法，最后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)互動(dòng)的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

二、傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

1.實(shí)踐環(huán)節(jié)偏弱。《數(shù)字圖像處理》的傳統(tǒng)教學(xué)模式?jīng)]有偏重于實(shí)踐活動(dòng)，圖像的獲取、圖像文件的編碼格式、圖像濾波與增強(qiáng)、圖像壓縮、圖像的分割與識(shí)別等都偏重于基本理論和算法，而學(xué)生對(duì)于實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)接觸太少，由此造成課程實(shí)踐環(huán)節(jié)不完備。

2.課程知識(shí)體系不完備?！稊?shù)字圖像處理》單純的課堂教學(xué)不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，其大量的理論推導(dǎo)和算法分析使教師和學(xué)生都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在新課改的背景下，《數(shù)字圖像處理》應(yīng)該在教學(xué)過程中做到真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐積極性。另外數(shù)字圖像處理內(nèi)容涉及到《高等數(shù)學(xué)》、《矩陣論》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《概率論》等多個(gè)交叉課程，與科技前沿和實(shí)踐應(yīng)用密切相關(guān)。

3.“互聯(lián)網(wǎng)+”沒有真正結(jié)合。在“互聯(lián)網(wǎng)+”飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，人工智能、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等新興理論和科技應(yīng)用的推動(dòng)下，《數(shù)字圖像處理》理論和技術(shù)也已經(jīng)與時(shí)俱進(jìn)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”需要將傳統(tǒng)的理論和技術(shù)以及工具，比如圖像處理軟件Photoshop、MATLAB或Open CV，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)圖像處理知識(shí)，積極在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下深入學(xué)習(xí)，及時(shí)進(jìn)行實(shí)踐和再升華。由此，探討基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)方法顯得尤為重要。“互聯(lián)網(wǎng)+”不會(huì)取代數(shù)字圖像處理的傳統(tǒng)教學(xué)模式，但是會(huì)讓傳統(tǒng)教學(xué)煥發(fā)出新的活力。

三、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的互動(dòng)教學(xué)

1.構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)。針對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的環(huán)境下，“數(shù)字圖像處理”要加強(qiáng)實(shí)踐性的特點(diǎn)和特色，綜合利用教材、多媒體息、圖形化軟件和網(wǎng)絡(luò)論壇等網(wǎng)絡(luò)資源，從課堂、教材、實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等諸多實(shí)踐環(huán)節(jié)?！稊?shù)字圖像處理》課程采用板書授課、多媒體、微課和慕課以及網(wǎng)絡(luò)論壇等“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的教學(xué)手段。對(duì)于數(shù)字圖像處理中較經(jīng)典的理論和算法，以課堂面授和板書推導(dǎo)為主，然后指導(dǎo)學(xué)生在“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)踐和升華，最后教師再在課堂上對(duì)相關(guān)圖像處理的結(jié)果進(jìn)行演示，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)圖像處理的知識(shí)理解。

“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)互動(dòng)的教學(xué)方法是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電腦、手機(jī)、平板電腦等智能終端和傳統(tǒng)課堂教學(xué)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)進(jìn)行有機(jī)交叉。結(jié)合電子類專業(yè)的具體要求，運(yùn)用C語言、MATLAB、LabVIEW等相關(guān)圖像處理軟件工具包和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)，使抽象理論和程序形象化，激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。例如，建立圖像處理的標(biāo)準(zhǔn)圖片測(cè)試用圖庫，建立了一般圖像、醫(yī)學(xué)圖像、水利工程圖像、農(nóng)田信息圖像和農(nóng)作物圖像等作為測(cè)試庫；在多媒體課件方面，提供從國內(nèi)外知名大學(xué)和一些典型網(wǎng)站論壇的數(shù)字圖像處理的電子書和典型程序，供學(xué)生自學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用；在代碼方面，提供了任課教師有關(guān)數(shù)字圖像處理方面的項(xiàng)目源代碼和圖像處理具體的應(yīng)用程序，使學(xué)生自己重新體驗(yàn)圖像處理的應(yīng)用效果，加深對(duì)圖像處理課程的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。

2.利用“互聯(lián)網(wǎng)+”豐富資源。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的多平臺(tái)，把圖像處理課程的大綱及教學(xué)要求、電子教材、授課PPT、發(fā)布習(xí)題以及相關(guān)參考實(shí)驗(yàn)資料都上傳到該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這樣就可以讓學(xué)生不受空間和時(shí)間的限制，學(xué)生們就可方便地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)踐和學(xué)習(xí)，通過網(wǎng)絡(luò)可以與教師以及全國和世界范圍內(nèi)的同學(xué)交流學(xué)習(xí)，學(xué)生不再畏懼老師，可以就自己感興趣的話題、問題等在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行討論。教師也可以很方便地隨時(shí)隨地及時(shí)進(jìn)行回復(fù)和解答，同時(shí)可以讓學(xué)生參與自己的科研項(xiàng)目，讓學(xué)生參與討論關(guān)于圖像處理方面應(yīng)用方面的話題，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐主動(dòng)性。在“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)虛擬的教學(xué)環(huán)境，在課堂上和“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺(tái)上可進(jìn)行圖像處理教學(xué)和實(shí)踐，同時(shí)使學(xué)生和教師都可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了資源共享，互動(dòng)學(xué)習(xí)，為開展多種形式的教學(xué)方法打下基礎(chǔ)。老師把自制的課件、項(xiàng)目程序放到“互聯(lián)網(wǎng)+”上，讓互聯(lián)網(wǎng)成為老師和學(xué)生自主和開心學(xué)習(xí)的“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺(tái)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”的圖像采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的圖像庫包括大量的不同圖像格式，如BMP、TIFF、JPG、GIF等“互聯(lián)網(wǎng)+”格式，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建微項(xiàng)目教學(xué)軟件，使得學(xué)生可在網(wǎng)絡(luò)上學(xué)習(xí)和練習(xí)以及主動(dòng)交流。針對(duì)課堂所講的每一章節(jié)，利用Matlab的GUI建立電腦攝像頭獲取圖像和學(xué)生自己的圖像進(jìn)行處理，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐。此外，每個(gè)章節(jié)給出圖像處理相關(guān)習(xí)題，學(xué)生可以自主完成，從而增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)，學(xué)生也可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上開發(fā)新的教學(xué)軟件，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

3.應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行微項(xiàng)目教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下圖像處理教學(xué)組織的內(nèi)部教學(xué)資源是非線性的，學(xué)生可任意在各個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)+”模塊里瀏覽。學(xué)生自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的知識(shí)，教師不再是知識(shí)的演講者和組織者，要在教學(xué)過程中起到輔導(dǎo)、督促和考核全體學(xué)生的作用。學(xué)生可以根據(jù)自己的需要在構(gòu)建的平臺(tái)上查找自己需要的圖像處理資料，然后在平臺(tái)上進(jìn)行處理與優(yōu)化。老師也可以網(wǎng)上教學(xué)，其擁有一個(gè)適應(yīng)自學(xué)的強(qiáng)有力的軟件支持結(jié)構(gòu)。

本文將圖像處理的內(nèi)容結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用，把和圖像處理相關(guān)的科研項(xiàng)目以“微項(xiàng)目”形式引入課堂教學(xué)中。以“高填方渠道水泥坡面圖像檢測(cè)與處理”項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目是河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目的一部分。我們把項(xiàng)目分成各個(gè)子項(xiàng)目，在課堂上和學(xué)生討論具體流程，然后按照流程分解為高填方渠道水泥坡面圖像檢測(cè)、拼接、處理、裂縫全景圖像展示、圖像高效存儲(chǔ)、裂縫圖像增強(qiáng)、裂縫圖像寬度和長(zhǎng)度測(cè)量等8個(gè)微項(xiàng)目。在授課過程中，如講解圖像濾波和分割的時(shí)候，可以結(jié)合微項(xiàng)目“水表遠(yuǎn)程圖像采集和增強(qiáng)”進(jìn)行講解。通過引入實(shí)際的科研項(xiàng)目，不僅能夠增加數(shù)字圖像處理課程教學(xué)的趣味性，還能夠培養(yǎng)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)問題的能力和實(shí)際解決問題的能力。

4.構(gòu)建良好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。在保持專業(yè)認(rèn)證的核心課程基礎(chǔ)上，在“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)將圖像處理學(xué)科具有代表性的教學(xué)成果對(duì)比其達(dá)成度。其次，在“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)上將一些現(xiàn)代經(jīng)典的科研論文和前沿科技，以補(bǔ)充授課的形式，作為教學(xué)內(nèi)容的新補(bǔ)充，將一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高和難懂的內(nèi)容，如圖像分割和邊緣提取等作為選修內(nèi)容，供有興趣和有能力的學(xué)生學(xué)習(xí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的開展以及使用形成了新的學(xué)習(xí)局面，例如：網(wǎng)上的學(xué)術(shù)討論、資源共享和項(xiàng)目互幫和問題互相解答，同學(xué)們積極參與，樂在其中，從而給學(xué)生創(chuàng)造出良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)出新工科所需要的創(chuàng)新型和綜合型人才。

四、結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)改革和實(shí)踐也應(yīng)不斷吸收新知識(shí)、新技術(shù)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的數(shù)字圖像處理教學(xué)方法為數(shù)字圖像處理課程教學(xué)提供了有效的方法，讓課堂教學(xué)更加生動(dòng)活潑，課后實(shí)踐更加興趣盎然。教學(xué)實(shí)踐表明，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的圖像處理教學(xué)將傳統(tǒng)課本和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行整合優(yōu)化，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)，最大限度地實(shí)現(xiàn)因材施教的原則，是學(xué)生最大限度獲得所需知識(shí)，準(zhǔn)確快速獲得最新技術(shù)和信息的基礎(chǔ)，有效加強(qiáng)了學(xué)生親自動(dòng)手能力和實(shí)際操作水平?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”多平臺(tái)的數(shù)字圖像處理教學(xué)方法加深了學(xué)生對(duì)講課內(nèi)容的理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和鉆研精神，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。

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