高等理科教育 2007年第1期(总第71期)“数字图像处理”课程的建设与教学改革Ξ贾永红(武汉大学 遥感信息工程学院,湖北 武汉 430079) 摘 要 精品课程是学校创建世界高水平大学教学质量与教学改革工程的重要组成部分,是起龙头和示范作用的课程。
文章从“数字图像处理”课程教学内容体系、教材、教学方法与手段、实践教学和师资队伍等方面的建设与改革入手,探讨精品课程建设和教学改革的途径。
关键词 数字图像处理 课程建设 教学改革 精品课程中图分类号 G64210 文献标识码 A高校课程建设是一项系统工程,它涉及教师、学生、教材、教学手段、教育理念等多个方面。
“数字图像处理”作为一门综合性学科,在武汉大学是很多专业的重要基础课。
该课程要求学生掌握数字图像处理技术的基本概念、原理、算法及其应用,为从事遥感科学与技术、地理信息系统、测绘工程、电信工程、通讯、印刷等专业奠定基础。
从20世纪80年代初开设该课以来,我们就一直致力于“数字图像处理”课程的建设与改革。
特别是近十年,在学校教学研究基金的资助下,对课程教学内容体系、教材、教学方法与手段、实践教学、师资队伍等方面通过进一步的建设,不断深化教学改革,取得了较明显的成效。
2002～2004年,“数字图像处理”课程获得学校、湖北省、国家精品课程荣誉。
下面就谈谈对该课程建设与改革的点滴体会。
一、课程内容体系建设与课程衔接随着科学技术,尤其是计算机技术日新月异的发展,数字图像处理领域更有效、更实用的新方法和新手段不断产生,需要将最新的成果和前沿性的知识纳入教材,淘汰一些陈旧的、实用性差的教学内容。
针对这种情况,我们以“内容的基础性兼顾方法的先进性”为原则,对课程内容进行了适当的取舍和更新。
以当今数字图像处理领域的重要内容作为本课程的基本教学内容,使教学内容具有科学性、先进性、系统性和适用性。
例如,保留了狭义图像处理中影像灰度直方图的概念、性质及其应用,图像的空间域、频率域增强与复原,广义图像处理中边缘检测、区域分割、灰度共生矩阵分析法和图像的模板匹配等内容;增添了比较新颖而实用的方法和前沿知识,如分形特征提取、多分辨率分析法等内容。
在教学过程中,我们非常注重向学生介绍最新的、前沿性的学科知识。
若受学时的限制,有些新颖的、难以理解的理论如小波分析、马尔科夫随机场和神经网络等,作为选学内容供学生自学。
Ξ收稿日期 2005—01—08资助项目 国家精品课程(项目编号:213-274024);湖北省精品课程(项目编号:J-2003011);武汉大学教学研究项目(项目编号:20033046)和实践教学研究项目(项目编号:2005034)1作者简介 贾永红(1966-)男,湖北仙桃人,教授,主要从事遥感图像处理与分析、遥感应用教学的研究1高等理科教育 “数字图像处理”课程的建设与教学改革教学内容体系建设还要顾及专业、学科课程体系的设置。
我们非常注重课程间的衔接,这包括两个方面:一是恰当处理从已知到未知的过渡,使学生能较好、较快地接受新知识;二是恰当处理内容重复的问题,以提高学生学习的兴趣和效率。
为此,我们要求教师具备“一人多课”能力,即一名教师能讲授多门相关课程,这样在讲授某一内容时,不仅能有针对性地、适时地补充相关教学内容,而且能与前后课程相关内容有机联系起来,有助于巩固、深化已学知识,引导学生联想和思维。
另外,“一人多课”有利于形成“一课多人”的良好格局,有利于保持教学的一致性和连贯性。
例如,讲授计算机图像边缘增强方法时,可回顾以往摄影处理实现边缘增强的方法。
讲授这一内容,不是知识的简单重复,而是承上启下,温故知新。
二、教材建设在教材建设方面,受条件的限制,20世纪80年代初最早开课时我们采用翻译的国外教材进行纯理论教学。
随着计算机技术和图像处理技术的发展,翻译教材内容滞后与图像处理技术快速发展的矛盾更加突出,我们采取不断编写补充教材的措施来克服这一弊病。
但由于补充教材油印质量差、出版难,给学生学习造成了不便。
因此,我们结合专业特点自编了数字图像处理教材,自编教材经过多年试用和更新,能满足专业教学的要求。
在此基础上,2001年9月,公开出版了中国测绘界第一本数字图像处理教材《计算机图像处理与分析》。
该教材一出版,就被武汉大学等多所大学选作本科生教材。
为了进一步精化教材和满足其他领域读者的要求,2003年我们编写的武汉大学“十五”规划教材《数字图像处理》出版了。
出版3年来,选作本科生教材的大学已达50多所,发行量明显提高,产生了显著的社会和经济效益。
除了纸质教材外,针对目前国内尚无比较成熟的数字图像处理CA I课件,我们在已出版教材的基础上,研制了数字图像处理教学课件和电子教案用于教学,并建立了数字图像处理教学网站。
这一教学平台的建立,让教学资源和成果在全国高等院校得到进一步推广应用,最大限度地满足了教师教学、学生自主学习的需要。
其中部分课件荣获2005年湖北省高等学校优秀多媒体课件二等奖。
三、教学方法与教学手段的改革为力戒“教师满堂灌,学生记笔记”的教学模式,使学生抛弃“上课记笔记,考试考笔记,考完扔笔记”的学习习惯,遵循有利于发挥“学生是教育主体”、有利于学生“学会学习”、有利于学生创新能力和素质的培养、有利于实现教学目标和促进学生个性的发展、有利于师生彼此促进共同进步的原则,针对数字图像处理学科的特点,我们在教学方法和教学手段方面采取了以下改革措施:第一,加强基础理论教学,贯彻“少而精”原则。
数字图像处理内容丰富,应用广,我们一方面注重基础理论教学,另一方面注意精选讲授内容,贯彻“少而精”原则,突出重点,使学生在有限的学时内有最大的收获。
例如,讲授方法时突出理论依据及其特点,再以专题形式讲授方法应用,并力求讲授内容新颖,这不仅能激发学生的兴趣,而且在理论素养和方法应用方面都有收获和体会。
第二,应用现代化教学手段教学。
随着计算机、通信技术应用的迅速普及,计算机辅助教学(CA I)对传统教学手段的补充作用和对教学方法改革的促进作用,显得越来越重要了。
数字图像处理是以图像为处理对象,其输出的形式主要以图像和图形为主。
该课程最适宜将课程教学内容制成课件,采用多媒体计算机开展现代化教学。
通过近几年的努力,我们建设的“数字图像处理”课程已研制了课堂教学课件和实习教学课高等理科教育 2007年第1期(总第71期)件,是率先在武汉大学信息学部开展多媒体教学的课程之一。
现代化手段教学的实践表明,采用现代化教学手段能缩短学时,提高教学效果;促进教改,优化教学过程;提高学生的学习热情和创新意识;有利于多方面开发学生智力,提高学生的综合素质等。
此外,我们将“数字图像处理”课程教学资源,如教学大纲、教学日历、授课教案、作业习题、实习指导、实习平台、参考文献目录、课程考试考核办法、授课实况录像等全部上网,建成了网络化辅助教学系统。
近几年,应用该系统对我院的函授本科、全日制本科开展了网络化教学,取得了良好的教学效果。
这样既能实现以教师为中心向以学生为中心的转变,为增强学生的信息意识、综合素质、创新能力和个性发展奠定坚实的基础,又能方便获取同行和学生的反馈信息,促进教学经验交流、教学资源共享、教学成果推广应用。
第三,改革课堂教学方法。
采用现代化教学手段,既要充分发挥其优势,又要重视研究对教学方法改革的促进作用,探求新的教学方法。
无论是传统课堂讲授还是采用现代化手段教学,我们都以启发式教学为主,综合使用“问题教学法”、“形象化教学法”和类比法,引发学生去思考、分析问题,激发他们学习的积极性,提高教学效果。
四、改革和强化实践教学,注重学生能力培养我们在重视理论教学的同时,非常重视实践教学,教学实习已成为本课程不可缺少的重要教学环节。
实践教学建设与改革的重点体现在:(一)改革实习教学的体系和内容为充分体现该课程基础理论、技术方法和应用的三大特征,使理论教学与实践教学并重,我们大力改革实习教学的体系和内容。
将该课程实习教学由仅有的课间实习改革为课间实习与集中实习两部分,并且实现集中实习独立设课。
实习内容从原来仅有的基础性操作、验证性实习项目扩充到18个具有探索性、创新性与应用性的实习项目。
学生在理论学习基础上,经过综合实习与应用的实践过程,开拓了视野,促进了创新思维,提高了实际动手能力和创新能力。
(二)改革实习教学手段“数字图像处理”实习内容包括图像处理软件操作、图像处理算法设计和综合应用等。
以往的实习,指导教师在实习前花较多时间讲解实习目的、实习内容、实习要求和实习步骤等,结果导致学生自己动手实习的时间不够用。
现在指导老师采用实习教学课件教学,学生在课件辅导下,不仅能完成实习,而且能有更多时间探讨算法的优缺点,深入分析实验结果,进一步巩固和消化所学理论知识,从而提高了学生理论联系实际和独立动手的能力。
(三)开展第二课堂活动在实践教学中,我们积极组织学生开展第二课堂活动,引导学生参加学术活动和科学实验。
通过优化课内教学、强化课外实践,学生们都认为通过“数字图像处理”课程的学习,收获颇大。
五、加强师资队伍建设课程建设的关键是教师,教师在以素质教育为目标的课程建设与改革中有着不可替代的重要地位。
提高教师的业务能力和综合素质,是加强和提高大学生素质教育的基本前提;是实施素质教育的关键所在。
为此,我们建立了数字图像处理课程小组,课程小组共有教师8名。
从职称结构看,其中教授、博导5名,副教授1名,研究员和讲师各1名。
另外,配备有博士生和硕士生作为辅导教师。
从年龄层次看,课程小组中60岁以上的教师1人,40～50岁的教师2人,30～(下转第111页)高等理科教育 “晶体光学与矿物岩石学”教学改革与实践矿物岩石的能力不断提高,大学四年里矿物岩石的学习内容始终连续不间断。
六、良好的教学效果作为任课教师,我们仍然认为,用96个学时来完成矿物的基础知识、矿物的鉴定方法、认识常见的造岩矿物和岩石等教学内容,学时确实少了点。
专家建议在条件允许的情况下,把该课程的学时数增加到108学时,强化基础理论教学,利于综合型人才的培养。
但是我们通过以上的教学改革尝试,确实取得了一定的效果,各用人单位普遍反映我们的毕业生具有较强的岩矿基础,在我校继续深造的研究生更是如此。
参考文献:[1]王尚旭,管守锐,刘震,等1地质工程专业的创建与实践[A]1中国石油天然气集团公司人事劳资部1石油普通高等学校面向21世纪教学改革研究与实践[C]1东营:石油大学出版社,199916-81[2]刘孟慧1造岩矿物学[M]1东营:石油大学出版社,199111-21[3]管守锐,赵澄林1岩浆岩与变质岩简明教程[M]1东营:石油大学出版社,199118-571(上接第98页)40岁的教师5人。
这是一支以学科带头人、骨干教师为主,老中青结合的战斗力很强的教师队伍。
