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[摘 要]工科专业课教学是所有大学工科专业学习阶段最为重要的课程。但是由于专业课程内容多、难度大，在有限的教学时间内往往很难将全部内容讲透，因此传统的教学模式只能以理论介绍为主，忽视理论的实现步骤，造成学生在学习时普遍感到过于抽象，很难看到理论的实际应用效果。本文以数字图像处理课程教学作为项目驱动教学模式的实践起点，探索工科专业课程中的项目驱动模式应用的方式、方法及分层次考核，推进专业课的教学改革，提高教学质量。
[关键词]项目驱动模式，工科专业课程，数字图像处理
中图分类号：G424.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0232-02
“数字图像处理”是电子信息类专业重要的专业课。随着信息及电子技术的快速发展，数字图像处理技术在各个领域中的应用越来越广泛。各学校电子信息类专业适时地开设了“数字图像处理”课程。然而，由于“数字图像处理”课程起点高、难度大，理论性和实践性结合很强，因此从历年的教学效果及考试情况来看，学生对本课程往往心存畏惧，教学效果有待提高。为了激发学生的兴趣，增强学生的信心，我们在该课程教学中引入项目驱动教学模式，使学生既能了解基本原理，又能从项目中找到基本理论的落脚点，可以做到真正的理论与实践一体化，达到理想的教学效果。
1.“数字图像处理”教学现状
通过“数字图像处理”课程的教学，要求学生掌握有关图像处理的基本理论和算法，并能够利用计算机编程实现诸如图像增强、图像复原、图像分割、图像变换、形态学图像处理等常规的处理技术，为进一步学习“计算机视觉”、“模式识别”等课程及走向工作岗位后的学以致用打下基础。
在当前的教学中，R.C.Gonzalez教授编著的《Digital Image Processing》，是国际知名的经典教材，被国内多所高校选用，但该书内容较多，难度也偏大，在有限的教学时间内往往很难将全部内容讲透，因此传统的教学模式只能以理论介绍为主，忽视理论的实现步骤，造成学生在学习时普遍感到过于抽象，很难看到理论的实际应用效果。而且教师在课堂上讲授知识点时，由于和实践脱节，致使学生在一些繁杂的数学推导面前望而却步，从而逐渐丧失学习兴趣。这种现状和我们所提倡的自主学习和研究型学习，有相当的距离。探索一种适合“数字图像处理”教学的新颖教学模式，引导学生通过课堂听讲、课后读书、思考、讨论、实验（ 包括专题实验和综合性实验） 等掌握教学内容，以进一步提高教学质量就显得尤为迫切。因此，在教改过程中我们想到以真实项目为主线来驱动整个教学过程，通过分析和解决实际问题的训练，培养学生学习本课程的积极主动性，从而做到抽象理论与实际应用的融会贯通。
2.“数字图像处理”项目驱动教学的实施
项目驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的，有别于传统教学的新型教学方法。它强调学生的学习活动必须与任务或问题相结合，以探索问题的解决方法来驱动和维持学习者的兴趣和动机。其主要特点是：以项目为主线、教师为主导、学生为主体、注重实践。由于“数字图像处理”是一门实践性很强的课程，因此我们提出将项目驱动教学法运用到教学过程中，按照数字图像处理思想把教学知识点以具体项目的形式组织并贯穿于整个教学，使学生明白所学知识“可以做什么”、“应该做什么”和“如何做什么”，从而化抽象为具体，尽快地以形象、直观的方式突破理论上的难点。下面我们从课程项目设计、教学内容遴选、课堂教学的组织实施及实验手册编写等方面阐述“数字图像处理”课程的项目驱动教学方案。
*课程项目设计
我们采用的项目驱动教学实践过程如图1所示。
可以看出，项目的设计是整个教学的前提，项目的好坏直接影响到教学的开展。根据“数字图像处理”课程的知识层次和内容体系，同时结合我们所承担的科研项目，设计了二个主项目“医学图像综合增强”， “汽车车牌的自动识别”来组织教学内容，如图2图3所示。
从图2可知，“数字图像处理”的入门所需的图像增强大部分教学内容都可通过 “医学图像综合增强”这一具体项目组织在一起。以“实施项目”的方式引入有关概念和主题，展开教学内容，可将学生的“被动学习”转换为“兴趣驱动”，从而提高教学效果。项目问题驱动，学生要想做完整项目所有步骤，就要去想去学习相关的原理方法，从一个抽象的文字算法教学，变成了一个问题解决，思考，学习，实现的过程，能很快的知其然（理解算法原理），知其所以然（明白为什么用该算法），马上动手编程实现该算法，运用的具体图像对象处理中去，看到实现结构。由抽象的认知变成一个具体细化的理解实现看结果的逐步深入学习的流畅过程，大大调动学生的学习积极性与主动性，教学效果大大提高。通过“医学图像综合增强”的项目任务驱动实施，基本能使学生对数字图像处理基本应用有个很好的入门学习阶段。
通过“汽车车牌的自动识别”的项目任务驱动实施，基本能使学生对数字图像系统组成的各个部分，图像采集，图像预处理，图像特征提取，图像识别各个重要组成部分的原理方法和输出结果有个直观的从原理到输出的学习，理解，实现和反馈的过程，对将来的工程实践过程打下扎实的基础。
另外，根据我校电子信息类专业的特点及教学实验条件，我们还设计了 “基于颜色特征的人脸检测”、“数字圖像通信”等项目，从而融入了彩色图像处理、图像压缩等教学知识点。
* 教学内容遴选
在教学实践中，我们选用了R.C.Gonzalez 教授的教材《Digital Image Processing》。由于此教材篇幅较长，内容的纵深也比较大，而且语言难度较高、生词数量过多，造成学生阅读困难，因此在授课时我们结合项目实施的需要，采取了有所取舍的策略。我们在参照先进的原版教材的基础上，有选择性讲授教学内容，并注意教材内容的深度和广度，使我们讲授的内容力求覆盖学生所必须掌握的全部基础知识，每章内容都重点讲授主要的知识点，并选编一些专业内容进行补充，以突出我们专业的特色。通过教学内容的精心遴选，使得在具体项目的牵引下，教师在课堂上提纲式地讲授，学生课后通过读书、思考、讨论、实验（包括专题实验和綜合性实验）等来巩固，使学生通过这门课程的学习能完成特定的项目，体会自主学习带来的好处。 *课堂教学的组织实施及实验手册编写
在教学方法上，我们引入了大量的应用实例及最新的科研成果，特别是结合项目驱动教学模式，在授课时重点阐述医学磁共振成像、X 射线成像、医学图像处理、图像通信、车牌识别等实例，提高了学生上课的兴趣，活跃了课堂气氛，从而在项目驱动教学模式指导下，探索启发式教学方法，通过对具体项目的讲解，给学生身临其境的感觉，将深奥的理论形象化，使学生易于接受。同時加强师生在课堂教学中的双向互动，营造学生积极参与课堂教学的氛围，激发学生的学习兴趣和热情。实验是“数字图像处理”的一个重要环节，为了进一步提高学生的动手实践能力，我们结合项目驱动教学的要求，编写了专用的实验指导书。指导书以课堂讲授的项目为蓝本，将每个项目按教学大纲知识点的要求，划分成若干子任务，按不同的任务模块设计学习型和综合设计型两种类型的实验，其中学习型项目规模较小，可以在实验室当堂完成，综合设计型规模较大，学生可在老师的指导下完成从项目的需求分析、系统设计到编码实现、测试部署的全过程，达到使学生在完成任务的过程中理解学科知识、融会贯通、掌握综合技能的目的。
3.“数字图像处理”项目驱动教学的项目总结
在传统的教育模式下，有些学生在完成一门课程的学习后，却不知道这门课学了有什么用，为什么学及在今后的工作中能用到哪些知识，在开展项目驱动模式教学后，学生接触就是具体项目，在做项目时要用那些知识点，怎么用，如何综合利用，如何实现效果，这些都是项目完成必須解决的问题，在完成项目的过程中，问题解决了，学生的知识学会了，知道用在哪，综合实践能力得到大大提高，教学效果提高。
项目驱动教学模式在杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院选定范围（两届学生）内实施具体改革，这两届学生的数字图像处理课程采用项目驱动教学，实现以项目覆盖知识面，以项目体系架构教学布局的新思路，采用项目牵引的启发式教学方式来组织教学内容，作为工科专业课程的教学方式方法的应用案例，符合目前工科专业课程教学的基本教学原则及发展方向。实践表明，这一教学改革尝试是可行的，有效的，有利于激发学生学习的原动力，提高学生的主动学习型及动手能力，从而锻炼学生的创新能力，大大提高教学水平。
参考文献
[1] Gonzalez R C， Woods R E. Digital Image Processing[M]. Publishing House of Electronics Industry， 2010.
[2] 何剑民，郭红艳.“案例项目驱动教学法”在计算机教学中的应用[J].福建电脑，2010，26（1）：188-189.
[3] 马玲玲.项目驱动教学法培养学生自主学习能力研究[J].山西广播电视大学学报，2010，15（2）：54-55.
[4] 赵正平，陈静.项目驱动教学法浅析[J].中国教育技术装备，2012（27）：114-115.
基金项目
杭州电子科技大学2015年高等教育研究资助项目。
[关键词]项目驱动模式，工科专业课程，数字图像处理
中图分类号：G424.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0232-02
“数字图像处理”是电子信息类专业重要的专业课。随着信息及电子技术的快速发展，数字图像处理技术在各个领域中的应用越来越广泛。各学校电子信息类专业适时地开设了“数字图像处理”课程。然而，由于“数字图像处理”课程起点高、难度大，理论性和实践性结合很强，因此从历年的教学效果及考试情况来看，学生对本课程往往心存畏惧，教学效果有待提高。为了激发学生的兴趣，增强学生的信心，我们在该课程教学中引入项目驱动教学模式，使学生既能了解基本原理，又能从项目中找到基本理论的落脚点，可以做到真正的理论与实践一体化，达到理想的教学效果。
1.“数字图像处理”教学现状
通过“数字图像处理”课程的教学，要求学生掌握有关图像处理的基本理论和算法，并能够利用计算机编程实现诸如图像增强、图像复原、图像分割、图像变换、形态学图像处理等常规的处理技术，为进一步学习“计算机视觉”、“模式识别”等课程及走向工作岗位后的学以致用打下基础。
在当前的教学中，R.C.Gonzalez教授编著的《Digital Image Processing》，是国际知名的经典教材，被国内多所高校选用，但该书内容较多，难度也偏大，在有限的教学时间内往往很难将全部内容讲透，因此传统的教学模式只能以理论介绍为主，忽视理论的实现步骤，造成学生在学习时普遍感到过于抽象，很难看到理论的实际应用效果。而且教师在课堂上讲授知识点时，由于和实践脱节，致使学生在一些繁杂的数学推导面前望而却步，从而逐渐丧失学习兴趣。这种现状和我们所提倡的自主学习和研究型学习，有相当的距离。探索一种适合“数字图像处理”教学的新颖教学模式，引导学生通过课堂听讲、课后读书、思考、讨论、实验（ 包括专题实验和综合性实验） 等掌握教学内容，以进一步提高教学质量就显得尤为迫切。因此，在教改过程中我们想到以真实项目为主线来驱动整个教学过程，通过分析和解决实际问题的训练，培养学生学习本课程的积极主动性，从而做到抽象理论与实际应用的融会贯通。
2.“数字图像处理”项目驱动教学的实施
项目驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的，有别于传统教学的新型教学方法。它强调学生的学习活动必须与任务或问题相结合，以探索问题的解决方法来驱动和维持学习者的兴趣和动机。其主要特点是：以项目为主线、教师为主导、学生为主体、注重实践。由于“数字图像处理”是一门实践性很强的课程，因此我们提出将项目驱动教学法运用到教学过程中，按照数字图像处理思想把教学知识点以具体项目的形式组织并贯穿于整个教学，使学生明白所学知识“可以做什么”、“应该做什么”和“如何做什么”，从而化抽象为具体，尽快地以形象、直观的方式突破理论上的难点。下面我们从课程项目设计、教学内容遴选、课堂教学的组织实施及实验手册编写等方面阐述“数字图像处理”课程的项目驱动教学方案。
*课程项目设计
我们采用的项目驱动教学实践过程如图1所示。
可以看出，项目的设计是整个教学的前提，项目的好坏直接影响到教学的开展。根据“数字图像处理”课程的知识层次和内容体系，同时结合我们所承担的科研项目，设计了二个主项目“医学图像综合增强”， “汽车车牌的自动识别”来组织教学内容，如图2图3所示。
从图2可知，“数字图像处理”的入门所需的图像增强大部分教学内容都可通过 “医学图像综合增强”这一具体项目组织在一起。以“实施项目”的方式引入有关概念和主题，展开教学内容，可将学生的“被动学习”转换为“兴趣驱动”，从而提高教学效果。项目问题驱动，学生要想做完整项目所有步骤，就要去想去学习相关的原理方法，从一个抽象的文字算法教学，变成了一个问题解决，思考，学习，实现的过程，能很快的知其然（理解算法原理），知其所以然（明白为什么用该算法），马上动手编程实现该算法，运用的具体图像对象处理中去，看到实现结构。由抽象的认知变成一个具体细化的理解实现看结果的逐步深入学习的流畅过程，大大调动学生的学习积极性与主动性，教学效果大大提高。通过“医学图像综合增强”的项目任务驱动实施，基本能使学生对数字图像处理基本应用有个很好的入门学习阶段。
通过“汽车车牌的自动识别”的项目任务驱动实施，基本能使学生对数字图像系统组成的各个部分，图像采集，图像预处理，图像特征提取，图像识别各个重要组成部分的原理方法和输出结果有个直观的从原理到输出的学习，理解，实现和反馈的过程，对将来的工程实践过程打下扎实的基础。
另外，根据我校电子信息类专业的特点及教学实验条件，我们还设计了 “基于颜色特征的人脸检测”、“数字圖像通信”等项目，从而融入了彩色图像处理、图像压缩等教学知识点。
* 教学内容遴选
在教学实践中，我们选用了R.C.Gonzalez 教授的教材《Digital Image Processing》。由于此教材篇幅较长，内容的纵深也比较大，而且语言难度较高、生词数量过多，造成学生阅读困难，因此在授课时我们结合项目实施的需要，采取了有所取舍的策略。我们在参照先进的原版教材的基础上，有选择性讲授教学内容，并注意教材内容的深度和广度，使我们讲授的内容力求覆盖学生所必须掌握的全部基础知识，每章内容都重点讲授主要的知识点，并选编一些专业内容进行补充，以突出我们专业的特色。通过教学内容的精心遴选，使得在具体项目的牵引下，教师在课堂上提纲式地讲授，学生课后通过读书、思考、讨论、实验（包括专题实验和綜合性实验）等来巩固，使学生通过这门课程的学习能完成特定的项目，体会自主学习带来的好处。 *课堂教学的组织实施及实验手册编写
在教学方法上，我们引入了大量的应用实例及最新的科研成果，特别是结合项目驱动教学模式，在授课时重点阐述医学磁共振成像、X 射线成像、医学图像处理、图像通信、车牌识别等实例，提高了学生上课的兴趣，活跃了课堂气氛，从而在项目驱动教学模式指导下，探索启发式教学方法，通过对具体项目的讲解，给学生身临其境的感觉，将深奥的理论形象化，使学生易于接受。同時加强师生在课堂教学中的双向互动，营造学生积极参与课堂教学的氛围，激发学生的学习兴趣和热情。实验是“数字图像处理”的一个重要环节，为了进一步提高学生的动手实践能力，我们结合项目驱动教学的要求，编写了专用的实验指导书。指导书以课堂讲授的项目为蓝本，将每个项目按教学大纲知识点的要求，划分成若干子任务，按不同的任务模块设计学习型和综合设计型两种类型的实验，其中学习型项目规模较小，可以在实验室当堂完成，综合设计型规模较大，学生可在老师的指导下完成从项目的需求分析、系统设计到编码实现、测试部署的全过程，达到使学生在完成任务的过程中理解学科知识、融会贯通、掌握综合技能的目的。
3.“数字图像处理”项目驱动教学的项目总结
在传统的教育模式下，有些学生在完成一门课程的学习后，却不知道这门课学了有什么用，为什么学及在今后的工作中能用到哪些知识，在开展项目驱动模式教学后，学生接触就是具体项目，在做项目时要用那些知识点，怎么用，如何综合利用，如何实现效果，这些都是项目完成必須解决的问题，在完成项目的过程中，问题解决了，学生的知识学会了，知道用在哪，综合实践能力得到大大提高，教学效果提高。
项目驱动教学模式在杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院选定范围（两届学生）内实施具体改革，这两届学生的数字图像处理课程采用项目驱动教学，实现以项目覆盖知识面，以项目体系架构教学布局的新思路，采用项目牵引的启发式教学方式来组织教学内容，作为工科专业课程的教学方式方法的应用案例，符合目前工科专业课程教学的基本教学原则及发展方向。实践表明，这一教学改革尝试是可行的，有效的，有利于激发学生学习的原动力，提高学生的主动学习型及动手能力，从而锻炼学生的创新能力，大大提高教学水平。
参考文献
[1] Gonzalez R C， Woods R E. Digital Image Processing[M]. Publishing House of Electronics Industry， 2010.
[2] 何剑民，郭红艳.“案例项目驱动教学法”在计算机教学中的应用[J].福建电脑，2010，26（1）：188-189.
[3] 马玲玲.项目驱动教学法培养学生自主学习能力研究[J].山西广播电视大学学报，2010，15（2）：54-55.
[4] 赵正平，陈静.项目驱动教学法浅析[J].中国教育技术装备，2012（27）：114-115.
基金项目
杭州电子科技大学2015年高等教育研究资助项目。