基于CDIO模式的《数字图像处理》课程教学实践_贾书香.pdf

办公自动化杂志0 引言随着信息及电子技术的快速发展，数字图像处理技术在航空和卫星遥感、生物医学、工业和军事等各个领域中的应用越来越广泛。数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。通过该课程的学习可为学生进一步学习 计算机视觉 模式识别等课程打下坚实的基础，并具备一定的工程实践能力。因学生理论基础相对薄弱，涉及数学理论学习起来比较吃力。数字图像处理涉及傅里叶变换、小波变换等数学分析工具，这些基础学科的理论基础是应用型本科院校学生的短板，再加上学时有限，多数同学面对公式推导和理论分析时，多数知难而退。另有一些同学在学习的过程中过于专注于图像处理数字理论推导和具体算法的分析，限于自身薄弱的数学功底，陷入深奥的数学漩涡，倍感身心疲惫，打击了学习的兴趣和自信心。在教学过程中，由于知识体系复杂，涉及的内容多、逻辑性强、概念多且抽象，理论性强、实践性更强。使得大部分学生在学习本课程时感觉困难重重，兴趣和主动性不高，对一些图像处理的复杂算法，更是无从下手，教学效果并不乐观。数字图像处理课程具有较强的理论性和工程实践性，学习难度都较大。因此从历年的教学效果及考试情况看，学生对本课程往往心存畏惧，教学效果有待提高。为有效地激发学生的兴趣，增强学生的学习信心，在该课程教学中引入 CDIO 工程教学理念，将工程项目实践，课堂讲授和网络课程自学结合起来，强调学生素质的培养应与行业发展相适应，全面提升学生的工程思维与素养。1 CDIO 模式当代社会需要培养什么样的工科毕业生？工科毕业生应掌握怎样的知识、能力和态度？其水平应达到什么样的程度？这些都是作为应用型本科高校必须面临和解决的问题。现代大学工程教育的目标应使培养的人才具备广泛的个人能力、人际沟通能力以及产品、过程及系统的构建能力，这些能力保证学生在实际的社会和企业背景环境下的团队工作中发挥重要作用。CDIO 工程教育模式提供一种新的教育方法，有助于解决工程教育普遍存在的问题，并可满足学生和社会的需求。CDIO 含义是：构思（Conceive）、设计（Design）、执行（Im-plement）和运转（Operate）。每个工科毕业生都应具备在团队合作的现代工程环境背景中，能构思、设计、执行和运转复杂的具有附加值的工程产品、过程及系统。CDIO 工程教育模式第一次全面描述现代工程师所需的知识、能力及态度的完整内容，为应用型本科高校的工程教育改革提供很好的借鉴。基于 CDIO 模式的 数字图像处理 课程教学实践贾书香（山东华宇工学院信息工程学院德州253034）摘要：根据应用型高校的办学定位和 CDIO 工程教育理念，对 数字图像处理 课程的教学内容和教学方法进行研究。探索以工程项目实践、课程教学和网络课程自学三位一体的教学改革。实践表明该教学方法极大地激发学生主动学习的兴趣,提升工程实践与创新能力，使学生综合的能力与素养得到提高。关键词：教学改革；CDIO 模式；工程项目中图分类号:G642;G423文献标识码:A文章编号:220805-10224Teaching Practice ofDigital Image ProcessingCourse Based on CDIO ModeJIA Shuxiang（School of Information Engineering,Shandong Huayu Institute of TechnologyDezhou253034）Abstract：According to the orientation of application-oriented universities andCDIOengineering education concept,thispaper studies the teaching contents and teaching methods of Digital Image Processingcourse.This paper explores thetrinity teaching reform of engineering project practice,course teaching and network course self-study.It shows that thepractice of this teaching method has stimulated greatly the students interest in active learning,improved their engineeringpractice and innovative ability,and improved their comprehensive ability and accomplishment.Keywords：teaching reform;CDIOmode;engineering project基金项目：山东华宇工学院 2021-2022 学年第二学期课堂教学改革试点课程（2022KG-26）。*2023 年 2 月 1 日Scientific Research Education总第 488 期39办公自动化杂志2 课堂教学改革的实施思路针对 数字图像处理 课程理论知识繁多、实用性强的特点，在教学目标中的素质目标加入课程思政，从教学内容、实验项目、教学方法手段和课程考核方式等四个方面，给出了基于项目驱动的数字图像处理具体改革措施。该门课程教学改革可有效提高学生的学生兴趣和热情，能引导教师在课堂教学中重视理论与实践结合，更好地完成教学任务，提高学生的自主学习能力和对知识的应用能力，让学生真正参与到课堂中，为学生以后的工作打好基础，力争培养出具有创新能力的应用型人才。为有效地激发学生的兴趣，增强学生的学习信心，在课程教学中以学生为主体，引入 CDIO 工程教学理念，将工程项目实践，课堂讲授和网络课程自学结合起来，强调学生素质的培养应与行业发展相适应，全面提升学生工程思维与素养。数字图像处理 课程总学时为 48 学时，其中理论课32 学时，实验课 16 个学时。分别从教学内容、教学方法手段、实验项目、课程思政 4 个方面提出具体的改革措施。2.1 优化教学内容，凝练核心专题结合计算机科学与技术专业的特点以及本专业学生已修的相关课程，对教学内容进行精心优化，适当取舍，把重要、突出的知识点凝练成多个教学专题项目，以专题代替教材或章节，并对每个专题设置相对应的实例开展教学，引导学生逐一掌握图像处理的基础知识，从而完成教学任务。如表 1 所示：表 1 课程内容与学时分配表2.2 改进课堂教学方法，丰富教学手段数字图像处理理论内容繁多、冗长，传统教学过程不可避免会陷入填鸭式教学模式中，而且不注重图像基础知识与实际应用间的联系，导致与实践脱节，学生的动手和创新能力也得不到提高。在教学设计上，通过设计项目任务，让学生带着问题，去完成一个个的任务，从中学习应得的知识和技能，激发学生学习的兴趣与动机。根据专题项目所覆盖的教学内容及相互间的关联性，结合任课教师自己的科研课题和国内、外最新研究成果，以解决专题项目的方式引入相关概念和方法，开展教学。教师在整个过程中起指导作用，采用分组研讨的形式，让学生能真正参与课堂教学中，调动学生的学习兴趣和积极性，激发学生的创新思维。在教学方式上，坚持以“学生为中心”理念，配合多种教学手段，以提高教学效果。课堂教学是课程实施的关键环节，课堂教学质量的高、低决定课程改革的成效。在进行课程内容改革的同时，积极探索与新课程体系相适应的新的教学模式。打破学科型课程主要采用教师的灌输、学生被动接受、理论与实践分离的现象，形成任务实施、学生主动构建、理论与实践一体化的实施方式。在教学方法上，主要采取行动导向法，让学生在“做中学”，变传统的“先理论后实践”为“先实践后理论”。通过感知理论的过程，提高学生学习的兴趣；2.3 提炼符合实际的实验项目，贴合实际需求本课程实验学时共 16 学时，设 4 个实验项目，如表 2所示：表 2 实验项目及内容需求2.4 融入课程思政元素落实立德树人的根本任务，在人才培养过程中将价值塑造、知识传授和能力培养融为一体，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。在课程内容中寻找相关育人元素的“触点”和“融点”，通过典型案例等育人元素的设计运用，以“润物无声”的方式将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给学生。通过实践与研究，在 数字图像处理 课程中开展了“课程思政”实践教学工作，在思政内容与切入点方面进行精心设计，主要将社会主义核心价值观、人文情怀、优秀传统文化、科学精神、学术素养、家国情怀、大国工匠精神等内容引入课程。整个教学过程立足于教学内容，结合生活案例，关注社会热点问题，结合当下现实，引入课程思政元素，将专业教育与思政教育无缝衔接、有机融合。如表 3 所示：3 教学具体实施整个课程的教学活动是通过实现若干个项目工程来整合课程的知识点。这些项目都来源于实际工程应用问题。例如：“齿轮缺陷检测”可应用于生产实践过程中，该项目工程问题涉及若干个数字图像处理知识点：“图像滤波”“图像边缘检测”“图像的代数运算”“数学形态学”等。教师的课程讲授则主要则重图像处理中涉及数学原理讲解与推导，帮助学生克服自学过程中遇到的数学障碍。网络课程自学则是学生利用优质的在线学习资源进行自主学习，提升学习能力和知识探索能力。总第 488 期2023 年 2 月 1 日Scientific Research Education40办公自动化杂志(下转第 14 页)表 3课程思政教学设计对应关系表2023 年 2 月 1 日Scientific Research Education总第 488 期3.1 项目工程实践为配合本课程的教学活动，给学生学习、创新，创业提供平台。并将班级学生组织成若干个专项科研小组，如：“图像分割小组”“运动目标检测小组”“数字图像分析小组”等。同时将教师的科研工作和学生创新创业训练计划融合到兴趣小组的实践活动中。为尽快提高学生的科研能力与自学能力，定期组织专项组内成员开展交流活动，每期一个专题，由学生将自己的专题调研报告向大家作汇报，交流活动后再进行项目的实际开发。实践证明，这种方式对学生的自学能力、科研能力和实践能力有很强的促进作用。3.2 课程讲授采用“需求分析、理论推导与验证、流程设计、编程实现、应用实例、优化总结、前沿展望”的授课主线，采用边讲边示范的方式进行，使理论学习与工程实践在同一时空环境下完成。3.3 网络课程自学为进一步扩展学生知识，调动学生自主学习，自主研究热情。为此，课程组要求学生必须在课后完成与课程相关的自主学习内容与研究性学习内容的搜集、整理和汇报工作，并有效地将工程项目实践融入自主学习中。引导学生通过查阅学习网上指定参考教材及中、外文参考资料，促进学生主动学习，扩充知识面；学生在学习 MATLAB 语言、C 语言和面向对象程序设计 C+等课程后，实现图像处理的应用开发。4 实施效果采用 CDIO 模式的数字图像处理课程具有课程教学与工程实践教学并重特色，充分重视实际应用能力的培养，能用工程项目实践、课程讲授、网络课程自学三位一体的方法，努力使基础理论在实际应用中得到很好的体现和应用。学生普遍反映，学习这门课收获很大，课程的教学无论从理论到具体实践，都十分成功。结合 数字图像处理 课程的特点，在 CDIO 教育模式基础上，探索数字图像处理工程教学方法。教学实践表明，该教学方法提高学生的学习积极性，促进其创新能力的提高。在教师的带领下，大多数学生能按要求预习，完成教师下发任务点，认真学习并做好学习笔记，在课堂积极互动，课后按要求复习巩固，完成课堂讨论，并就不懂的知识和教师进行交流和沟通，利用课堂和课余实践对课程作业进行讨论，对项目进行算法仿真，以确保对所学知识的理解和掌握。如图 1 和图 2 所示：图 1 齿轮缺陷检测效果图图 2 细胞图像处理效果图41办公自动化杂志(上接第 41 页)总