数字图像处理实验教学现状及优化方案

　　0引言

　　数字图像处理是现代信息技术的一个重要研究领域。数字图像处理课程作为信息类专业的核心专业课，主要研究图像数据的变换、处理和应用，涉及内容较多，且应用领域也比较广。[1]

　　课程目标不仅要求学生系统掌握学科理论，更要求学生能够通过实验和实践环节提升动手与创新能力。然而以理论讲解为主的传统教学模式，难以让学生对抽象知识产生深刻的理解，无法实现理论学习和实践操作有机结合，更达不到对学生创新能力的培养。为此结合本校实际情况，对数字图像处理课程实验教学进行了改革和探索，构建了一种多层次、多手段的实验教学模式，取得了显著的效果。

　　1数字图像处理实验教学现状

　　数字图像处理是一门涉及多领域的交叉学科，具有很强的理论性和实践性。目前许多高校在信息类专业中，已经将其作为必修课程在本科教学中进行设置。授课中多数学校采取以理论讲授为主，实验教学为辅的教学模式。开设的实验多为教师根据教学大纲所指定的几个较为简单的内容，且主要以演示性和验证性为主，学生参与实验的热情不高，影响了学生创造力和想象力的发挥，动手实践能力提升十分有限。另外，多数高校6-10学时的实验学时配置，也很难全面覆盖重要的理论和实践内容，实验的理论转化和应用功能无法实现。同时在课程考核中，没有考虑实验环节的权重，也使得教师和学生对实验教学的重视程度不高。鉴于上述情况，笔者尝试在实验教学中，采用增加学时、改进实验内容、优化实验方法和评价手段等策略，激发学生的学习兴趣和参与热情，提高学生动手能实践能力和创新意识的培养。

　　2数字图像处理实验教学改革方案

　　2.1增加实验学时配置

　　数字图像处理课程理论抽象、公式繁杂、涉及的知识面广，原有几个学时的实验不能涵盖该学科的主要内容。

　　另外，较少学时的实验配置方案也难以承载包括知识理解、理论转化和能力培养等在内的多方面实验要求。因此，教学中调整和优化了实验学时配置。在我校2014版教学大纲修订中，已将该课程实验教学由原来的10学时增至为16学时。配合教改和自编实验教材实施，现已基本实现了课程重要内容的覆盖。另外，为强化学生综合知识运用和实践能力培养，还增加了课程设计环节。在课程结束前集中2周时间，完成相关指定的综合题目或学生自选的实用项目。

　　2.2构建模块化实验体系

　　按照新版实验教学大纲，重新设计和规划了实验内容。借鉴文献2和文献3的教学和实验思路，结合本校采用的教材，将该课程实验分解成图像处理基础、图像增强、图像分割与边缘检测、图像几何变换、图像频域处理、数学形态学、图像复原、图像压缩与编码等八个模块，每个模块分配2个学时。在各模块中着重提炼出相关理论的重点和难点内容，使得实验体系既突出了原理的重点，又兼顾了知识点的全面覆盖。该课程具体实验体系结构如图1所示。

　　2.3改进实验教学手段和方法
　　
　　2.3.1构建原理演示平台

　　鉴于数字图像处理课程多数原理推导过程复杂、内容抽象难懂，为激发学生的学习和参与热情，构建了基于MATLABGUI的实验原理演示平台。该平台主要按照八个实验模块进行组织，同时增加了原理综合运用模块，所有内容通过图像对比和动画演示的方式给出，旨在将抽象的原理形象化、具体化、直观化，进而增强学生的感性认知。

　　该平台即可用于教师课上的教学演示，也可用于学生课下的自学。平台操作突破了原有学习时间和空间的限制，具有很强的灵活性。

　　2.3.2搭建Simulink仿真平台

　　Simulink是一种可视化的仿真工具，提供了动态建模、仿真和综合分析的集成环境。实验教学初期，在学生不具备编写和解读图像处理程序的条件下，即可借助Simulink建模手段，提供简洁便利的仿真演示平台，通过展示处理结果来激发学生的探知欲望，增强对原理的感性认识。另外，在实验教学中引入Simulink,一方面可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面问题影响了创新实验的开展。[4]

　　2.3.3开发实验教学软件

　　为便于开展实验教学，设计研发了一款交互动态的实验仿真软件。该软件将各实验模块及其包含的具体内容通过分层设计方式进行组织，使实验体系和脉络结构更加清晰。软件由主界面、基本模块界面及子模块界面三部分构成，学生只需点击按钮即可进入相关的实验操作界面。实际操作中，学生只需通过选择函数、输入参数、点击按钮、拖拉滑动条等交互方式，即可得到实验的仿真结果。为了帮助学生提高编程能力，每一实验界面都配置了程序设计、演示与分析模块。

　　2.3.4引入多种实验手段

　　实验教学重在能力培养，而作为其核心的编程实践能力的培养和提高必须更要加以重视。为满足不同层次学生的需求，最大限度地调动他们参与的积极性，在实验教学中打破单一编程语言的限制，积极倡导多种编程实践模式。针对一般学生，推荐使用MATLAB软件进行编程实践。该软件具有数字图像处理工具箱，且语法结构简单，学生易于理解和掌握，因此可成为普通学生的首选。而对于编程能力较强的学生，鼓励选用VC++语言进行编程实践。该语言易于在硬件上实现，更加适用于工程应用。另外，对少部分有科研和开发需求的学生，也鼓励其利用OpenCV工具进行编程实践。

　　采用多种实验手段策略，达到了殊途同归的效果。

　　2.4优化实验考核和评价方法

　　首先，增补了专题性论文撰写考查环节。在该环节中学生可结合前期实验成果，选择感兴趣的原理进行深入研究和探讨。主要是通过查阅文献、规划设计、编程实践，拓展知识的应用转化，最终撰写规范化的专题报告。其次，考核中加入对各类竞赛的成果认定，即将相关原理知识在竞赛中的应用和转化成果作为评价参考，获奖者可免于考核并获得相应等级的成绩。再者，在实验结业考核中设立答辩制度。针对具体实验内容和细节，进行一对一式的问答，以此评价学生独立完成情况和知识及技能的掌握水平。

　　2014年-2015年度，在我校12级通信工程专业数字图像处理的实验教学中，通过采用上述改革措施，学生的实验出勤率达到了100%,学生的积极性较往届学生有了显著的提高。学生实验考核成绩一次性合格率到达了100%,且多数学生的成绩集中分布在80-90之间，也说明了所采用的改革措施合理，能够被全体学生接受。

　　3结语

　　在数字图像处理实验教学中，通过上述改革和实践使学生的学习能力和学习效果得到了明显的改进。学生不仅能够积极参与到实践教学中，而且还能与教师和同学展开有效的讨论和合作。对相关抽象理论有了更深入的理解，并且知识的转化意愿较以往学生有了显著的提高。学生参与教师科研和学科相关竞赛热情大幅提升，解决问题的思路和方法得到显著改进。总之，课程改革不仅提升了学生对本课程知识的学习，也对学生其它方面的综合能力培养提供了有效的思路和途径，可为相关工科类教学改革提供有益的借鉴和参考。

　　参考文献：
　　[1]王晓燕，孙睿。计算机时代数字图像处理技术初探[J].信息与电脑，2015（15）：142-143.
　　[2]沈晓晶，于庆梅，池涛。数字图像处理课程教学体系改革的探索[J].成都工业学院学报，2015,18（2）：97-99.
　　[3]王汉平，于海生，王英，等。数字图像处理实验体系模块化的研究[J].实验室研究与探索，2008,27（12）：31-33.
　　[4]黄瑶。提高电子信息类专业实验教学质量的方法研究[J].价值工程，2011,（1）：297-298.