數(shù)字圖像處理實驗教學現(xiàn)狀及優(yōu)化方案,數(shù)字圖像處理論文

數(shù)字圖像處理實驗教學現(xiàn)在狀況及優(yōu)化方案,數(shù)字圖像處理論文數(shù)字圖像處理是當代信息技術的一個重要研究領域。數(shù)字圖像處理課程作為信息類專業(yè)的核心專業(yè)課，主要研究圖像數(shù)據(jù)的變換、處理和應用，牽涉內容較多，且應用領域也比擬廣。[1]課程目的不僅要求學生系統(tǒng)把握學科理論，更要求學生能夠通過實驗和實踐環(huán)節(jié)提升動手與創(chuàng)新能力。然而以理論講解為主的傳統(tǒng)教學形式，難以讓學生對抽象知識產(chǎn)生深入的理解，無法實現(xiàn)理論學習和實踐操作有機結合，更達不到對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此結合本校實際情況，對數(shù)字圖像處理課程實驗教學進行了改革和探尋求索，構建了一種多層次、多手段的實驗教學形式，獲得了顯著的效果。1數(shù)字圖像處理實驗教學現(xiàn)在狀況數(shù)字圖像處理是一門牽涉多領域的穿插學科，具有很強的理論性和實踐性。當前很多高校在信息類專業(yè)中，已經(jīng)將其作為必修課程在本科教學中進行設置。授課中多數(shù)學校采取以理論講授為主，實驗教學為輔的教學形式。開設的實驗多為老師根據(jù)教學大綱所指定的幾個較為簡單的內容，且主要以演示性和驗證性為主，學生介入實驗的熱情不高，影響了學生創(chuàng)造力和想象力的發(fā)揮，動手實踐能力提升特別有限。另外，多數(shù)高校6-10學時的實驗學時配置，也很難全面覆蓋重要的理論和實踐內容，實驗的理論轉化和應用功能無法實現(xiàn)。同時在課程考核中，沒有考慮實驗環(huán)節(jié)的權重，也使得老師和學生對實驗教學的重視程度不高。鑒于上述情況，筆者嘗試在實驗教學中，采用增加學時、改良實驗內容、優(yōu)化實驗方式方法和評價手段等策略，激發(fā)學生的學習興趣和介入熱情，提高學生動手能實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。2數(shù)字圖像處理實驗教學改革方案2.1增加實驗學時配置數(shù)字圖像處理課程理論抽象、公式冗雜、牽涉的知識面廣，原有幾個學時的實驗不能涵蓋該學科的主要內容。另外，較少學時的實驗配置方案也難以承載包括知識理解、理論轉化和能力培養(yǎng)等在內的多方面實驗要求。因而，教學中調整和優(yōu)化了實驗學時配置。在我校2020版教學大綱修訂中，已將該課程實驗教學由原來的10學時增至為16學時。配合教改和自編實驗教學資料施行，現(xiàn)已基本實現(xiàn)了課程重要內容的覆蓋。另外，為強化學生綜合知識運用和實踐能力培養(yǎng)，還增加了課程設計環(huán)節(jié)。在課程結束前集中2周時間，完成相關指定的綜合題目或學生自選的實用項目。2.2構建模塊化實驗體系根據(jù)新版實驗教學大綱，重新設計和規(guī)劃了實驗內容。借鑒文獻2和文獻3的教學和實驗思路，結合本校采用的教學資料，將該課程實驗分解成圖像處理基礎、圖像加強、圖像分割與邊緣檢測、圖像幾何變換、圖像頻域處理、數(shù)學形態(tài)學、圖像復原、圖像壓縮與編碼等八個模塊，每個模塊分配2個學時。在各模塊中著重提煉出相關理論的重點和難點內容，使得實驗體系既突出了原理的重點，又兼顧了知識點的全面覆蓋。該課程詳細實驗體系構造如此圖1所示。2.3改良實驗教學手段和方式方法2.3.1構建原理演示平臺鑒于數(shù)字圖像處理課程多數(shù)原理推導經(jīng)過復雜、內容抽象難懂，為激發(fā)學生的學習和介入熱情，構建了基于MATLABGUI的實驗原理演示平臺。該平臺主要根據(jù)八個實驗模塊進行組織，同時增加了原理綜合運用模塊，所有內容通過圖像比照和動畫演示的方式給出，旨在將抽象的原理形象化、詳細化、直觀化，進而加強學生的感性認知。該平臺即可用于老師課上的教學演示，可以用于學生課下的自學。平臺操作突破了原有學習時間和空間的限制，具有很強的靈敏性。2.3.2搭建Simulink仿真平臺Simulink是一種可視化的仿真工具，提供了動態(tài)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。實驗教學初期，在學生不具備編寫和解讀圖像處理程序的條件下，即可借助Simulink建模手段，提供簡潔便利的仿真演示平臺，通過展示處理結果來激發(fā)學生的探知欲望，加強對原理的感性認識。另外，在實驗教學中引入Simulink,一方面能夠使算法的驗證更為簡單，減少學生投入在驗證性實驗中所用的時間，而將大部分精神投入到設計性、綜合性試驗中；另一方面能夠使學生更快速的驗證新思路、新算法，而不會由于代碼調試方面問題影響了創(chuàng)新實驗的開展。[4]2.3.3開發(fā)實驗教學軟件為便于開展實驗教學，設計研發(fā)了一款交互動態(tài)的實驗仿真軟件。該軟件將各實驗模塊及其包含的詳細內容通過分層設計方式進行組織，使實驗體系和脈絡構造愈加清楚明晰。軟件由主界面、基本模塊界面及子模塊界面三部分構成，學生只需點擊按鈕即可進入相關的實驗操作界面。實際操作中，學生只需通過選擇函數(shù)、輸入?yún)?shù)、點擊按鈕、拖拉滑動條等交互方式，即可得到實驗的仿真結果。為了幫助學生提高編程能力，每一實驗界面都配置了程序設計、演示與分析模塊。2.3.4引入多種實驗手段實驗教學重在能力培養(yǎng)，而作為其核心的編程實踐能力的培養(yǎng)和提高必須更要加以重視。為知足不同層次學生的需求，最大限度地調動他們介入的積極性，在實驗教學中打破單一編程語言的限制，積極倡導多種編程實踐形式。針對一般學生，推薦使用MATLAB軟件進行編程實踐。該軟件具有數(shù)字圖像處理工具箱，且語法構造簡單，學生易于理解和把握，因而可成為普通學生的首選。而對于編程能力較強的學生，鼓勵選用VC++語言進行編程實踐。該語言易于在硬件上實現(xiàn)，愈加適用于工程應用。另外，對少部分有科研和開發(fā)需求的學生，也鼓勵其利用OpenCV工具進行編程實踐。采用多種實驗手段策略，到達了殊途同歸的效果。2.4優(yōu)化實驗考核和評價方式方法首先，增補了專題性論文撰寫考察環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中學生可結合前期實驗成果，選擇感興趣的原理進行深切進入研究和討論。主要是通過查閱文獻、規(guī)劃設計、編程實踐，拓展知識的應用轉化，最終撰寫規(guī)范化的專題報告。其次，考核中參加對各類競賽的成果認定，即將相關原理知識在競賽中的應用和轉化成果作為評價參考，獲獎者可免于考核并獲得相應等級的成績。再者，在實驗結業(yè)考核中設立答辯制度。針對詳細實驗內容和細節(jié)，進行一對一式的問答，以此評價學生獨立完成情況和知識及技能的把握水平。2020年-2021年度，在我校12級通信工程專業(yè)數(shù)字圖像處理的實驗教學中，通過采用上述改革措施，學生的實驗出勤率到達了100%,學生的積極性較往屆學生有了顯著的提高。學生實驗考核成績一次性合格率到達了100%,且多數(shù)學生的成績集中分布在80-90之間，也講明了所采用的改革措施合理，能夠被全體學生接受。3結束語在數(shù)字圖像處理實驗教學中，通過上述改革和實踐使學生的學習能力和學習效果得到了明顯的改良。學生不僅能夠積極介入到實踐教學中，而且還能與老師和同學展開有效的討論和合作。對相關抽象理論有了更深切進入的理解，并且知識的轉化意愿較以往學生有了顯著的提高。學生介入老師科研和學科相關競賽熱情大幅提升，解決問題的思路和方式方法得到顯著改良。總之，課程改革不僅提升了學生對本課程知識的學習，也對學生其它方面的綜合能力培養(yǎng)提供了有效的思路和途徑，可為相關工科類教學改革提供有益的借鑒和參考。以下為參考文獻：[1]王曉燕，孫睿。計算機時代數(shù)字圖像處理技術初探[J].信息與電腦，2021〔15〕：142-143.[2]沈曉晶，于慶梅，池濤。數(shù)字圖像處理課程教學體系改革的探尋求索[