《数字图像处理》实践教学改革与效果分析

李飞鹏 胡云峰 电子科技大学中山学院 528402

《数字图像处理》实践教学改革与效果分析

李飞鹏 胡云峰 电子科技大学中山学院 528402

《数字图像处理》是高校电子信息类专业一门很重要的专业课程，有效的实践教学环节是理解掌握课程内容的关键,为此对该课程在实践教学方面进行了改革, 并对产生的效果给出了详细分析。

一、《数字图像处理》实践教学改革的出发点

《数字图像处理》是高校通信、电子、信息类专业的一门专业核心课程，主要论述数字图像处理的基本理论、方法及其应用。该课程的研究对象是多维视觉信息，涉及的理论和方法即有空间域的，又有变换域的。作为一门典型的交叉性学科, 数字图像处理涉及的基础理论知识和学科领域相当广泛。由于其处理过程和算法复杂，理论性强，讲授和学习起来有一定的难度。传统的教材和教学过程注重经典理论，轻实验实践，容易使学生在学习中产生畏难情绪,这就要求授课教师必须在简明扼要的讲清楚基本概念和处理算法的基础上，有针对性的加强切实有效的实践教学环节，帮助学生理解和掌握课程内容。对于这门课程，学生不可避免地要面对抽象的理论和烦琐的数学公式，采用传统的方法进行教学，学生较难理解概念和算法的物理意义，难以达到理想的教学效果。为了克服这一局限性，除了针对不同专业和不同层次的授课对象对课程内容和侧重点进行合理筛选和布局外;还有必要在教学过程中结合具体案例来强化编程实践，通过大量具体生动的图像处理的例子来加深理解，让学生真正理解课堂获得的信息,消除他们的畏难情绪,激发其学习积极性，切实培养学生的实践能力。

在具体的教学实践中，笔者深刻体会到，除了优化课程内容和教学手段外，传统的教学环节中主要存在以下两个方面的突出问题：一是容易把理论教学与实践教学在时空环境上分离开来，导致学生在基础实践能力——编程能力上的普遍弱化；二是在实践教学中完全按照实验指导书中规定的内容进行，只起到了验证性教学的目的，不能发挥学生的想象力和创造力，也无法更好的激发其学习兴趣。为此，有必要通过实践教学环节的改革克服以上弊端,提高课程教学质量。

二、数字图像处理实践教学改革的具体方法

1. 课程内容的优化

在信息化时代, 高校课程教学的侧重点和教学内容必须发生快速变化才能顺应时代对应用型人才培养的需求。数字图像处理课程也不例外,必须合理调整和配置其教学内容。从教材内容来讲,必须更加重视现代信息科学技术的方法和思维, 更加重视探索性和实践性, 不能只停留在经典理论的讲解和公式推导层面上，让学生过多地面对抽象的理论和烦琐的数学公式，学生很难深入理解概念和算法的物理意义，无法达到理想的教学效果。为了更好地适应复合型应用型人才培养目标,我们对课程内容进行了以下改革:1）结合专业和学生的特点,有重点的选择授课内容,基本原则为淡化经典理论、强化实践与理解。为此压缩陈旧或重复性内容,注重知识结构的完整性, 把课程内容的重点放在对知识理解、实践能力与素质要求的基本训练上。2）在众多的数字图像处理类教材中，我们选择了西安电子科技大学何东健编写的《数字图像处理》,主要考虑到该教材内容较为系统全面，在篇幅和阐述上重点突出，实践性强，有较多的实例来帮助学生理解图像处理的理论和算法。 3）在授课过程中, 结合非常适合教学的简洁高效的MATLAB 科学计算语言，力求对每一个重点内容和知识点,都给出较多的具体编程应用实例和结果，使学生对图像处理的算法和结果有既时、明确而直观的认识，通过加强实践性而完成理论与实践的结合。采用MATLAB 语言的另一个原因在于该语言是以矩阵为基本运算单元，而图像及其变换和处理从数据结构的观点正好是矩阵变换和运算。通过这种方法，可以将基础理论与编程实践有机地结合起来,使学生不仅学到了图像处理的基础理论知识,同时以系统和直观的方式理解了图像处理一般的过程、算法和结果。

总之，通过将基础理论与编程实践相结合的方法，不但能够达到充实和丰富教学内容的目的,还能提高学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,提高教学效率和教学水平。

2.教学手段的优化

随着多媒体教学设备和方法的广泛采用，传统的单一板书式的课堂教学手段已被现代化多媒体教学方式所取代。多媒体技术以其图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现力，大大增强人们对抽象事物与过程的直观感受与理解。我们应用多媒体技术制作了《数字图像处理》多媒体课件，充分利用计算机动态交互、视觉直观、高速处理等一系列特点，来开发教学资源，达到优化教学效果的目的。相比于传统教学方式，多媒体教学手段的采用使教学内容由平面到立体,由静止到运动,由文字到声音图像,极大地增强了课堂教学的直观性和趣味性、实践性和反馈性,调动了学生的学习热情。 数字图像处理这门课程的研究对象本身就是多媒体信息中最核心的图像与视频信息，因此与多媒体教学方式之间存在着天然的联系。换句话说，数字图像处理课程教学中的许多内容非常适合而且也必须通过多媒体手段来加以阐述和表达，在数字图像处理课程教学中充分运用多媒体技术,可以将图像处理技术中涉及的各种概念、算法和步骤用直观逼真、易于操作和易于理解的形式表达出来，使全方位的立体信息空间在教学过程中得到充分运用,并且更加易于通过交互的方式强调和突出学生的主体作用，实现学生与教师之间的双向互动与交流，创造更加良好的教学情境，把教师的“教”的和学生的“学”的有机地结合起来,,形成教与学过程中实践——理论——再实践的良性循环,从而达到提高教学效果和教学质量的目的。

3.实践教学方式的改革

传统的教学方法往往偏重于理论知识的讲解,在实践环节上，无论是内容还是手段都比较单一,进而最终影响到教学效果。在实践教学方面我们重点加强了实践教学方式的改革,通过改革来强化学生对理论、算法和原理的深刻理解和再检验,注重能力培养。以往本课程的传统教学实践表明，理论教学与实践教学在时空环境上的分离，导致学生在基础实践能力——编程能力上的普遍弱化；在实践教学中完全按照实验指导书中规定的内容进行，只起到了验证性教学的目的，不能发挥学生的自主学习和思考能力，也无法更好的激发其学习兴趣。为此，我们通过改革传统的教学模式中存在的与实践环节相关的弊端，强化理论教学与实践教学在时空环境上的同时性与交互性，强化学生在实践教学环节中的自主性，提高其编程实践能力，从而进一步提高教学质量。

具体来讲，一是改变过去把理论教学与实践教学在时空环境上分离，不利于学生实践能力培养的做法，将实践性集中的章节由理论课教室迁移到实验室进行，解决理论教学与实践教学的有机结合问题。二是改变以往完全按照实验指导书中规定的内容进行实践教学的做法，将实践课时中的一部分留给学生做为自主实践课，即让学生自拟题目、自己考虑实验条件、自己进行实验、自己进行实验总结，学生有疑难时教师可以提供适当的帮助和指导。该自主实践部分将作为学生实践成绩的重要组成部分进行评价，解决实践教学中如何提高学生自主学习能力的问题。

通过实践教学方式的改革,不仅解决了理论教学与实践教学的有机结合问题，调动了学生的内在学习动力,使学生的创新意识和实践能力得到了锻炼, 而且培养了学生的科学思维和素养，培养了学生灵活运用知识分析解决问题的能力,使得学生对知识的理解和运用达到更高的层次。

表一 04级，05级编程实践题（满分30分）得分抽样统计（04级平均得分20.2分，05级平均得分22.2分）

表二 04级，05级总成绩（满分100分）得分抽样统计（04级平均得分72分，05级平均得分78分）

三、改革前后教学效果分析

为了对本课程实践教学改革的效果进行客观评价，我们针对教学改革前后的学生考试成绩进行了统计分析，为了保证统计结果的真实可信，所有的统计资料都基于以下两个前提：同样专业同样层次的教学对象（2004级为改革前，2005级为改革后）和同样难度和结构的试卷（概念分析类题目占70%，编程实践类题目占30%）。具体统计结果如表一、二所示。

其中，表一给出了30份随机抽样试卷中针对04级和05级的编程实践类题目（满分为30分）的得分比较，其中04级平均得分为20.2分，05级平均得分为22.2分；表二则给出了40份随机抽样试卷中针对04级和05级的卷面总成绩（满分为100分）的得分比较, 其中04级平均得分为72分，05级平均得分为78分。

从表一可以看出,得益于实践教学环节的改革, 05级在满分为30分的编程实践类题目的平均得分比04级高2分,即提高了7%，反应出编程实践能力的提升。从表二可以看出,得益于实践教学环节的改革, 05级在满分为100分的卷面总成绩中平均得分比04级高6分,这个结果一方面是由于编程实践题目得分的增加，另一方面也反应出编程实践能力的提升反过来也会促进课程整体知识点的理解与掌握。综合上述，实践教学环节的改革达到了预期的目的，取得了比较满意的效果。

四、结束语

以培养具有综合素质的应用型人才为教育教学的目标,转变传统的以经典理论知识传授为主的教学观念,强化实践应用能力和综合素质的培养是大势所趋。 本文介绍了数字图像处理课程实践教学环节的一些改革成果， 并且通过统计分析结果证明了改革的有效性。在教学改革过程中,我们坚持走以教师为主导、学生为主体、能力为目标的素质教育之路,以加强实践教学的方法和效果为出发点，通过结合专业特点合理优化教学内容和教学手段,对传统实践教学环节进行改革,来完成对学生在知识、能力与素质等方面全面要求的基本训练,取得了较好的教学效果。

[1]俎晓芳等《.数字图像处理》多媒体教学探索与实践[J].湖北成人教育学院学报.2006年第5期, 82-83

[2]唐红梅等.数字图像处理课程教学改革与实践[J].河北工业大学成人教育学院学报.2006年第4期，8-10

[3]庞永师等.应用型人才创新能力培养模式探索[J]，高等工程教育研究.2008年第 2 期，145-148

Practice Teaching Innovation on Digital Image Processing And Its Effect Analysis

Li Feipeng, Hu Yunfeng Department of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan Institute , Zhongshan, Guangdong, 528402

Digital Image Processing is a very important course in the electronic and information speciality of universities.Effective practice teaching process is a key to well understand the content of this course.In this paper, the practice teaching innovation on the course is introduced and its effect analysis results are described in detail.

Meteorological conditions；Huangpu River；Yangtze River；Japanese inland sea；navigation notes

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.118

李飞鹏: 博士, 副教授, 主要研究方向为图像与视频信号处理。

数字图像处理;实践教学;教学改革

Digital Image Processing；Practice Teaching；Teaching Innovation