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数字图像处理课程的CDIO教学改革

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  摘要:本文阐述了CDIO工程教育模式在数字图像处理本科教学过程中的实施内容与教学效果。对数字图像处理面临的问题进行分析;根据CDIO工程教育模式,对数字图像处理课程教学提出改革方案;最后对教学改革的效果进行了分析和评估。结果显示,课程改革提高了教学质量,并取得了良好的教学效果。
  关键词:数字图像处理;CDIO工程教育;教学改革
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)33-0113-02
  数字图像處理课程系统地教授数字图像处理的基本理论和方法。通过本课程教学,不仅使学生在数字图像处理的理论和方法方面掌握正确的概念,同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力,进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。
  CDIO工程教育是指将构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)进行有机结合,是国际工程教育界的最新研究成果。CDIO工程教育是以工业界中的从产品研发到产品运作为周期的模式理念,使学生从传统的被动接受的模式,到主动性的、实践性强的方式来学习工程。CDIO探索了特定工科专业课程的CDIO教学模式,避免了专业课教学中的所谓孤岛效应,实现了数字图像处理课程以工程为背景,在做中学、在学中做的教学模式改革。
  数字图像处理课程具有如下特点:课程体系的学科交叉性强;课程的实践性、推理性强;内容更新速度快。基于CDIO模式的数字图像处理课程教学改革可以提高学生的学习兴趣、学习主动性和动手实践能力。该课程的改革将使学生能够真正掌握数字图像处理技术,从而适应电子信息工程专业的发展需要。
  一、数字图像处理本科课程教学中存在的问题
  数字图像处理技术一直是全球研究和应用的热点,相关人才始终存在短缺的问题。为了使所培养的电子信息工程高层次复合型人才能够掌握数字图像处理技术,南京航空航天大学电子信息工程学院面向本科生开设了32学时的数字图像处理课程以及20学时的数字图像处理实验课程。但在教学过程中存在着教学内容陈旧、课堂教学方式单一、教学实践过程欠缺、课程考核方式不够合理等问题。
  首先,教学内容陈旧。数字图像处理是一门应用型专业选修课,其教学内容需要紧跟数字图像处理技术的发展,及时更新,课程中需要介绍最新的研究成果,与时俱进,不能一份课件使用好几年不更新,任课教师需要每年将新出现的技术适当地加入教学内容。但任课教师往往对数字图像处理的基本概念、图像增强关键技术等基础知识非常强调,却很少涉及数字图像处理技术的前沿问题,使得学生所学到的数字图像处理理论和技术较为陈旧,与时代脱节。
  其次,教学方式单一,学生参与度低。目前数字图像处理本科生课程教学仍然以教师讲授为主,教学方式非常单一。学生是学习的主体,在课堂上始终被动地接受知识,而不参与到教学过程中,会大大降低学生学习的兴趣和主动性,从而影响了教学效果。教师也越来越难以调动学生的学习积极性,使得非常偏向应用的有趣的课程,课堂气氛非常沉闷,学生理解到什么程度也很难把握,学生之间的差异性更是无从兼顾。
  再次,教学实践过程薄弱。数字图像处理是一门实践性非常强的课程,但以前课程教学过程中不够重视学生动手实践能力的提高,虽然安排了实验环节,但实验项目主要以编程实验为主,缺少需要学生自行设计和研究的实验内容,使得学生自主性和参与性不足,被动地完成编程题目,没有融入自己的理解和思考,导致学习效果不理想。
  最后,考核方式单一。目前,数字图像处理课程仍采用笔试的考核方式,期末考试成绩占7成,平时出席情况占3成。考试内容都是教师讲授的书本知识,而没有对学生综合运用知识能力的考核。这样的课程考核方式会使学生在学习过程中只注重理论知识,对创新能力、实践能力的培养很欠缺,学生没有被充分地培养,也缺乏工程化的概念。
  二、数字图像处理的CDIO工程教学改革方案的提出
  南京航空航天大学电子信息工程学院针对数字图像处理课程教学所面临的问题,以CDIO工程教育的理念为指导,以课程教学改革和课程质量提升为目标,提出了四个方面的课程教学改革方案:
  首先是教学内容的调整。按照数字图像处理的三个组成部分对课程的知识点进行梳理,搭建了多层次的课程知识体系架构,包括:图像处理技术背景知识和视觉基本概念、图像处理基本技术综述、图像分析。在原有的基本概念的基础上,特别增加了前沿知识部分,主要包括两大模块,涉及有关“互联网与智能图像处理”的实际案例和医学图像处理发展前沿的内容。
  其次是教学方式的改变。现今,新的教育方式层出不穷出,从传统的教学方式过渡到MOOC课程、微课程、翻转课堂等一系列新的模式,使学生从不同的角度和媒介获得教育资源。数字图像处理课程也引进了微课和翻转课堂,在教师的引导下不仅学习了书本知识,还充分发挥学生的积极主动性,自己找答案、团队合作完成小课题、制作PPT进行讲解、接受老师和同学的提问,发现自己学习的不足,从而不断完善知识结构,充分调动了学生学习的积极性和热情。
  再次是教学实践的改进。为了提升实践教学效果,数字图像处理课程的教学结合了CDIO工程教育的理念,对课程实验进行了完善和改进,缩减了指标性的编程题,增加了设计性、研究性的实验题。学生需要对已学知识有比较深入的理解才能较好地完成。在此过程中,有的问题仅仅是阅读教科书是不够的,学生需要查阅相关的资料,加深和拓宽对问题的理解,以团队的形式,各自分工、汇总、讨论,最终形成团队的实验报告。
  最后是多元化的课程考核。为了对学生的综合学习能力进行客观评价,数字图像处理课程改变了课程考核方式。通过课堂用PPT讲解知识点的应用实例、团队的设计研究成果、课程大论文等方式进行多元化的课程考核,能够较全面地了解学生掌握知识、理解知识和运用知识的能力,同时锻炼了团队协作能力、展现能力和写作能力,给出客观公正的课程得分。
  三、数字图像处理课程教学改革成效
  通过将CDIO工程教育理念与南京航空航天大学电子信息学科的行业背景和特色相结合而提出的改革方案,使得数字图像处理本科课程在教学内容上紧跟时代的步伐,教学方式上更加灵活多样,教学实践上更是提升了学生探究的热情,课程考核体系上得到了完善。从而提高了学生学习的积极主动性,对数字图像处理技术理解得更加透彻,并且有了自己的思考和实践,比原来的数字图像处理课程学生学习的内容更丰富更深入,而这主要是由学生自主完成的。通过这种方式学习到的知识记得更牢固更持久。教学改革后,学生对课程的评价更高,选课人数也逐年上升,取得了良好的教学效果。
  参考文献:
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