研究生課程多元化教學(xué)改革探析
論文關(guān)鍵詞：研究生 數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別 教學(xué)改革 211工程
論文摘要：針對(duì)碩士研究生在學(xué)習(xí)“數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別”課程中面臨的理論與實(shí)際脫節(jié)、書本知識(shí)陳舊和教學(xué)手段單一等問題，本文從教材選擇、講授內(nèi)容和手段、講授形式和考核方法等方面進(jìn)行了教學(xué)改革的探討，通過在教學(xué)活動(dòng)中不斷實(shí)踐探索，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅學(xué)到了豐富的理論知識(shí)，而且通過開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)找到理論應(yīng)用到實(shí)際之中的關(guān)鍵所在，同時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生放眼于本領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，激發(fā)了大家的研究興趣。本課題已獲得“211工程”三期的資助。
1 緒論
學(xué)生剛從本科階段走入研究生階段，都懷著極大的熱情要投身于科學(xué)研究中，他們需要通過更多更專業(yè)的課程來夯實(shí)自身的理論基礎(chǔ)，以便使他們能夠在科學(xué)研究工作中充分發(fā)揮自身才華，所以研究生階段的文化課程具有更強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性�？煞从^研究生課程現(xiàn)狀，選用的教材往往是五年甚至十年之前出版的，其內(nèi)容已非常陳舊，與信息時(shí)代的要求相差甚遠(yuǎn)；學(xué)生反映學(xué)到的知識(shí)不知如何在實(shí)際科研中應(yīng)用，不了解本領(lǐng)域最新發(fā)展方向，學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥，沒有達(dá)到研究生課程應(yīng)有的效果。針對(duì)這些問題，作者在多年的教學(xué)過程中不斷總結(jié)原因，不斷進(jìn)行教學(xué)改革探索，并在國家“211工程”資助下，開展了研究生“數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別”課程的教學(xué)改革課題研究。
2 教學(xué)改革內(nèi)容
“數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別”課程面對(duì)的授課對(duì)象包括電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、光電、機(jī)械、車輛等各個(gè)專業(yè)的碩士研究生，他們?cè)诟髯缘难芯款I(lǐng)域都將面臨圖像處理及識(shí)別的實(shí)際問題，為了培養(yǎng)學(xué)生掌握該領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，并能迅速地在研究工作中發(fā)揮作用，必須學(xué)習(xí)本課程，并能靈活應(yīng)用到各自的研究工作中。本課程從數(shù)字圖像處理技術(shù)的整體知識(shí)框架出發(fā)，對(duì)圖像進(jìn)行一系列處理技術(shù)的討論，經(jīng)過參數(shù)分析與模式識(shí)別，使數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)融為一體，為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的理論研究和實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
2.1為學(xué)生量身打造教材
目前圖像處理領(lǐng)域發(fā)展非常迅速：3D圖像處理技術(shù)、3G可視化圖像通信技術(shù)、高速公路不停車收費(fèi)技術(shù)等都在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，可研究生教材中涉及的教學(xué)內(nèi)容還停留在上世紀(jì)90年代的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需求。為此，作者所在的課題組三位老師撰寫的國家“十一五”規(guī)劃教材《數(shù)字圖像處理及模式識(shí)別（第二版）》，教材更新了一些經(jīng)典算法，同時(shí)根據(jù)我們課題組近年在圖像處理領(lǐng)域的最新科研成果，將新算法新技術(shù)融合到教材當(dāng)中，使學(xué)生能夠接觸到本領(lǐng)域的前沿技術(shù)。另外作為教材的最后一章，作者將一個(gè)實(shí)際科研項(xiàng)目作為典型實(shí)例編入教材中，向?qū)W生展示了如何把教材中涉及的理論方法應(yīng)用到實(shí)際工程之中。通過學(xué)習(xí)本教材，既可掌握經(jīng)典的圖像處理算法，又接觸到目前比較先進(jìn)的圖像處理算法，同時(shí)又可根據(jù)教材提供的很多應(yīng)用實(shí)例和算法源代碼，促進(jìn)學(xué)生掌握理論知識(shí)與實(shí)際問題的結(jié)合方法，盡快地運(yùn)用學(xué)到的理論知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新性科學(xué)研究。該教材也于2008年獲得北京市高等學(xué)校精品教材稱號(hào)。
另外教材附帶了一套自主開發(fā)的實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包含六個(gè)實(shí)驗(yàn)：圖像的二維傅里葉變換及性質(zhì)、圖像的編碼、圖像的參數(shù)分析、圖像的平滑與銳化、圖像的運(yùn)動(dòng)模糊及去模糊、圖像的匹配識(shí)別。該軟件界面友好，通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)開放，可二次開發(fā)，可以激發(fā)學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上積極動(dòng)腦去完善現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)。
2.2改進(jìn)授課內(nèi)容
根據(jù)研究生的特點(diǎn)，課堂上除了講授基礎(chǔ)的理論知識(shí)以外，主要針對(duì)當(dāng)前比較熱門和先進(jìn)的數(shù)字圖像處理方法，以及學(xué)生們比較感興趣的知識(shí)點(diǎn)，以專題研討的形式進(jìn)行研究和討論。例如針對(duì)預(yù)防犯罪分子進(jìn)行犯罪活動(dòng)方面，可以通過人臉識(shí)別的方法在可視頻監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)人臉特征提取，并用犯罪分子圖庫進(jìn)行比對(duì)。大家對(duì)這個(gè)技術(shù)很感興趣，對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了熱烈的討論，各抒己見，通過這種專題討論，活躍了課堂氣氛，增加了學(xué)生主動(dòng)參與的機(jī)會(huì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造靈感。
同時(shí)教學(xué)中注重設(shè)計(jì)了一些新穎的課題，留給學(xué)生課后思考、調(diào)研，課上教師與學(xué)生進(jìn)行研究和討論，增強(qiáng)教與學(xué)的雙向互動(dòng)和交流，避免被動(dòng)式灌輸知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
結(jié)合實(shí)際科研成果，將一些數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的實(shí)例引入教學(xué)。例如將嵌入式多通道數(shù)字圖像采集處理系統(tǒng)作為例子，講解系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理、圖像處理算法的應(yīng)用及編程實(shí)現(xiàn)過程等等，這樣既避免了抽象知識(shí)的講授，又滿足了學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的軟、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方法的掌握，真正達(dá)到學(xué)以致用。
2.3講授手段綜合應(yīng)用
除了常規(guī)的教學(xué)手段以外，更多地應(yīng)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)來授課，包括展示圖片、播放視頻。恰巧多媒體教學(xué)技術(shù)本身就是多種數(shù)字圖像處理技術(shù)的一個(gè)綜合應(yīng)用，所以利用多媒體教學(xué)技術(shù)來講課就是本門課程涉及的各種技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例。目前教學(xué)主要采用課堂講授，電子課件與板書相結(jié)合，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)相輔助，摒棄灌輸式教學(xué)方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式教育，講授課本知識(shí)的同時(shí)注意拓寬學(xué)生知識(shí)面，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐應(yīng)用能力同步得到提高，取得了較好的教學(xué)效果，幾位教師的學(xué)生評(píng)價(jià)結(jié)果皆為優(yōu)秀。
通過搭建一些算法平臺(tái)，給學(xué)生提供可選擇、有側(cè)重、可設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，彌補(bǔ)本課程沒有專門實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，通過這些平臺(tái)可以開啟學(xué)生的創(chuàng)新研究和實(shí)踐欲望。實(shí)踐環(huán)節(jié)提供自主開發(fā)的圖像采集與跟蹤系統(tǒng)軟硬件實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可自己對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)時(shí)驗(yàn)證，另外提供一些比較新穎的實(shí)驗(yàn)題目供學(xué)生選做，在學(xué)習(xí)同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。同時(shí)將相關(guān)課件、資料等放置到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生訪問下載，并提供Email信箱與學(xué)生答疑和溝通。
2.4講授人員因需而變
除了授課教師外，根據(jù)當(dāng)前研究熱點(diǎn)和學(xué)生感興趣的方向，邀請(qǐng)具有專門科研經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的博士生，以研討的形式進(jìn)行某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的討論，以拓展學(xué)生的知識(shí)面，實(shí)現(xiàn)寬泛的知識(shí)教育，同時(shí)使學(xué)生了解最前沿的學(xué)科方向。
2008年邀請(qǐng)了張健博士做了“H.264轉(zhuǎn)換編碼研究與改進(jìn)”的專題講座；2009年邀請(qǐng)了姜薇博士做了“人臉識(shí)別算法研究”專題講座。通過博士生的講座，大家了解了研究生階段的科研工作，極大帶動(dòng)了學(xué)生的求知欲，課堂討論熱烈，很多同學(xué)與兩位博士課下進(jìn)行了多次交流，為他們?cè)趯W(xué)術(shù)上起到啟迪作用。同時(shí)，大膽地邀請(qǐng)了一名同年級(jí)的碩士生站到講臺(tái)上，就“基于四元數(shù)FFT的水印嵌入算法”進(jìn)行了專題討論，面對(duì)這個(gè)全新的領(lǐng)域，很多同學(xué)被深深震撼了，同時(shí)感到了壓力和差距，觸動(dòng)學(xué)生從主觀意識(shí)上對(duì)本門課產(chǎn)生興趣，掀起理論課程聯(lián)系實(shí)際項(xiàng)目的學(xué)習(xí)熱潮。
2.5教學(xué)思想的討論與轉(zhuǎn)變
研究生教學(xué)的目的不是要學(xué)生只掌握書本的知識(shí)，也不是必須進(jìn)行卷面考核。特別是本門課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，所以本課程通過提供幾個(gè)具有綜合性、設(shè)計(jì)性的命題，結(jié)合我們提供的一些平臺(tái)，讓學(xué)生自己完成方案設(shè)計(jì)、命題的實(shí)現(xiàn)，更鼓勵(lì)同學(xué)自己提出命題來進(jìn)行研究實(shí)現(xiàn)，以期使學(xué)生真正融會(huì)貫通本門課程的思想精髓，更好地解決理論知識(shí)和科研能力的銜接，也真正實(shí)現(xiàn)本門課程的以素質(zhì)為基礎(chǔ)、知識(shí)為手段、實(shí)踐為中介、能力為目標(biāo)的教學(xué)宗旨。
3 教學(xué)改革總結(jié)
由于本課題組教師在“數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別”這門課中一直貫穿著先進(jìn)的教育理念，得到了全校學(xué)生的認(rèn)可，教學(xué)效果良好，2010年聽課人數(shù)達(dá)到了169人，并有不同專業(yè)的多名博士生進(jìn)行了旁聽。
經(jīng)過了幾位教師的努力，本門課的教學(xué)改革已見成效，使“教”與“學(xué)”達(dá)到了有機(jī)的平衡和統(tǒng)一，教師知道學(xué)生想學(xué)什么，學(xué)生知道理論知識(shí)如何應(yīng)用，真正達(dá)到學(xué)以致用，并會(huì)在實(shí)際科研工作中總結(jié)問題，運(yùn)用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題，也達(dá)到了研究生教學(xué)改革的目的。
參考文獻(xiàn)：
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[2]岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（Matlab版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.
[3]沈庭芝，王衛(wèi)江，閆雪梅.數(shù)字圖像處理與模式識(shí)別[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.
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