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【摘要】“数字图像处理与分析”是自动化专业研究生的重要课程之一,如何提高该课程的教学质量和效果,需要教师在实践中进行探索并不断对教学方法进行改革。针对此问题,笔者对教学内容的组织、教学过程的控制、教学手段的运用和实践能力的培养,依据实际教学体会提出了初步的看法。
【关键词】图像处理与分析研究生教学方法
【中图分类号】G643.2【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)02-0163-02
【Abstract】Digital imge processing and analysis is one of a important course for graduate students majored in automation. The problem of the improvement of teaching quality and effects needs to be considered by the reform of the teaching method. The organization of teaching contents, the control of teaching process, the management of teaching method and the training of application ability was discussed according to the practice in class.
【Key words】Image process and analysisPost graduate studentsTeaching methods
近年来,数字图像处理技术在数字信号处理技术和计算机技术发展的推动下得到了快速的发展,正逐渐成为自动化专业领域中不可缺少的一项重要工具。数字图像处理的应用领域越来越广,它是进一步掌握“机器视觉”和“智能计算”的基础,而对与之相关的应用系统和理论方法的研究往往又是自动化专业研究生学位论文中的创新点所在。正是由于越来越多的自动化专业研究生的学位课题中涉及到了“数字图像处理与分析”的基本理论和方法。因此,在该专业研究生实践创新能力的培养过程中,“数字图像与分析”占据了日益重要的位置。
由于该课程具有理论性强、知识点抽象的特点,传统的教学方法和模式有时很难达到预期的效果,学生很难对抽象的理论形成具体的印象并付诸于实践,如何解决这一矛盾是教学过程中亟待解决的问题,我们在该课程自动化专业研究生的教学过程中,对教学内容的组织,教学过程、教学手段和实践能力的培养进行了初步的革新和探索。
一、教学内容的组织
该课程知识点总体上可归纳为图像处理基础、图像处理方法、图像分析方法三个方面,对知识点进行逐级分类,引导学生对知识点进行归纳整理并明确分类的原则,将知识点串联为主线,使学生明确学习的目标、重点和难点,这对后续的课堂教学至关重要。以图像处理技术的教学为例,教学内容包括图像的变换、增强、复原和分割,主线是以图像变换为基础,运用各种频域和空域处理方法,对图像中所包含的信息进行再表达,而图像变换作为学习该部分内容的基础,其主线就是通过数学变换将图像数据从空间域变换到空间频率域,从而简化数据的处理过程,而不同的数学变换方法之间既有区别又有联系,如离散余弦变换和傅立叶变换在数学表达上具有相似性,其区别仅在于变换所选取的核函数不同,而核函数的不同使离散余弦变换的数据量远小于傅立叶变换,从而广泛应用于图像压缩算法中,不同层次的知识主线涵盖了不同层次的知识点,学生把握了这一主线,也就明
确了学习的目的,有利于对知识点的掌握,使教学更具针对性。
教学内容的选择应注意理论基础和实际应用相结合的原则,由于数字图像处理和分析课程中涉及到较多的数学知识,若课堂上过多的注重图像处理和分析的理论背景,会使学生对某些繁杂的数学内容产生“疲劳”,忽略知识点本身在实际中的应用背景和目标。但数学工具又是数字图像处理和分析的重要理论基础,因此对该课程中所涉及到的数学内容进行取舍非常关键,避免理论教学中的“大而全”。以图像变换的教学为例,傅立叶变换是基本的数学工具,在教学过程中,由于一维傅立叶变换的数学表达形式简单明确,应对其详细讲解,使学生对其数学形式熟练掌握,并明确信号和频谱的对应关系,理解频谱在图像处理中的作用,在此基础上,演示使用二维傅立叶变换对二维信号的处理过程和结果,最终将学生对该知识点的掌握落实在对二维图像的处理上。在教材的选择上也应注意理论与应用的平衡关系,应选择基础理论简明、实例丰富的教材,有利于教师根据教学要求选择教学内容并方便地组织教学。
二、教学过程
教学过程是激励和响应的过程,教师和学生的关系是激励和响应的关系。激励是否能获得良好的响应,不仅取决于激励的强度和持续时间(教师的授课内容、形式、语速语调、肢体语言以及单位课时等因素),而且与系统状态(学生的学习目的性、学习积极性、学习目标以及教学双方互动等因素)有着十分重要的联系。虽然影响课堂教学效率的因素是多方面的,但学生的学习状态是否积极主动是最为关键的要素。因此,课堂传授知识时要采用多元化方法调动学生学习的积极性。全身心的投入,富有感染力的声音,动静结合的讲授,都能够吸引学生听课的注意力,提高课堂教学的效率。
为了进一步调动学生的主动性和积极性,在课堂教学中除了理论知识的讲授,还应进一步培养学生思考问题的能力,让学生参与到教学过程中,应根据实际应用抽象出具体问题,通过课堂知识点的讲授启发学生解决实际问题的思路,锻炼动手能力,进一步激发学习的兴趣。例如,车牌识别一般包括“图像预处理”、“图像分割”、“目标定位”和“字符识别”等环节,而“图像预处理”则包含了“图像滤波增强”和“图像恢复”等基本内容,通过对大问题的分解,提出小问题,并在课堂教学中针对每个小问题以理论加实例的方式讲授,给学生建立明确和具体的概念,而对概念的理解和实际应用还有一定的距离,还应进一步引导学生利用所掌握的知识点去解决实例中的具体问题,而这些问题的提出应和教学的内容及进程相对应,使学生感到课堂的内容不是知识点的堆砌,而是前后连贯的系统应用,最终形成解决实际问题的初步能力。
三、教学手段
多媒体已经成为目前广泛应用的教学手段,针对该课程的特点,采用多媒体教学可将晦涩的数学原理以图形和动画的形式加以表现,使知识点更加直观,利于将抽象的问题形象化,但课堂上适合采用图形、动画等形式表现的往往是对某知识点的概括和结果的演示,虽可使学生建立直观的概念,获得具体的感受,但其数学背景或推导原则不适合采用多媒体的形式进行罗列,否则会使学生造成“知其然而不知其所以然”的结果,应将传统的板书和多媒体相结合,边板书边讲解,与学生的思维同步,最后采用多媒体课件进行总结归纳并利用图形动画演示结果。在我们的教学过程中,采用上述方法获得了良好的教学效果。
进一步来讲,针对研究生的教学,其效果不能仅停留在学生对知识点的理解和掌握,需将传统的教学方法和多媒体教学进行更加紧密的结合,也就是说,多媒体教学不应仅停留在课件的演示上,应针对某些关键的知识点,在对数学公式的板书讲解过程中,将推理过程翻译成简单的程序模块运行演示,使学生了解理论与实践方法的对应关系。例如,针对离散傅立叶变换性质的讲解,首先利用多媒体课件引出教学内容的概要,进而利用板书对公式进行讲解,并利用MATLAB编写演示程序实现该公式,同时对程序的关键参数进行调试并演示图像变换结果,强化学生对书面文字的理解,最终利用课件对傅立叶变换的多种性质以图表的方式进行总结。在实际教学中,采用这种方式可较大的激发学生的学习兴趣,增加课堂互动,达到了满意的教学效果。
由于多媒体教学信息量大,教师不仅要在课件和演示示例上多下功夫,做到课件简洁、示例和板书逻辑性强,三者紧密结合,更需注意学生在课堂上对激励的反应,使所采用的教学手段有效地调动学生的思维,达到预期的教学效果。
四、教学与实践相结合
实践能力是衡量教学效果的重要标准,研究生的培养方法与本科生明显不同,本科生注重学习基本理论和基本专业知识,主要是通过课堂教育和有限的实践活动获取,研究生应当注重理论和实践的结合,在实践活动中获取知识,增长才干,培养创新能力。因此,在课堂教学的基础上,进一步增加实践环节,有利于对该能力的培养,有利于培养学生对所学知识进行系统综合运用的能力。因此,实践环节的教学目标就是针对教师所提出的对某一具体问题和应用,引导学生将知识串联起来,形成系统的概念,不唯课本,将本学科的科研成果融入教学过程之中,让学生感到现代图像处理技术就在身边,这样有利于培养高质量的人才,这对教学和科研工作都能发挥促进作用。同时,吸收优秀研究生参与制作课件、收集示例和程序的调试,在实践中做到教学相长。
五、结 论
针对“数字图像处理与分析”研究生课程的教学特点,对教学过程中教学内容的组织、教学过程的控制以及教学手段的运用进行了初步探讨,实践证明已经取得了一定的成效,但还存在一些问题,例如,自学能力的培养、独立思考的能力等还需进一步的探索和完善。
参考文献
1 汤乐民、丁 斐.医学研究生“生物图像处理与分析”课堂教学方法初探[J].南通大学学报(教育科学版),2008.24(4):79～81
2 胡学龙、宋 鸣、李志军.“数字图像处理”多媒体双语教学的探索[J].电气电子教学学报,2002.24(5):31～33
3 张俊芳、杨 伟、吴军基.电力系统及其自动化专业硕士研究生课程教学改革与创新能力的培养[J].电气电子教学学报,2002.24(4):12～15
4 赵明辉、赵小川.论课堂教学的生态和谐[J].现代教育科学,2009(3)
【关键词】图像处理与分析研究生教学方法
【中图分类号】G643.2【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)02-0163-02
【Abstract】Digital imge processing and analysis is one of a important course for graduate students majored in automation. The problem of the improvement of teaching quality and effects needs to be considered by the reform of the teaching method. The organization of teaching contents, the control of teaching process, the management of teaching method and the training of application ability was discussed according to the practice in class.
【Key words】Image process and analysisPost graduate studentsTeaching methods
近年来,数字图像处理技术在数字信号处理技术和计算机技术发展的推动下得到了快速的发展,正逐渐成为自动化专业领域中不可缺少的一项重要工具。数字图像处理的应用领域越来越广,它是进一步掌握“机器视觉”和“智能计算”的基础,而对与之相关的应用系统和理论方法的研究往往又是自动化专业研究生学位论文中的创新点所在。正是由于越来越多的自动化专业研究生的学位课题中涉及到了“数字图像处理与分析”的基本理论和方法。因此,在该专业研究生实践创新能力的培养过程中,“数字图像与分析”占据了日益重要的位置。
由于该课程具有理论性强、知识点抽象的特点,传统的教学方法和模式有时很难达到预期的效果,学生很难对抽象的理论形成具体的印象并付诸于实践,如何解决这一矛盾是教学过程中亟待解决的问题,我们在该课程自动化专业研究生的教学过程中,对教学内容的组织,教学过程、教学手段和实践能力的培养进行了初步的革新和探索。
一、教学内容的组织
该课程知识点总体上可归纳为图像处理基础、图像处理方法、图像分析方法三个方面,对知识点进行逐级分类,引导学生对知识点进行归纳整理并明确分类的原则,将知识点串联为主线,使学生明确学习的目标、重点和难点,这对后续的课堂教学至关重要。以图像处理技术的教学为例,教学内容包括图像的变换、增强、复原和分割,主线是以图像变换为基础,运用各种频域和空域处理方法,对图像中所包含的信息进行再表达,而图像变换作为学习该部分内容的基础,其主线就是通过数学变换将图像数据从空间域变换到空间频率域,从而简化数据的处理过程,而不同的数学变换方法之间既有区别又有联系,如离散余弦变换和傅立叶变换在数学表达上具有相似性,其区别仅在于变换所选取的核函数不同,而核函数的不同使离散余弦变换的数据量远小于傅立叶变换,从而广泛应用于图像压缩算法中,不同层次的知识主线涵盖了不同层次的知识点,学生把握了这一主线,也就明
确了学习的目的,有利于对知识点的掌握,使教学更具针对性。
教学内容的选择应注意理论基础和实际应用相结合的原则,由于数字图像处理和分析课程中涉及到较多的数学知识,若课堂上过多的注重图像处理和分析的理论背景,会使学生对某些繁杂的数学内容产生“疲劳”,忽略知识点本身在实际中的应用背景和目标。但数学工具又是数字图像处理和分析的重要理论基础,因此对该课程中所涉及到的数学内容进行取舍非常关键,避免理论教学中的“大而全”。以图像变换的教学为例,傅立叶变换是基本的数学工具,在教学过程中,由于一维傅立叶变换的数学表达形式简单明确,应对其详细讲解,使学生对其数学形式熟练掌握,并明确信号和频谱的对应关系,理解频谱在图像处理中的作用,在此基础上,演示使用二维傅立叶变换对二维信号的处理过程和结果,最终将学生对该知识点的掌握落实在对二维图像的处理上。在教材的选择上也应注意理论与应用的平衡关系,应选择基础理论简明、实例丰富的教材,有利于教师根据教学要求选择教学内容并方便地组织教学。
二、教学过程
教学过程是激励和响应的过程,教师和学生的关系是激励和响应的关系。激励是否能获得良好的响应,不仅取决于激励的强度和持续时间(教师的授课内容、形式、语速语调、肢体语言以及单位课时等因素),而且与系统状态(学生的学习目的性、学习积极性、学习目标以及教学双方互动等因素)有着十分重要的联系。虽然影响课堂教学效率的因素是多方面的,但学生的学习状态是否积极主动是最为关键的要素。因此,课堂传授知识时要采用多元化方法调动学生学习的积极性。全身心的投入,富有感染力的声音,动静结合的讲授,都能够吸引学生听课的注意力,提高课堂教学的效率。
为了进一步调动学生的主动性和积极性,在课堂教学中除了理论知识的讲授,还应进一步培养学生思考问题的能力,让学生参与到教学过程中,应根据实际应用抽象出具体问题,通过课堂知识点的讲授启发学生解决实际问题的思路,锻炼动手能力,进一步激发学习的兴趣。例如,车牌识别一般包括“图像预处理”、“图像分割”、“目标定位”和“字符识别”等环节,而“图像预处理”则包含了“图像滤波增强”和“图像恢复”等基本内容,通过对大问题的分解,提出小问题,并在课堂教学中针对每个小问题以理论加实例的方式讲授,给学生建立明确和具体的概念,而对概念的理解和实际应用还有一定的距离,还应进一步引导学生利用所掌握的知识点去解决实例中的具体问题,而这些问题的提出应和教学的内容及进程相对应,使学生感到课堂的内容不是知识点的堆砌,而是前后连贯的系统应用,最终形成解决实际问题的初步能力。
三、教学手段
多媒体已经成为目前广泛应用的教学手段,针对该课程的特点,采用多媒体教学可将晦涩的数学原理以图形和动画的形式加以表现,使知识点更加直观,利于将抽象的问题形象化,但课堂上适合采用图形、动画等形式表现的往往是对某知识点的概括和结果的演示,虽可使学生建立直观的概念,获得具体的感受,但其数学背景或推导原则不适合采用多媒体的形式进行罗列,否则会使学生造成“知其然而不知其所以然”的结果,应将传统的板书和多媒体相结合,边板书边讲解,与学生的思维同步,最后采用多媒体课件进行总结归纳并利用图形动画演示结果。在我们的教学过程中,采用上述方法获得了良好的教学效果。
进一步来讲,针对研究生的教学,其效果不能仅停留在学生对知识点的理解和掌握,需将传统的教学方法和多媒体教学进行更加紧密的结合,也就是说,多媒体教学不应仅停留在课件的演示上,应针对某些关键的知识点,在对数学公式的板书讲解过程中,将推理过程翻译成简单的程序模块运行演示,使学生了解理论与实践方法的对应关系。例如,针对离散傅立叶变换性质的讲解,首先利用多媒体课件引出教学内容的概要,进而利用板书对公式进行讲解,并利用MATLAB编写演示程序实现该公式,同时对程序的关键参数进行调试并演示图像变换结果,强化学生对书面文字的理解,最终利用课件对傅立叶变换的多种性质以图表的方式进行总结。在实际教学中,采用这种方式可较大的激发学生的学习兴趣,增加课堂互动,达到了满意的教学效果。
由于多媒体教学信息量大,教师不仅要在课件和演示示例上多下功夫,做到课件简洁、示例和板书逻辑性强,三者紧密结合,更需注意学生在课堂上对激励的反应,使所采用的教学手段有效地调动学生的思维,达到预期的教学效果。
四、教学与实践相结合
实践能力是衡量教学效果的重要标准,研究生的培养方法与本科生明显不同,本科生注重学习基本理论和基本专业知识,主要是通过课堂教育和有限的实践活动获取,研究生应当注重理论和实践的结合,在实践活动中获取知识,增长才干,培养创新能力。因此,在课堂教学的基础上,进一步增加实践环节,有利于对该能力的培养,有利于培养学生对所学知识进行系统综合运用的能力。因此,实践环节的教学目标就是针对教师所提出的对某一具体问题和应用,引导学生将知识串联起来,形成系统的概念,不唯课本,将本学科的科研成果融入教学过程之中,让学生感到现代图像处理技术就在身边,这样有利于培养高质量的人才,这对教学和科研工作都能发挥促进作用。同时,吸收优秀研究生参与制作课件、收集示例和程序的调试,在实践中做到教学相长。
五、结 论
针对“数字图像处理与分析”研究生课程的教学特点,对教学过程中教学内容的组织、教学过程的控制以及教学手段的运用进行了初步探讨,实践证明已经取得了一定的成效,但还存在一些问题,例如,自学能力的培养、独立思考的能力等还需进一步的探索和完善。
参考文献
1 汤乐民、丁 斐.医学研究生“生物图像处理与分析”课堂教学方法初探[J].南通大学学报(教育科学版),2008.24(4):79～81
2 胡学龙、宋 鸣、李志军.“数字图像处理”多媒体双语教学的探索[J].电气电子教学学报,2002.24(5):31～33
3 张俊芳、杨 伟、吴军基.电力系统及其自动化专业硕士研究生课程教学改革与创新能力的培养[J].电气电子教学学报,2002.24(4):12～15
4 赵明辉、赵小川.论课堂教学的生态和谐[J].现代教育科学,2009(3)